水温控制系统论文.docx

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水温控制系统论文

学年论文

题　　目：

水温加热控制系统　　

作　　者：

所在学院：

专业年级：

指导教师：

职　　称：

2016年12月23日

课程论文（设计）、学年论文评分表

题目

作者

专业年级

指导教师

指导教师评语及

评分建议

指导教师：

年月日

院

（部）

或

教

研

室

意

见

学院或教研室主任：

年月日

目录

1.前言....................................................................................5

2.要求....................................................................................6

2.1功能....................................................................................6

2.2要求....................................................................................6

3.实现思路...................................................................................7

3.1方案分析....................................................................................7

3.2元件简介....................................................................................7

3.2.1STC89C51....................................................................7

3.2.2最小系统....................................................................8

3.2..3八段LED数码管.........................................................9

3.3硬件连接..................................................................................10

3.4.加热控制模块框图.................................................................11

4.结论..................................................................................13

4.1问题总结.................................................................................13

4.2体会................................................................................13

附录..................................................................................14

摘要

本次设计的主要目的是实现对温度的控制，其主要思路是通过温度传感器感应物体温度，送到单片机处理，再由单片机一方面控制LED显示出来，另一方面控制加热的通断。

本次设计分2个功能模式进行，功能1为键盘设定温度，然后水温通过加热棒升温，达到设定温度，并通终维持在设定温度左右。

功能2为键盘设定加热时间，然后启动定时器，水温通过加热棒升温，直到定时器完成计时。

1.前言

随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面。

针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。

温度是科学技术中最基本的物理量之一。

物理、化学、生物等学科都离不开温度，在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。

各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

随着温度控制器应用越来越广泛，各种试用于不同场和的温度控制器应运而生。

2.要求

一、功能

设计并制作一个水温自动控制系统，控制水温的范围在0—100摄氏度内，能实现在控制范围内对温度的自动控制，并保持设定的温度基本保持不变；也可以设定定时加热。

二、要求

（1）可键盘设定控制温度值，设定最小分辨率为1℃；

（2）实时测量并显示实际温度。

温度测量误差在±0.5℃内；

（3）水温控制系统具有全量程（0℃~100℃）内的升温功能；

（4）任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。

（5）可键入加热时长，实现定时加热，完成加热自动控制。

3.实现思路

3.1硬件分析

本次设计主要版块分为温度感应模块，温度显示模块，键盘设定模块，定时模块和加热控制模块。

1.温度感应模块

使用温度传感器18B20感应温度，由于该温度传感器内含AD转换器，因此连接简单，应用方便

2.温度显示模块

使用动态显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。

硬件上连接简单，所需元件少。

3.键盘设定模块

使用键盘扫描法，通过矩阵键盘，求出设定的数值，由于该方案具有扫描功能，因此在不使用中断的情况下，使用键盘扫描程序是十分恰当的，本次设计采用的是键盘扫描程序。

3.2原件简介

3.2.1STC89C51

STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash 

Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，STC89C2051是它的一种精简版本。

STC89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：

·与MCS-51 兼容 

·4K字节可编程闪烁存储器 

 ·全静态工作：

0Hz-24Hz 

·三级程序存储器锁定 

·128*8位内部RAM32可编程I/O线

 ·两个16位定时器/计数器 

·5个中断源

 ·可编程串行通道 

·低功耗的闲置和掉电模式

3.2.2最小系统

最小系统构成的基本条件是

1.电源

STC89C51单片机的电压为4.0V-5.5V。

我们采用电脑的USB进行供电，电脑以及手机充电器一般输出电压为5V，可以为单片机正常供电。

2.晶振

晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

本系统主要采用的是11.05926M晶振，配合2个30pF的电容构成晶体振荡电路。

3复位

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。

另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。

最小系统连接图

3.2.2八段LED数码管

显示电路主要采用4位共阳8段数码管，采用动态扫描方式显示。

其原理图如下所示。

数码管主要有共阳、和共阴两种类型。

在这里我们先用的是共阳数码管，主要是由于单片机I/0的驱动能力有限，无法直接驱动4位8段数码管，所以必须采用共阳的数码管，并接上四个三极极管8550。

八段数码管连接图

3.3.硬件连接

硬件总体框图为：

本次设计硬件用到了单片机STC89C52、温度传感器DS18B20、加热棒、四位ＬED数码管、独立键盘、SSR固态继电器等。

单片机STC89C52是常用的单片机之一，单片机上有32个P口，其中P0、P1、P2、P3各8个。

温度传感器DS18B20接到单片机的一个P口上，本次设计是P2.1，因为温度传感器DS18B20可以直接将数据传输给单片机，因此可直接连接。

四位ＬED能显示两位整数，两位小数，用来显示温度够用。

五个独立键盘，分别表示加，减，开始，暂停，定时。

通过将5个出线端接到P3.3-P3.7口上，然后通过P3口控制键盘，键盘的按下将P3口对应位电压拉低，从而被单片机检测到。

固态继电器SSR是一种动作时间比较快的继电器，有4个接口，2端接5V电压，2端接加热棒。

3.3.加热控制模块框图

4.结论

4.1问题总结

本次设计的功能板块分为四块，分别是温度传感器感应模块、键盘输入模块、ＬEＤ显示模块、控制温度模块。

调试过程中，出现过不少问题，诸如：

1.发现温度传感器的温度并不能有效地显示在LED上

原因：

温度传感器的程序有问题，延时没有用好。

解决方法：

修改DS18B20中的延时程序。

2.发现键盘的数字按下后，数码管没有显示。

原因：

程序中键盘的扫描程序没有显示函数，按下键时，程序在键盘函数中停留。

解决方法：

在键盘读取函数的延时中加显示函数。

4.2体会

本次设计的题目是水温加热控制系统，其主要思想是将水温控制在某一个设定的温度左右，误差不超过1度。

本次设计历时4周左右，花费了大量的精力和时间，可以说其中包含了诸多的汗水和付出。

通过网上查找资料和不停地写程序调试，既增长了知识，又增加了经验。

其过程中有苦有甜。

最后感谢学院提供的实验条件和老师的辛苦指导。

参考文献

[1]汪烈军，贾振红，冯龛等.单片机原理与应用西安：

西安交通大学出版社.2012

[2]徐惠民，安德宁．单片微型计算机原理接口与应用．第1版[M]北京：

北京邮电大学出版社，1996

[3]夏继强.单片机实验与实践教程.北京：

北京航空航天大学出版社,2001

附录程序

#include

#defineucharunsignedchar

unsignedchartable[]={0xc0,0