电子设计大赛水温控制系统报告讲解Word文档格式.docx

1、直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，右边接两个5伏电源的滤波电容，并且接上电阻和绿色的LED组成5伏电源的工作指示电路。方案二：通过变压器，将220v的市电转换成5v左右的直流电。由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。 2.温度检测电路的方案选择： 方案一：用普通半导体温度传感器作为敏感元件，再结合电压放大器和AD转换器将感应到的温度数值转换为数字量存储在某一单元内。但由于该方案所需元件较多，且电路较繁，调试起来较复杂，所以舍之不用。

2、 方案二：使用数字温度传感器DS18B20检测温度，内含AD转换器，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单，它能够达到0.5的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625以上精度，应用方便。这样的电路主要工作量就集中到了单片机软件编程上，故我们选用该方案。3.显示电路的方案选择：方案：使用数码管显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。该方案程序简单，数码管为并联状态，方便测试。4加热方案的选择：使用电热炉进行加热，控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但考虑到电炉成本较高，且精度不好控制，故

3、不选用。固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。通过控制固态继电器的开，断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统，我们选择用几个水泥电阻作为加热器，简单实用。故我们使用方案二。5控制方法选择方案：采用普通的控制方法，即随着水温的变化调节温度，但局限性太小，由于水温变化快，且惯性大，不易控制精度，故采用普通控制方法显得力不从心。通过继电器控制加热电路的通断，继电器由单片机控制，当温度高于设定温度时单片机控制继电器断开，停止加热，自动通断，所以我们选择方案二。硬件电路设计对题目进行深入的分析和思

4、考，可以将整个系统分为以下几个部分：单片机最小系统，测温电路，功率电路，继电器控制指示电路，显示电路，系统框图如下： 给单片机提供5v稳定电压一 测温电路 测温电路是使用DS18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单。它能够达到0.5的固有分辨率，使用读取温度的暂存寄存器的方法还能达到0.0625以上的精度。DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。外部供电方式（VDD接+5V，且数据传输总线接10k的上拉电阻，其接口电路如图2.1所示。图2.1 温度传感器接口二

5、功率电路 本系统要控制水泥电阻加热，固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。通过控制固态继电器的开、断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统。三 控制.键盘.显示电路 这部分实际上是一个单片机最小系统的基本电路，选用STC89C52，足够满足系统的要求。 键盘用三个按键即可，通过按键分别实现所设定温度的复位、加减操作。 在显示方面选用数码管显示模块。单片机的输出控制锁存器，锁存器一个控制数码管的选通，另一个控制数码管的显示.四部分整体硬件电路：软件程序设计1.程序流程单片机控制程序如下： #

6、include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds=P22; /温度传感器信号线sbit dula=P26; /数码管段选线sbit wela=P27; /数码管位选线sbit beep=P23;/蜂鸣器sbit jidianqia=P10;uint yuzhi=0;uint temp;float f_temp;uint warn_l1;uint warn_l2;uint warn_h1;uint warn_h2;uint warn_h3;sbit key1=P34;sbit key2=P35

7、;sbit key3=P36;sbit key4=P37;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /不带小数点的编码void delay（uint z）/延时函数 uint x,y; for（x=z;x0;x-） for（y=110;yy-）;void dsreset（void） /18B20复位，初始化函数 uint i; ds=0; i=103; while（i0）i-; ds=1

8、; i=4;bit tempreadbit（void） /读1位函数 bit dat;i+; /i+ 起延时作用 dat=ds; i=8;while（i return （dat）;uchar tempread（void） /读1个字节 uchar i,j,dat; dat=0; for（i=1;i=8;i+） j=tempreadbit（）; dat=（j1）; /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return（dat）;void tempwritebyte（uchar dat） /向18B20写一个字节数据 uchar j; bit testb; for（j=1;j1;

9、if（testb） /写 1 i+; else /写 0void tempchange（void） /DS18B20 开始获取温度并转换 dsreset（）; delay（1）; tempwritebyte（0xcc）; / 写跳过读ROM指令 tempwritebyte（0x44）; / 写温度转换指令uint get_temp（） /读取寄存器中存储的温度数据 uchar a,b; tempwritebyte（0xbe）; a=tempread（）; /读低8位 b=tempread（）; /读高8位 temp=b; temp /两个字节组合为1个字 temp=temp|a; f_temp

10、=temp*0.0625; /温度在寄存器中为12位 分辨率位0.0625 temp=f_temp*10+0.5; /乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入 f_temp=f_temp+0.05; return temp; /temp是整型uint keyscan（） if（key1=0） delay（3）; if（key1=0） yuzhi=60; while（!key1）;/等待按键释放 if（key2=0） if（key2=0） yuzhi+;key2）; if（key3=0） if（key3=0） yuzhi-;key3）; return yuzhi;/显示程序/void

11、display（uchar num,uchar dat） uchar i; dula=0; P0=tabledat; dula=1; wela=0; i=0XFF; i=i&（0X01）（num）; P0=i; wela=1;void dis_temp（uint t） i=t/100; display（0,i）; i=t%100/10; display（1,i+10）; i=t%100%10; display（2,i）;void xianshi（uint yuzhi） i=yuzhi/10; display（4,i）; i=yuzhi%10; display（5,i）;/void warn（u

12、int s,uchar led） /蜂鸣器报警声音 ,s控制音调i=s; beep=1; while（i-） dis_temp（get_temp（）+13）; i=s;void deal（uint t）uint warn_l2=（yuzhi*10-7）;uint warn_h1=（yuzhi*10+13）;uint warn_h2=（yuzhi*10+3）;uint warn_h3=（yuzhi*10-27）;uint warn_h4=（yuzhi*10+23）;if（twarn_l2）&（twarn_h2）&=warn_l2） P1=0XFC;warn_h3）&=warn_h2） P1=0x

13、F8; else if（twarn_h4） beep=0; P1=0XFF; i=40; if（t61） if（t P1=0XF0; P1=0xF0;void init_com（void） TMOD = 0x20; PCON = 0x00; SCON = 0x50; TH1 = 0xFd; TL1 = 0xFd; TR1 = 1;void comm（char *parr） do SBUF = *parr+; /发送数据 while（!TI）; /等待发送完成标志为1 TI =0; /标志清零 while（*parr）; /保持循环直到字符为0void main（） uchar buff4,i;

14、 init_com（）; while（1） keyscan（）; tempchange（）; for（i=10;ii-） xianshi（yuzhi）; deal（temp）; sprintf（buff,%f,f_temp）; comm（buff）;2.控制方法 在控制温度方面，我们经过反复的调试与修改源程序，不断改变水泥电阻的加热及断电时间比，使整个系统不断趋于题设要求。测试结果及结果分析一、静态温度测量测量方式：断开系统的加热装置，装入一定温度的水，保持环境温度和其他测量条件不变，利用标准的温度计测量水温，与系统给出的温度相比较。由于在这种条件下，与测温速度相比，水温下降较慢，在测量中可认

15、为是一个静态过程，因此可以测出系统的静态温度测量结果。测量仪器：DM6801热电偶式数字温度计。测量结果：如表4.1所示。表4.1测量结果数据标定温度/57.158.760.161.963.465测量温度/57.359.460.562.463.965.4误差/0.20.70.40.5二 动态温控测量接上系统的加热装置，装入500mL室温的水，设定控温温度。记录调节时间、超调温度、稳态温度波动幅度等。测量条件：环境温度24.2。如表4.2所示。在此仅以数值的方式给出测量结果，略去升温曲线图。调节时间按温度进入设定温度0.5范围时计算。表4.2测量结果数据设定温度/6070静态误差/0.30.6三

16、 温度从50到70的测试：测试数据如下：超调量调节时间稳态误差0.510min0.45数码管显示温度与实测温度折线图：四 结果分析 由以上测量可见，系统性能基本上可达到所要求的指标。使用手册接通电源后，加热装置默认为开启状态。打开单片机电源开关，指示灯亮。此时单片机上的数码管开始显示当时温度。设定温度默认为60度。单片机上一共有四个按键，从左到右分别为复位键、温度初始化键、温度控制温度+1键，温度控制温度-1键。使用时只需调整到自己想要的温度即可。当实际温度小于设定温度是，正常加热。当实际温度接近设定温度是，通过继电器自身档位调节，可实现达到并维持设定温度的要求。当实际温度大于设定温度是，蜂鸣器警报响起。本加热装置可在误差允许范围内精确调节并维持水温。需特别注意的是，由于装置采用220V电源加热，且实验中加热装置所达到的温度较高。接通电源后，切忌触摸装置任何部位，谨防触电。同时应避免水洒溅导致电路烧毁。温馨提示，小心烫伤。