水温加热控制系统学年论文大学论文.docx

1、水温加热控制系统学年论文大学论文学年论文题目： 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 . 52. 要求 . 62.1功能 . 6 2.2要求 . 6 3. 实现思路 . 73.1方案分析. 73.2 元件简介.73.2.1 STC89C51. 73.2.2 最小系统. 83.2.3 八段LED数码管. 93.3硬件连接. 103.4.加热控制模块框图. 114.

2、 结论 . 134.1问题总结. 134.2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，

3、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0100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

4、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（0100）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

5、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3.2.1 STC89C51STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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

6、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

7、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

8、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ED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

9、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ED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、E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

10、.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

11、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，19963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 #define uchar unsigned charunsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;char value=1,count=1,time_0=0; char second=59;void delay2(u

12、nsigned char t); /带显示延时void display_time();void display();sbit DQ=P20; /数据传输线接单片机的相应的引脚 sbit P21=P21; /继电器sbit cnt1=P37; /按键定时加1sbit cnt0=P36; /按键定时减1sbit start=P35; /按键开始sbit stop=P34; /按键暂停sbit time=P33; /定时设置void delay(unsigned char t) /延时函数 while(t-0) ;void delay2(unsigned char t) /按键时带显示温度延时 wh

13、ile(t-0) display();void delay3(unsigned char t) /按键时带显示定时延时 while(t-0) display_time();/*各类函数模块*/void keyboard() /状态按键- start ,stop,time if(start=0) delay2(200); if(start=0) value=0; if(stop=0) delay2(200); if(stop=0) value=1; if(time=0) delay2(200); if(time=0) value=2; void keyboard_cnt() /温度设置按键 if

14、(cnt1=0) delay2(200); if(cnt1=0) if(count1) -count; else count=99; void keyboard_time() /定时设置按键 if(cnt1=0) delay3(200); if(cnt1=0) if(time_01) -time_0; else time_0=59; void display() /键盘输入的温度显示 -温度为正整数 P1=0xfd; P0=tablecount%10; delay(50); P1=0xfe; P0=tablecount/10; delay(50);void display_time() /键盘

15、输入的时间显示-时间为整分钟 P1=0xfd; P0=tabletime_0%10; delay(50); P1=0xfe; P0=tabletime_0/10; delay(50);/*DS18B20模块程序*/#define uchar unsigned charunsigned char seg7code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /不带小数点的共阳数码管段码unsigned char seg7codeB=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; /带小

16、数点的共阳数码管段码unsigned char tempL=0,tempH=0,sdata,xiaoshu1;xiaoshu2;void delay1(uchar i) /嵌套循环延时函数 uchar j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=125;k0;k-);void Init_DS18B20(void) /DS18B20 的初始化 unsigned char x=0; DQ=0; /发送复位脉冲 delay(80); /延时（480us) DQ=1; /拉高数据线 delay(5); /等待（1560us) while(DQ=1); while(DQ=0); delay(20

17、); /读一个字节ReadOneChar() /主机数据线先从高拉至低电平1us以上，产生读时隙，15us内使数据线升为高电平，从而产生读信号 unsigned char i=0; /每个读周期最短的持续时间为60us，各个读周期之间必须有1us以上的高电平恢复期 unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) /一个字节有8位 DQ=1; delay(1); /把数据线从高电平拉至低电平 DQ=0;dat=1; DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat);/写一个字节void WriteOneChar(unsigned

18、 char dat) unsigned char i=0; /数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。15us之内将所需写的位送到数据线上， for(i=8;i0;i-) /在1560us之间对数据线进行采样，如果是高电平就写1，低写0发生。 DQ=0; /在开始另一个写周期前必须有1us以上的高电平恢复期。 DQ=dat&0x01; delay(5); DQ=1; dat=1; delay(4);/读温度值（低位放tempL;高位放tempH;）void ReadTemperature() Init_DS18B20(); /初始化 WriteOneChar(0xcc); /跳过读序列号的操

19、作 ，写入0XCC跳过ROM 命令 WriteOneChar(0x44); /启动温度转换 ，写入0X44为温度转换命令 delay(125); /转换需要一点时间，延时 Init_DS18B20(); /初始化 WriteOneChar(0xcc); /跳过读序列号的操作 WriteOneChar(0xbe); /读温度寄存器（头两个值分别为温度的低位和高位） 写入0XBE为读暂存器命令 tempL=ReadOneChar(); /读出温度的低位LSB tempH=ReadOneChar(); /读出温度的高位MSB /对读取的温度进行处理，tempL的低四位为小数，2的负指数次；tempH

20、的高五位为符号位，正温度为0，负温度为1； sdata = tempL/16+tempH*16; /整数部分 xiaoshu1 = (tempL&0x0f)*10/16; /小数第一位 xiaoshu2 = (tempL&0x0f)*100/16%10; /小数第二位/温度处理的范围为1-99摄氏度，由于是水温加热，温度为负数和超过100度不予考虑/温度显示函数void Led(unsigned int date) P1=0xfe; /P1.0=0，选通第一位 P0=seg7codedate/10; delay1(5); P0=0xff; P1=0xfd; /P1.1=0,选通第二位，个位数

21、P0=seg7codeBdate%10; delay1(5); P0=0xff; P1=0xfb; /P1.3=0,选通第三位，小数点第一位 P0=seg7codexiaoshu1; delay1(5); P0=0xff; P1=0xf7; /P1.3=0,选通第四位，小数点第二位 P0=seg7codexiaoshu2; delay1(5); P0=0xff; /*定时模块*/void timer(char minute) /定时器函数 unsigned int t=0; P21=0; while(value=2) if(-second1) /最大定时为59分钟 second=59; if(

22、-minute0) /定时的分钟为-1时，关闭继电器，改变value 的值，跳出函数 P21=0;value=3; TMOD=0x20; /8位自动重装定时器，每200us溢出一次 TH1=0x38; TL1=0x38; TR1=1; do /溢出一次显示一位时间，4次显示约0.8ms，既do_while语句每1ms判断一次条件 keyboard(); P1=0xff; P0=0xff; while(TF1=0) P1=0xf7; P0=tablesecond%10; TF1=0; P1=0xff; P0=0xff; while(TF1=0) P1=0xfb; P0=tablesecond/10; TF1=0; P1=0xff; P0=0xff; while(TF1=0) P1=0xfd; P0=seg7codeBminute%10; /点小数点的显示 TF1=0; P1=0xff; P0=0xff; while(TF1=0) P1=0xfe; P0=tableminute/10;