计算机作业—水温控制系统.doc

1、 1 长江 大学 计算机作业 班级： 题目： 水温控制系统 组员 ： 2 目录 目录 . 2 摘要 . 3 设计任务与要求 . 4 方案论证 . 5 1.单片机供电模块选择方案： 5 2.温度检测电路的方案选择： . 5 3.显示电路的方案选择： . 5 4.加热方案的选择： . 5 5 控制方法选择方案： . 6 硬件电路设计 . 7 一 . 测温电路 . 7 二 . 功率电路 . 8 三 控制 .键盘 .显示电路 . 8 软件程序设计 .10 一 . 程序流程 .10 二 . 控制算法 .10 测试结果及结果分析 .19 一、静态温度测量 .19 二 动态温 控测量 .19 三 结果分析

2、.20 附录：使用说明 21 3 摘要 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以 STC89C52 单片机为主控制单元，以 DS18B20 为温度传感器的温度自动控制系统。该控制系统可以根据设定的温度，通过单片机控制继电器开启和 关闭，从而控制水泥电阻的加热和停止。 硬 件电路主要包括 STC89C52 单片机最小系统、稳压电路、 DS18b20 测温电路、键盘电路、锁存器 SN74HC573、MT05011AR 数码管显示电路、继电器电路，加热模块电路等。系统程序模块主要包括主程

3、序控制模块，温度处理子程序模块、按键处理程序模块、锁存器控制模块、数码管显示模块。 关键词 STC89C52 单片机； DS18B20； MT05011AR； SN74HC573；稳压电源供电模块。 4 设计任务与要求 一、任务 设计并制作一个水温自 动控制系统，控制对象为 500ml 净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1基本要求 （ 1）温度设定范围为 50 70 ，最小区分度为 1 ，标定温度 1 。 （ 2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差 3 。 （ 3）用十进制数码管显示水

4、的实际温度。 2发挥部分 （ 1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由 50 提高到 60 ）时，减小系统的调节时间和超调量。 （ 2）温度控制的静态误差 1 。 （ 3）在设定温度发生突变（由 50 提高到 60 ）时，自动打印水温随时间变化的曲线。 5 方案论证 1. 单片机供电模块的方案选择： 方案一：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

5、。 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。 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

6、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： 方案一：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6 掉电炉即可，但考虑到电炉成本较高，且精度不好控制，故不选用。 方案二：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

7、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： 方案一：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。 方案二：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。 7 硬 件电路设计 对题目进行深入的分析和思考，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 5

8、v 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 C0 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 C0 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。 STC 单片机 控制系统 18B20 测温 独立键盘 锁存器控制电路 数码管显示电路 继电器控制电路 加热电

9、路 稳压模块 8 图 2.1 温度传感器接口 二 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

10、分整体硬件电路： 9 10 软件程序设计 一 .程序流 程 单片机控制程序如下： #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit 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;