电子设计大赛水温控制系统报告.docx

天津大学2023“信芯杯”电子设计大赛试验报告题目：水温掌握系统试验地点：时间：2名目名目2摘要3设计任务与要求4方案论证51.单片机供电模块选择方案： 52. 温度检测电路的方案选择：53. 显示电路的方案选择：54. 加热方案的选择：55 掌握方法选择方案：6硬件电路设计7一. 测温电路7二. 功率电路8三掌握.键盘.显示电路8软件程序设计10一. 程序流程10二. 掌握算法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20附录：使用说明21摘要随着微机测量和掌握技术的快速进展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与掌握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掌握水平。本设计论述了一种以 STC89C52 单片机为主掌握单元，以 DS18B20 为温度传感器的温度自动掌握系统。该掌握系统可以依据设定的温度，通过单片机掌握继电器开启和关闭，从而掌握水泥电阻的加热和停顿。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序掌握模块，温度处理子程序模块、按键处理程序模块、锁存器掌握模块、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。设计任务与要求一、任务设计并制作一个水温自动掌握系统，掌握对象为500ml 净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在肯定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动掌握，以保持设定的温度根本不变。二、要求1. 根本要求（1） 温度设定范围为 5070，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掌握的静态误差3。（3） 用十进制数码管显示水的实际温度。2. 发挥局部（1） 承受适当的掌握方法，当设定温度突变由50提高到 60时，减小系统的调整时间和超调量。（2） 温度掌握的静态误差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。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 伏直流电源供给应单片机系统使用，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。由于需要给继电器供给稳定的 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，所以我们选用能够供给更加稳定 5v 电源的方案二。2. 温度检测电路的方案选择：方案一：用一般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， 调试起来较简单，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，因此线路连接格外简洁，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，电路格外简洁，它能够到达 0.5的固有区分率，使用读取温度暂存存放器的方法还能到达 0.0625以上精度，应用便利。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。该方案程序简洁，数码管为并联状态，便利测试。4 加热方案的选择：方案一：使用电热炉进展加热，掌握电炉的功率即可掌握加热速度，当水温过高时，关掉电炉即可，但考虑到电炉本钱较高，且精度不好掌握，故不选用。方案二：固态继电器掌握加热器工作，固态继电器使用格外简洁，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。通过掌握固态继电器的开，断时间比来到达掌握加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温掌握系统，我们选择用几个水泥 电阻作为加热器，简洁有用。故我们使用方案二。5 掌握方法选择方案：方案一：承受一般的掌握方法，即随着水温的变化调整温度，但局限性太小，由于水温变化快，且惯性大，不易掌握精度，故承受一般掌握方法显得力不从心。方案二：通过继电器掌握加热电路的通断，继电器由单片机掌握，当温度高于设定温度时单片机掌握继电器断开，停顿加热，自动通断，所以我们选择方案二。硬件电路设计对题目进展深入的分析和思考，可以将整个系统分为以下几个局部：单片机最小系统， 测温电路，功率电路，继电器掌握指示电路，显示电路，系统框图如下：数码管显示电路独立键盘锁存器掌握电路18B20 测温STC 单片机掌握系统继电器掌握电路给单片机供给 5v 稳定电压稳压模块加热电路一 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，电路格外简洁。它能够到达 0.5 0C的固有区分率，使用读取温度的暂存存放器的方法还能到达0.0625 0C 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 功率电路本系统要掌握水泥电阻加热，固态继电器掌握加热器工作，固态继电器使用格外简洁， 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。通过掌握固态继电器的开、断时间比来到达掌握加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温掌握系统。三 掌握.键盘.显示电路这局部实际上是一个单片机最小系统的根本电路，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。单片机的输出掌握锁存器，锁存器一个掌握数码管的选通，另一个掌握数码管的显示.四局部整体硬件电路：89软件程序设计一.程序流程单片机掌握程序如下：#include <reg52.h> #include <stdio.h>#defineuchar unsigned char #defineuintunsigned 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;10uint warn_h2; uint warn_h3;sbit key1=P34; sbit key2=P35; 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;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void dsreset(void)/18B20 复位，初始化函数uint i; ds=0; i=103;while(i>0)i-; ds=1;i=4;while(i>0)i-;bit tempreadbit(void)/读 1 位函数uint i; bit dat;ds=0;i+;/i+ 起延时作用ds=1;i+;i+; dat=ds; i=8;while(i>0)i-; return (dat);11uchar tempread(void)/读 1 个字节uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+)j=tempreadbit;dat=(j<<7)|(dat>>1);/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uint i; uchar j; bit testb;for(j=1;j<=8;j+)testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb)/写 1ds=0; i+;i+;ds=1; i=8;while(i>0)i-;elseds=0;/写 0 i=8;while(i>0)i-; ds=1;i+;i+;void tempchange(void)/DS18B20 开头猎取温度并转换dsreset;delay(1);tempwritebyte(0xcc);/ 写跳过读ROM 指令tempwritebyte(0x44);/ 写温度转换指令uint get_temp/读取存放器中存储的温度数据uchar a,b;dsreset; delay(1);tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe);a=tempread;/读低 8 位b=tempread;/读高 8 位temp=b;temp<<=8;/两个字节组合为 1 个字temp=temp|a;f_temp=temp*0.0625;/温度在存放器中为 12 位 区分率位 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 keyscanif(key1=0)delay(3); if(key1=0)yuzhi=60;while(!key1);/等待按键释放if(key2=0)delay(3); if(key2=0)yuzhi+; while(!key2);if(key3=0)delay(3); if(key3=0)yuzhi-;while(!key3);return yuzhi;/显示程序/ void display(uchar num,uchar dat)uchar i; dula=0; P0=tabledat; dula=1; dula=0;wela=0; i=0XFF;i=i&(0X01)<<(num); P0=i;wela=1; wela=0; delay(1);void dis_temp(uint t)uchar i; 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)uchar i; i=yuzhi/10; display(4,i); i=yuzhi%10; display(5,i);/void warn(uint s,uchar led)/蜂鸣器报警声音 ,s 掌握音调uchar i;i=s; dula=0; wela=0;beep=1; while(i-)dis_temp(get_temp+13);beep=1;i=s;while(i-)dis_temp(get_temp+13);void deal(uint t)uchar i;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(t<=60)if(t>warn_l2)&&(t<=warn_h1)P1=0XFE;else if(t>warn_h2)&&(t<=warn_l2)P1=0XFC;else if(t>warn_h3)&&(t<=warn_h2)P1=0xF8;else if(t<=warn_h3)P1=0xf0;else if(t>warn_h4)beep=0;elseP1=0XFF;beep=1; i=40;while(i-)dis_temp(get_temp+13);if(t>61)if(t>warn_l2)&&(t<=warn_h1)P1=0XFE;else if(t>warn_h2)&&(t<=warn_l2)P1=0XF0;else if(t>warn_h3)&&(t<=warn_h2)P1=0xF0;else if(t<=warn_h3)P1=0xf0;else if(t>warn_h4)beep=0;elseP1=0XFF;beep=1; i=40;while(i-)dis_temp(get_temp+13);void init_com(void)TMOD = 0x20; PCON = 0x00; SCON = 0x50; TH1 = 0xFd; TL1 = 0xFd; TR1 = 1;void comm(char *parr)doSBUF/发送数据while(!TI);等待发送完成标志为 1 TI/标志清零while(*parr);保持循环直到字符为”0”=*parr+;/=0;/void mainuchar buff4,i; dula=0; wela=0; init_com; while(1)keyscan; tempchange; for(i=10;i>0;i-)dis_temp(get_temp+13); xianshi(yuzhi);deal(temp); sprintf(buff,“%f“,f_temp);for(i=10;i>0;i-)dis_temp(get_temp+13); xianshi(yuzhi);comm(buff); for(i=10;i>0;i-)dis_temp(get_temp+13); xianshi(yuzhi);二.掌握方法在掌握温度方面，我们经过反复的调试与修改源程序，不断转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，装入肯定温度的水，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/0.20.70.40.50.50.4二 动态温控测量测量方式：接上系统的加热装置，装入 500mL 室温的水，设定控温温度。记录调整时间、超调温度、稳态温度波动幅度等。测量仪器：DM6801 热电偶式数字温度计。测量条件：环境温度 24.2。测量结果：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。调整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/静态误差/600.3650.4700.6三 温度从 50到 70的测试：测试数据如下：超调量0.5调整时间10min稳态误差0.45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，系统性能根本上可到达所要求的指标。20附录：使用手册接通电源后，加热装置默认为开启状态。翻开单片机电源开关，指示灯亮。此时单片机上的数码管开头显示当时温度。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、温度掌握温度+1 键， 温度掌握温度-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整，可实现到达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准确调整并维持水温。需特别留意的是，由于装置承受 220V 电源加热，且试验中加热装置所到达的温度较高。接通电源后，切忌触摸装置任何部位，防范触电。同时应避开水洒溅导致电路烧毁。温馨提示，留神烫伤。21