毕业设计(论文)基于单片机的水温控制系统设计【毕业论文】.doc
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1、毕业设计(论文)-基于单片机的水温控制系统设计【毕业论文】郑州科技学院 专科毕业设计(论文)题 目 基于单片机的水温控制系统设计 学生姓名 殷志双 专业班级 08电气(2)班 学 号 200626103 所 在 系 电气工程系 指导教师 李月英 完成时间 2010 年 3 月 10 日 郑 州 科 技 学 院毕业设计(论文)任务书题目 基于单片机的水温控制系统设计 专业 电气自动化 学号 200626103 姓名 殷志双 主要内容、基本要求、主要参考资料等: 主要内容:1 .检索与课题有关的国内外资料;2 .确定系统设计方案;3 .设计电路原理图;4 .编制系统相应程序,并上机调试;5 .编写
2、毕业设计说明书一份。 基本要求:1 .能够理解控制系统的要求;2 .理解单片机的工作原理;3 .能够正确完成控制系统的设计。 主要参考资料:单片机原理及接口技术资料;测量技术方面资料;智能温度传感器相关资料。完 成 期 限: 2011年4月10日指导教师签章: 专业负责人签章: 2010年11月6日郑州科技学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称基于单片机的水温控制系统设计指导教师李月英 学生姓名殷志双学 号200626103专 业电气自动化技术课题来源: 指导老师命题范围内选题。设计目的:1.通过毕业设计,增强了收集、整理资料的能力;2.进一步理解了单片机技术和电气自动控制相关知识;3.利用单
3、片机AT80C51技术使自己的系统达到自动控制水温的效果。设计要求:1 .能够理解控制系统的要求;2 .理解单片机的工作原理;3 .能够正确完成控制系统的设计设计思路:首先根据系统的控制要求,设计出合理的控制方案,并进行可行性论证;然后,在硬件方面,要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量根据需求按照系统的功能要求,逐级划分模块并分别调试通过。能够完成温度的显示和控制,但功能和精度有待于进一步提高。通过液晶显示屏实时显示温度基于单片机的水温控制系统设计摘 要本设计首先阐述了水温控制在社会上的意义,又讲解了单片机控制系统本设计以单片机AT8为核心,通过3个数码管显
4、示温度和4个按键实现人机对话,使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示,并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态,如:温度设置、加热、停止加热等,整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式。 单片机数码管显示单总线DS18B20.BASED TEMPERATURE CONTROL SYSTEMABSTRACTThe design of temperature control in the first expounded the significance of the community, but also explained the water system
5、MCU control the basic structure and characteristics. The design of a microcontroller AT80C51 as the core, through the three temperature digital display and 4 keys to achieve man-machine dialogue, the use of single-chip bus temperature conversion temperature DS18B20 real-time acquisition and through
6、the digital display and offers a variety of operating light to indicate System now in which state, such as: temperature setting, heating, and stop heating, the entire system through the four buttons to set the heating temperature and control the operating mode.On the hardware side, the choice of the
7、 more common single chip, this paper focused on the temperature measurement methods in detail, the software, developed to meet the control requirements of the program, in addition, also fully considered the requirements of practical application Designed to take into account the cost, power consumpti
8、on, security, stability, noise immunity, and many other issues with the rationality and feasibility.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容KEY WORDSMonolithic integrated circuit, demonstration, single main line, DS18B20目 录中文摘要I英文摘要II1水温控制系统的简述11.1 水温控制系统的意义11.2 水温控制系统的发展12 系统方案论证33 系统
9、总体设计43.1 系统结构框图43.2 系统子模块44 系统硬件设计54.1 单片机最小系统电路54.2 键盘电路54.3 数码管及指示灯显示电路64.4 温度采集电路84.5 电源电路134.6 报警电路134.7 加热管控制电路145 系统软件设计155.1 主程序流程图15 5.2 各个模块的流程图170. 读取温度DS18B20模块的流程17. 键盘扫描处理流程19. 报警处理流程206 系统调试21 6.1 硬件电路调试21 6.2 软件调试21 6.3 系统操作说明22 6.4 数据测试22总 结25致 谢26参考文献27附录I:系统源程序28附录II:系统硬件总图381 水温控制
10、系统的简述1.1 水温控制的意义 温度控制是无论是在工业生产过程中,还是在日常生活中都起着非常重要的作用,过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用,从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下,我们更应该掌握好对水温的控制,把身边的水资源好好地利用起来。1.2 水温控制系统发展 在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中,温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下,为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度、节约能源,要求对加热炉炉温进行测、显示、控制,使之达到工艺标准,以单片机为核心设计的炉温控制系统,可以同时
11、采集多个数据,并将数据通过通讯口送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制,我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度(起码是在满足我们要求的范围内),帮助我们实现我们想要的控制,解决身边的问题。 及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节。水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等对工件的处理温度要求严格控制传统的温度采集电路相当复杂,需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量,并且这种方式不仅电路复杂,元器件个数多,而且线性度和准确度都不理想,抗干扰能力弱。
12、现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高,而且比传统的温度传感器有更好的线性表现,最重要的一点是使用起来方便。DS18B20采集温度变化信号,通过数码管显示其温度值,最后各个继电器电路部分控制温度,使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活,控制简单的优点,使系统能简单的实现温度的控制及显示,并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。比较上述两种方案,方案2明显的改善了方案1的不足及缺点,并具有控制简单、控制温度精度高的特点,因此本设计电路采用方案2。3 系统总体设计3.1 系统结构框图本设计主要是通过对单片机编程将由温度传感器DS18B20采集的温度外加驱动电路显示出
13、来,包括对继电器的控制,进行升温,当温度达到上下限蜂鸣器进行报警。其结构框图如图-1:图 1 系统结构框图 1 单片机最小系统电路部分 2 键盘扫描电路部分 3 数码管温度显示和运行指示灯电路部分 4 温度采集电路部分 5 继电器控制部分 6 报警部分因为8单片机内部自带8K的ROM和256字节的RAM,因此不必构建单片机系统的扩展电路。如图1,单片机最小系统有复位电路和振荡器电路。值得注意的一点是单片机的31脚必须接高电平,否则系统将不能运行。因为该脚不接时为低电平,单片机将直接读取外部程序存储器,而系统没有外部程序存储器,所以必须接VCC。图1 单片机最小系统键盘是单片机应用系统中的主要输
14、入设备,单片机使用的键盘分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘采用硬件线路来实现键盘的编码,每按下一个键,键盘能够自动生成按键代码,并有去抖功能。因此使用方便,但硬件较复杂。非编码键盘仅仅提供键开关状态,由程序来识别闭合键,消除抖动,产生相应的代码,转入执行该键的功能程序。非编码键盘中键的数量较少,硬件简单,在单片机中应用非常广泛。图为按键和AT8的接线图,检测仪共设有4个按键,每个按键由软件来决定其功能,4个按键功能分别为 1 SW1:设定按键 设定按键 2 加法按键 当前位加5 3 减法按键 当前位减5 4 退出设置键 系统初始化 图2 单片机按键和AT8的接线图(1)数码管显示说明各个数码管
15、的段码都是单片机的数据口输出即各个数码管输入的段码都是一样的为了使其分别显示不同的数字可采用动态显示的方式即先只让最低位显示0 含点 ,经过一段延时,再只让次低位显示1,如此类推。由视觉暂留只要我们的延时时间足够短,就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚过程如-1。表-1 数码管编码表段码位码显示器状态08H01H0abH02H112H04H222H08H3a1H10H424H20H504H40H6aaH80H7本论文中使用了3个数码管,其中前两位使用动态扫描显示实测温度,在设置加热温度的时候,两个数码管是闪烁,以提示目前处在温度设置状态。第三位数码管静态显示符号“”。(2)运行指示灯说明本
16、热水器温度控制系统中共使用到3个LED指示灯和3个数码管。右上角的红色LED是电源指示灯;数码管右边的红色LED是加热指示灯,当刚开机或温度降到设定温度5以下时,该灯会亮,表示目前处于加热状态;当温度上升到设定温度时,该LED灭,同时数码管右边的绿色LED亮,表示目前处于保温状态,用户可以使用热水器;当温度再次下降到设定温度5以下时,绿色LED灭,红色加热的LED灯亮不断循环图3 LED数码管显示电路图4.4 温度采集电路(1) DS18B20介绍Dallas最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820
17、是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样,DS18B20也支持一线总线”接口,测量温度范围为 -55+125,在-10+85范围内,精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以一线总线的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。其DS18B20的管脚配置和封装结构如图所示引脚定义: DQ为数字信号输入/输出端; GND为电源地; VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 图-4 DS18B20封装(2)DS
18、18B20的单线(1wire bus)系统单线总线结构是DS1820的突出特点,也是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线:第一,单线总线只定义了一个信号线,而且DS1820智能程度较低(这点可以与微控制器和SPI器件间的通信做一个比较),所以DS1820和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。第二,DS1820的输出口是漏级开路输出,这里给出一个微控制器和DS1820连接原理图。这种设计使总线上的器件在合适的时间驱动它。显然,总线上的器件与(wired AND)关系。这就决定:(1)微控制器不能单方面控制总线状态。之所以提出这点,是因为相当多的文献资料上认为,微控制器在读取总线
19、上数据之前的I/O口的置1操作是为了给DS1820一个发送数据的信号。这是一个错误的观点。如果当前DS18b20发送0,即使微控制器I/O口置1,总线状态还是0;置1操作是为了是I/O口截止(cut off),以确保微控制器正确读取数据。(2)除了DS1820发送0的时间段,其他时间其输出口自动截止。自动截止是为确保:1时,在总线操作的间隙总线处于空闲状态,即高态。2时,确保微控制器在写1的时候DS1820可以正确读入。由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,而对AT89S52单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单
20、总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 DS18B20的复位时序,如图-5 图-5 DS18B20的复位时序图 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成。DS18B20的读时序图如图。图-6 DS18B20的读时序 DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线
21、要被拉低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15us之内就得释放单总线。如图所示。图-7 DS18B20的写时序图(3)DS18B20的供电方式在图中示出了DS18B20的寄生电源电路。当DQ或VDD引脚为高电平时,这个电路便“取”的电源。寄生电路的优点是双重的远程温度控制监测无需本地电源缺少正常电源条件下也可以读ROM。为了使DS18B20能完成准确的温度变换,当温度变换发生时,DQ线上必须提供足够的功率。有两种方法确保 DS18B20 在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是发生温度变
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