【正文】 取的是開關(guān)式的控制，即當(dāng)測(cè)量溫度低于設(shè)定溫度時(shí)進(jìn)行加熱，其結(jié)果是飼養(yǎng)水域內(nèi)溫度不均，控溫效果不理想。 在計(jì)算機(jī)沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對(duì)水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。該系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)證明具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。而且還具有顯示溫度曲線及打印功能。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 長 春 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文 題 目 基于 AVR 單片機(jī)水溫控制系統(tǒng) 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 摘 要 本文介紹了基于 AVR 單片機(jī)的自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程。 本系統(tǒng)采用 ATmgea16 單片機(jī)為主控制器，溫度采集方面采用 DS1820 高精度數(shù)字傳感器，單總線接口簡(jiǎn)單，線性良好。實(shí)現(xiàn)溫度的設(shè)定，并對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集顯示及打印。 在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。而當(dāng)今，隨著電 子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制的 精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。目前，國外也開發(fā)出了一些基于單片式計(jì)算機(jī)的溫度控制設(shè)備，但是價(jià)格比較高，且目前 其操作系統(tǒng)均為英文，普及性不強(qiáng)。盡管溫度控制很重要，但 是要控制好溫度常常會(huì)遇到意想不到的困難。 模糊控制與一般的自動(dòng)控制的根本區(qū)別是，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而是運(yùn)用模糊理論將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、思維推理，其控制過程的方法與策略是由所謂模糊控制器來實(shí)現(xiàn)。 采用模糊控制其優(yōu)點(diǎn)是不需 要粗確知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而且適用于有較大滯后特性的控制對(duì)象。單片機(jī)是家用電器常用的控制器件 , 把二者結(jié)合起來 , 可使控制器的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的目的。 30100℃ 。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 第 2 章 方案論證 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 此方案采用 ATmega16 單 片機(jī)最小系統(tǒng)板（自制）實(shí)現(xiàn)，對(duì)外圍電路來說，比較簡(jiǎn)單，并且軟件采用 PID 算法實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單。另外， AVR 單片機(jī)使用 JTAG 來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試非常方便。 ATmega16 具有 8 路 10 位 A/D。 方案二： 采用 89C51 89C51只支持并行寫入，同時(shí)需要 VPP 高壓 。價(jià)格也比較高。 方案二：采用 溫度傳感器 AD590 AD590 需要模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路，成本高，精度低，測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量少，電路繁多，對(duì)線阻有要求 。 （ 3）快速轉(zhuǎn)換 ， 固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。自從 20 世紀(jì) 50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等。 綜上 選擇方案一 。 方案二 ： 采用 ZLG9A ZLG9A 具有片選信號(hào) ， 可方便地實(shí)現(xiàn)多于 8 位的顯示 ， 或多于 64 鍵的鍵盤接口 ， 儀器儀表工業(yè)控制器 ， 條形顯示器 ， 控制面板串行接口無需外圍元件 ， 可直接驅(qū)動(dòng) LED 各位獨(dú)立控制譯碼及消隱和閃爍屬性循環(huán)左移 /循環(huán)右移指令具有段尋址指令方便控制獨(dú)立 LED64 鍵盤控制器內(nèi)含去抖動(dòng)電路 。 綜上 選擇方案一 。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。 本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。 通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。C 時(shí)的功耗 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 正常模式 : mA 空閑模式 : mA 掉電模式 : 1 μA ATmega16 引腳功能 圖 31 AVR 單片機(jī)管腳圖 VCC 電源正 GND 電源地 端口 A(PA7..PA0) 端口 A 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即 使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A 處于高阻狀態(tài)。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。作為輸入使 用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。在典型的 ALU 操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再 被送回到寄存器文件。這些附加的功能寄存器即為 16 位的 X、 Y、 Z 寄存器。 程序流程通過有 / 無條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個(gè)地址空間。用于寫應(yīng)用程序區(qū)的 SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。這個(gè)指針位于 I/O 空間，可以進(jìn)行讀寫訪問?？刂萍拇嫫魑挥?I/O空間。 I/O 存儲(chǔ)器空間包含 64 個(gè)可以直接尋址的地址，作為 CPU 外設(shè)的控制寄存器、 SPI，以及其他 I/O 功能。 ● ISP 下載接口 。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外 時(shí)間，故 AVR 外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只 10K 的電 阻到 VCC 即可 (R6)。 重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR 芯片也能穩(wěn)定工作。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 早期的 90S 系列，晶振兩端均需要接 22pF 左右的電容。即這部分不需要任何的外圍零件。 圖 34 JTAG 方針接口 (4)ISP 下載接口設(shè)計(jì) 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 ISP 下載接口，不需要任何的外圍零件。 重要說明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果你想簡(jiǎn)化零件，可以不焊接 2＊ 5 座。電源如圖 36。 DS18B20 的管腳排列如圖 38所示， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 高 速 暫 存 器溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發(fā) 器 T H低 溫 觸 發(fā) 器 T L配 置 寄 存 器8 位 C R C 生 成 器存 儲(chǔ) 和 控 制 邏 輯6 4 位 R O M a和 一 線 端口 供 電 方 式選 擇圖 37 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 38 DS18B20 的管腳排列 引腳說明 表 31 DS18B20 的引腳說明表 16 腳 SSOP PR35 符號(hào) 說明 9 1 GND 接地 8 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。 圖 39 溫度傳感器測(cè)量電路 圖 DS18B20 是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。然后計(jì)數(shù)器又開 始計(jì)數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。 圖 310 DS18B20 的電路圖 123*DS18201K+5PC6長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 功率輸出單元 固態(tài)繼電器（ SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠 半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來完成其隔離和切換功能。 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理 固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端組件，兩個(gè)為輸入端，兩個(gè)為輸出端。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它比電磁繼電器電器工作可靠，壽命長，對(duì)外干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方便。 （ 3）負(fù)載短路易造成 SSR 的損壞，應(yīng)特別注意避免。其典型應(yīng)用狀態(tài)如下： 如果采用集成電路門輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于目前國產(chǎn)的 SSR 要求有 至 20mA 的驅(qū)動(dòng)電流，最小工作電壓可達(dá) 3V。若 I/O 口給 低電 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 平，則固態(tài)繼電器工作。光電耦合器引腳如上圖所示。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。工作時(shí)序 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 及控制指令，給出了 HD7279A 與 CPU 的實(shí)際接口電路及設(shè)計(jì)程序，同時(shí)指出了實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。智能儀表。消隱和閃爍等屬性 。 引腳說明 HD7279A 一共有 28 個(gè)引腳，各引腳的主要功能如下： ● RESET：復(fù)位端。 DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā) 送數(shù)據(jù)時(shí)， DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤代碼時(shí)， DATA 為輸出端。 RC 引腳用于連接 HD7279A的外接振蕩元件，其典型值為 R=,C=15pF 。 DIG0～ DIG7 分別為8 個(gè) LED 管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。 DIG0～ DIG7 和 SA～ SG 同時(shí)還分別是64 個(gè)鍵盤 列線和行線端口，完成對(duì)鍵盤的監(jiān)視、譯碼和鍵碼的識(shí)別。 DATA 為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向 HD7279A 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， DATA 為輸入端；當(dāng) HD7279A 輸出鍵盤代碼時(shí)， DATA 為輸出端。6 條純 指令為： (1)復(fù)位指令。 (3)左移指令。 (5)循環(huán)左移指令。指令代碼為 A2H，其功能與循環(huán) 左移指令相似，只是方向相反。 DATA 引腳為高阻狀態(tài)，如圖 316 所示。如果不用鍵盤，則 電路圖中連接到鍵盤的 8 只 10ｋ Ω 電阻和 8只 100ｋ Ω 下拉電阻均可以省去。功能鍵：復(fù)位鍵﹑設(shè)定值鍵﹑加熱鍵。因此，這些開關(guān)不只是簡(jiǎn)單的電平輸入。通常掃描 方式有兩種，既掃描法和反轉(zhuǎn)法。由于電腦串口 rs232 電平是 10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是 TTL 電平 ，MAX232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、 2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。 ● LinBiCMOSTM 工藝技術(shù) 。 ● 低電源電流 ：典型值是 8mA。 T2OUT7R2IN8V6C11V+2C1+3C2+4C25R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16RXDTXD100pFC11100pFC9100pFC10100pFC8100pFC12+5通信單元MAX232PCPD0PD1 圖 319 通信單元電路圖 MAX232 它是 RS232C 雙工發(fā)送器 /接收器接口電路芯片 ， 可以完成 TTL/RS232電平的轉(zhuǎn)換，它 的 1 12 引腳是 TTL 電平端，用來連接單片機(jī)的。 在這里我介紹一塊大家常用的芯片： MAX232 是 TTLRS232 電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為 uF 的時(shí)候，若輸入為 5V,輸出可以達(dá)到14V 左右，輸入為 0V， 輸出可以達(dá)到 14V， 在扇 出電流為 20mA 的時(shí)候，處處 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 電壓可以穩(wěn)定在 12V 和 12V。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機(jī)接口的這個(gè)串口，就可以實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器的改寫，而無須再取下芯片?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需要，可以選擇不同的打印速度，不同的打印行寬，不同的文字和