【正文】 n /)65536( ?? ，通過改變定時(shí)器 T1的初值 n可以改變加熱時(shí)間 ton，從而控制電阻絲件的加熱時(shí)間，其中 n由 PID控制算法得到的輸出來決定。 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 27 第 5 章 模擬仿真與結(jié)果分析 再完美的設(shè)計(jì) ，沒有通過檢驗(yàn) 難免會有 瑕疵，所以系統(tǒng)調(diào)試在整個系統(tǒng)制作中至關(guān)重要。 圖 液晶顯示 圖 是通過溫度設(shè)置按鍵調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)溫度時(shí)的顯示狀態(tài)。此時(shí)繼電器線圈不通電，常開觸點(diǎn)斷開，使加熱電路斷開，電熱水器停止加熱。系統(tǒng)也能準(zhǔn)確的根據(jù)控制信號的不同接通或者斷開加熱電路，實(shí)現(xiàn)對加熱的控制。 經(jīng)過多次調(diào)試后，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測溫度，并通過液晶屏顯示時(shí)間與溫度；并且可以通過按鍵來手動校正時(shí)間與設(shè)置溫度；系統(tǒng)能夠自動檢測水流信號，在斷水時(shí)切斷加熱回路，通水后接通加熱回路，實(shí)現(xiàn)加熱控制，防止干燒。大學(xué)期間所學(xué)的科目很多，很零碎，直到把每個模塊所用到的知識結(jié)合起來才意識到理論與實(shí)踐的差距，現(xiàn)在看到這個題目感覺是那么親切，在電子信息工程學(xué)院 金坤善 老師的 指導(dǎo) 下， 對這個設(shè)計(jì) 也不覺得有那么復(fù)雜了。 //時(shí)間設(shè)置鍵 sbit key2=P1^1。 //開關(guān)鍵 //定義 ds1302 使用的 IO 口 // sbit DSIO=P3^7。// uchar code READ_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d}。 uchar hour,min,sec。 uchar miao,shi,fen,ri,yue,nian,week。 sbit LCD1602_E=P2^7。 void LcdWriteCom(uchar ) //寫入命令 { LCD1602_E = 0。 //放入命令 Lcd1602_Delay1ms(1)。 } void LcdWriteData(uchar dat) //寫入數(shù)據(jù) { LCD1602_E = 0。 //寫入數(shù)據(jù) Lcd1602_Delay1ms(1)。 } void LcdInit() //LCD 初始化子程序 { LcdWriteCom(0x32)。 //寫一個指針加 1 LcdWriteCom(0x01)。 //消除抖動 if (GPIO_KEY != 0xFF) //再次檢測按鍵是否按下 { switch(GPIO_KEY) { case 0xFE: KeyValue=1。 //溫度設(shè)置鍵 key2 case 0xFB: KeyValue=3。 //減小鍵 key4 case 0xEF: KeyValue=5。 (GPIO_KEY != 0xFF)) //檢測按鍵是否松開 { delay10ms(1)。 RST = 0。 _nop_()。 for (n=0。//數(shù)據(jù)從低位開始傳送 addr = 1。 _nop_()。 0x01。 SCLK = 0。 } uchar Ds1302Read(uchar addr) //ds1302 讀取一個地址的數(shù)據(jù) { uchar n,dat,dat1。//先將 SCLK 置低電平。 _nop_()。 0x01。 SCLK = 0。 n8。 _nop_()。//從最低位開始接收 dat = (dat1) | (dat17)。 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 38 } _nop_()。 SCLK = 1。 n8。 RST = 1。 _nop_()。 } RST = 0。 SCLK = 1。 n8。//數(shù)據(jù)在上升沿時(shí)， DS1302 讀取數(shù)據(jù) _nop_()。 n++)//開始傳送八位地址命令 { DSIO = addr amp。 //然后將 RST(CE)置高電平。 SCLK = 0。 } } } return KeyValue。 //開關(guān)鍵 key5 } 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 36 while ((i50) amp。 //增加鍵 key3 case 0xF7: KeyValue=4。 //時(shí)間設(shè)置鍵 key1 case 0xFD: KeyValue=2。 //設(shè)置數(shù)據(jù)指針起點(diǎn) } uchar KeyDown() //鍵盤掃描 { uchar i=0。 //在四位線下的初始化 LcdWriteCom(0x0c)。 //寫入時(shí)序 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 35 Lcd1602_Delay1ms(5)。 //選擇輸入數(shù)據(jù) LCD1602_RW = 0。 //寫入時(shí)序 Lcd1602_Delay1ms(5)。 //選擇發(fā)送命令 LCD1602_RW = 0。 //溫度采集 sbit start = P2^4。 //定義 lcd1602 使用的 IO 口 // sbit LCD1602_RS=P2^5。 uchar temp_flag = 20。 //DS1302 時(shí)鐘初始化 2021 年 1 月 1 日星期二 12 點(diǎn) 00 分 00 秒。 sbit SCLK=P3^6。 //增加鍵 sbit key4=P1^3。 最后，在論文完成之際，我由衷地感謝金老師的耐心指導(dǎo)。 綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案是可行的。 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 29 第 6 章 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的 即熱式電熱水器 控制系統(tǒng)以 ATMEL 單片機(jī) AT89C52 為核心，結(jié)合溫度采集電路、顯示電路、水流檢測電路和驅(qū)動電路等完成硬件電路的設(shè)計(jì)，選擇 Protel 繪圖軟件繪制電路原理圖，同時(shí)采用 Keil 軟件完成軟件部分的程序編寫；利用 MATLAB 對 PID 控制算法仿真；最后選擇 Protues 軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。此時(shí)繼電器線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合，接通加熱電路，電熱水器開始加熱。 圖 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)溫度 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 28 加熱模擬 仿真 本小節(jié)進(jìn)行的是系統(tǒng)加熱模塊部分的仿真。 顯示模擬 仿真 本小節(jié)進(jìn)行的是系統(tǒng)顯示模塊部分的仿真。本次軟件設(shè)計(jì)拆分為兩個部分，由系統(tǒng)主程序部分、各模塊子程序部分組成，使得 編出來的程序結(jié)構(gòu)和思路更加清晰，而且易于閱讀，后期檢查也很方便。設(shè)置 PWM輸出口初始為低電平， T0在 2ms中斷溢出后，改變 PWM輸出口的電平輸出高電平，并經(jīng)過 8ms后進(jìn)入下一次的中斷，完成一個周期的 PWM輸出，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn) PWM信號的輸出。 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 開始讀入 r ( k ) ， y ( k ) ， y ( k 1 )計(jì)算 e ( k )= r ( k ) y ( k )e ( k 1 )= r ( k ) y ( k 1 )計(jì)算 P = Kp * e ( k )計(jì)算 I = Ki * ∑ e ( i )計(jì)算 D = Kd * [ e ( k ) e ( k 1 ) ] 計(jì)算 u ( k )= P + I + Dy ( k 1 )= y ( k )結(jié)束i = 0k 圖 位置式 PID 控制算法流程圖 PWM 輸出 單片機(jī)有 2 個 16 位定時(shí)器 T0 和 T1，所以可在程序設(shè)計(jì)中利用定時(shí)器中斷來控制 PWM 的占空比。 為積分系數(shù)； Kd=KpTd為微分系數(shù)。 PID 算法的軟件設(shè)計(jì) PID控制即比例積分微分控制，在過程控制中 PID控制算法是應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。在設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針時(shí)，只要寫指令 80H+地址碼，即可設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針。下面我們分析一下 LCD1602 寫指令操作和寫數(shù)據(jù)操作的操作時(shí)序 [3]: 寫指令的操作時(shí)序： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖。C 0000 0000 0000 0000 0000H 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 23 簡單的讀取溫度值的步驟如下： （ 1）跳過 ROM 操作； （ 2）發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令； （ 3）跳過 ROM 操作； （ 4）發(fā)送讀取溫度命令； （ 5） 讀取溫度值。C 0000 0111 1101 0000 07D0H 85176。所以當(dāng)我們只想簡單的讀取溫度值的時(shí)候，只用讀取暫存器中的第 0 和第 1 個字節(jié)就可以了。 寫操作的時(shí)序圖 如 圖 所示。 DS18B20 初始化 DS18B20 的初始化過程如下： （ 1）把數(shù)據(jù)線置高電平； （ 2）延時(shí)（盡可能短一些）； 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 21 （ 3）數(shù)據(jù)線拉到低電平； （ 4）延時(shí) 750μs（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從 480 到 960μs）； （ 5）數(shù)據(jù)線拉到高電平； （ 6）延時(shí)等待（延時(shí) 15 到 60ms，返回低電平）。程序的設(shè)計(jì)思路是通過對 I/O 的掃描確定按下的按鍵，返回對應(yīng)按鍵的鍵值，實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描功能。由電路圖可知 ，按鍵按下的 I/O 口為低電平，通過對 I/O 口的掃描即可確定按下的按鍵。在系統(tǒng) 初始化結(jié)束之后進(jìn)入程序主體循環(huán)部分。下面就 系統(tǒng)總 流程 及各個模塊軟件設(shè)計(jì)流程 進(jìn)行描述。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了 PID 控制模型的建立過程，并通過計(jì)算得到被控?zé)崃ο蟮膫鬟f函數(shù)。仿真曲線如圖 所示。與工程整定法相比，理太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 16 論計(jì)算相對麻煩，工程整定是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出來的方法，很實(shí)用。 和 錯誤 !未找到引用源。其輸入 e(t)與輸出 u(t)的關(guān)系如式（ ）所示 : 錯誤 !未找到引用源?！妫?， R 為熱阻（℃它由被控對象、檢測元件、數(shù)字控制器、執(zhí)行器構(gòu)成。 硬件電路設(shè)計(jì)完成之后，在下一章介紹系統(tǒng)的控制算法。cm）。按照國家標(biāo)準(zhǔn)， 220V 電壓下漏電電流小于 5mA，漏電時(shí)也能洗浴。 漏電保護(hù)技術(shù) 為保證使用電熱水器時(shí)的用電安全，本設(shè)計(jì) 選擇“隔電墻”作為漏電保護(hù)。 圖 加熱驅(qū)動電路圖 由于負(fù)載加熱絲存在少量電感，屬于感性負(fù)載。 P24 端輸出頻率一定脈寬可調(diào)的 PWM 波， PWM 波的頻率由雙向可控硅的觸發(fā)角 錯誤 !未找到引用源。雙向可控硅的伏安特性如圖 所示，無論門極是正的觸發(fā)電流還是負(fù)的觸發(fā)電流，都能觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通。 圖 MOC3042 引腳排列及內(nèi)部電路圖 管腳 1 和管腳 2 是輸入端，連接一個發(fā)光二極管。輸出的控制信號將控制加熱電路的繼電器的通斷 [6]。霍爾器件輸出高電平使三極管截止。工作時(shí)令磁體與被測物運(yùn)動來檢測磁場，并反饋信息。 水流檢測電路的設(shè)計(jì) 在通水管內(nèi)無水時(shí)加熱易發(fā)生事故 ，因此需檢測水流，做到通水通電，斷水?dāng)嚯姟? 圖 DS18B20 電路連接圖 芯片的 3 號管腳 VCC 接 5V 直流電， 1 號管腳 CND 接地， 3 號管腳 DQ 接單片機(jī) 。 溫度采集電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選擇 DS18B20 作為 溫度傳感器，它在本控制系統(tǒng)中的作用是測量溫度并轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)字量。 SCLK 總是輸入端，接單片機(jī)的 。由 RST 和 SCLK 控制命令， I/O 傳輸數(shù)據(jù)。 D0~D7 數(shù)據(jù) I/O 口，與單片機(jī)的 ~ 連接，通過與單片機(jī)并行通信將需要顯示的數(shù)據(jù)傳送至液晶。 圖 LCD1602 與單片機(jī)的連接圖 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 8 本液晶屏 有 16 個管腳， 1 號管腳接地， 2 號管腳接電源， 3 號管腳是液晶偏壓信號， 6 管腳接單片機(jī)的控制信號端， 7~14 管腳接單片機(jī)的數(shù)據(jù)端， 其接口信號如表 所示。鍵盤與單片機(jī)的連接圖如圖 所示 。 本章小結(jié) 本章介紹了本設(shè)計(jì)所完成的功能，完成了即熱式電熱水器控制系統(tǒng)功能需求分析。 的標(biāo)準(zhǔn)銅芯線能承受的最大電流是 28A，在 220V 市電供電下，每根導(dǎo)線能接 6000W 的負(fù)載。因此選擇方案二作為加熱驅(qū)動模塊。 方案二：通過光耦與雙向可控硅控制。 方案一：通過電磁繼電器控制。 綜上所述，方案一對被測環(huán)境要求較高，而方案二的適用范圍廣，且檢測精度滿足設(shè)計(jì)需求。測量精度高，測量范圍大。可以提高單片機(jī)端口的利用率 。 方案一： 獨(dú)立式按 鍵 。并且有很好的溫度分辨率，最大溫度分辨率高達(dá) ℃， 測溫范圍相對較寬，可達(dá) 55℃ 到 125℃ 。 目前主流的溫度傳感器有 熱敏電阻 傳感器和數(shù)字溫度傳感器等 。時(shí)鐘芯片內(nèi)都集成了時(shí)鐘、日歷功能，高性能、低功耗，且具有閏年補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，外圍電路非常簡單并具有掉電保護(hù)功能，給時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很多方便。 方案一： 由單片機(jī)提供時(shí)鐘信息。指令操控簡單，顯示內(nèi)容多樣，可以雙行顯示，可以顯示字符、字段，顯示英文、阿拉伯?dāng)?shù)字、漢語等。 目前主流的顯示器有 LED 數(shù)碼管和 LCD 液晶屏。鍵盤掃描通過返回不同的鍵值來完成不同的按鍵功能；時(shí)間 顯示電路中液晶 與時(shí)鐘芯片 和 CPU 通信 各 需使用一路串口通信 [1]；溫度采集電路中 單片機(jī)通過 DS18B20 訪問 協(xié)