【正文】 n++)//讀取 8 位數(shù)據(jù) { dat1 = DSIO。//數(shù)據(jù)從低位開始傳送 addr = 1。 _nop_()。 _nop_()。 } for (n=0。 n8。 _nop_()。break。break。 //將 8 位總線轉為 4 位總線 LcdWriteCom(0x28)。 //使能清零 LCD1602_RS = 1。 //使能 LCD1602_RS = 0。 uchar YearData=0,MonthData=0,DayData=0,WeekData=0,HourData=0, 太原科技大學畢業(yè) 設計 34 MinuteData=0,SecondData=0。 uchar code WRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c}。 //溫度設置鍵 sbit key3=P1^2。 本設計還有一些不足之處，由于電熱絲加熱是一個非線性的大時滯系統(tǒng)，簡單的 PID 控制難以做到精確控制，使得控制精度變低，需要改進。 圖 斷水停止加熱 如圖 所示，通水后三極管 Q2 基極接收到的控制信號是高電平，三極管導通。 本章選擇 Protues 軟件對系統(tǒng)進行仿真，經(jīng)過多次調試后，系統(tǒng)終于實現(xiàn)了預期的功能。通過控制 10ms內 PWM輸出口的高低電平時間即相當于控制 PWM輸出的占空比。 ] (41) 式中， Ti為積分時間常數(shù)； Td為微分時間常數(shù)； Kp為比例系數(shù)； Ki=錯誤 !未找到引用源。 LCD1602 有 2行每行 16 個有效地址，第 1 行有效地址從 00h 到 0Fh；第 2 行有效地址從 40h 到太原科技大學畢業(yè) 設計 24 4Fh。C 0000 0000 1010 0000 00A0H 0176。 圖 DS18B20 的讀操作時序圖 DS18B20 溫度讀取 DS18B20 經(jīng)轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。本節(jié)介紹了 DS18B20 初始化時序、寫數(shù)據(jù)時序、讀數(shù)據(jù)時序和檢測溫度的流程 [11]。 1． 按鍵消抖 鍵盤與單片機連接電路如圖 。 太原科技大學畢業(yè) 設計 18 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)軟件部分設計時 ， 就每個 模塊 功能單獨編寫驗證，然后進行系統(tǒng)的整合。 (310) MATLAB 仿真 PID 控制器和被控對象模型建立完成后，選擇 MATLAB 軟件中 的 simulink模塊對系統(tǒng)經(jīng)行仿真 [10]，搭建的模型如圖 所示。 、 錯誤 !未找到引用源。 圖 熱力對象示意圖 假設加熱器不與外界產生熱量交換，當輸入水流量及溫度（ Ti）不變，加熱器輸入的熱流量從 P 增加到 P+pi， 輸出的熱流量為 P+po,輸出水溫變?yōu)?TO+to，根據(jù)太原科技大學畢業(yè) 設計 15 熱平衡方程，則： dtppCd oi )( ??? (31) Rpo ?? (32) C 為比熱容（ KJ/Kg所有 模塊設計完成后 ，進行整理設計 得到系統(tǒng)的總體 原理圖 ，具體原理圖見附錄 。該技術利用水自身電阻，對電熱水器中的通水管設計，材質的選擇以及電氣阻尼技術等形成 “隔電墻 ”。 太原科技大學畢業(yè) 設計 12 驅動電路的設計 加熱驅動電路如圖 所示。 驅動電路的工作原理 圖 雙向可控硅的伏安特性 要控制雙向可控硅的導通，首先得了解晶閘管的導通及關斷條件。三極管導通，光耦輸出高電平，經(jīng)非門后輸出高電平的控制信號 。 本設計選擇永久磁鋼產生磁場。 DS18B20 電路的設計 溫度傳感器與單片機的連接如圖 所示。只有將 RST 置高電平才能對時鐘芯片進行數(shù)據(jù)傳輸操作。 E 是使能端，與單片機 連接，當 E 置高電平時，單片機才能對液晶進行讀寫操作。 鍵盤輸入電路的設計 為了設置熱水器的時間和預約溫度，可以使用按 鍵設置，共設置五個按鍵，分別是：時間鍵、溫度鍵、增加建、減小鍵和開關鍵。根據(jù)國家住宅設計規(guī)范，現(xiàn)有商品住房的電器線路導線必須采用銅芯線，每套住宅進線截面積不小于 10mm2,分支引線不小于 。該方案加熱絲只有通斷兩種狀態(tài)，且加熱滯后時間較大，無法調節(jié)加熱功率?；魻杺鞲衅黧w積小，功耗小，容易安裝到通水管內，工作溫度范圍廣，在工作溫區(qū)精度小于 1%，適用于溫度變化較大的場合。 行列式鍵盤工作原理是單片機內部對 I/O 接口進行行列掃描來確定哪一個鍵被按下，當按鍵較多時可以降低占用單片機的 I/O 口數(shù)目。 至于 數(shù)字溫度傳感器 ， 常用的有 DS18B20，它能將采集到的 溫度信號直接轉換成數(shù)字信號，并且方便進行多點溫度采集，功耗也非常低，并且僅有一根總線傳輸，直接與單片機端口連接，電路非常簡單，主要通過編程來計算溫度 [3]。 方案二：選擇時鐘芯片。而 LCD液晶顯示屏具有靈活多變，重量輕，占地小，功耗低、畫面豐富的優(yōu)點。軟件設計采用分塊編寫程序的方案。 本文 對這次設計進行詳細介紹。 當前市面上的電熱水器分儲水式和即熱式。這樣的熱水器，必將為家庭、小型飯店、賓館酒店提供配套服務。通過 PID 控制算法控制熱水器的出水溫度，利用 C 語言完成電熱水器控制系統(tǒng)的軟件設計；另外，采用“隔電墻”技術做漏電保護，保證洗浴過程中的安全。 教研室 意見 教研室主任（專業(yè)負責人）簽字： 年 月 日 說明：一式兩份， 一份裝訂入學生畢業(yè)設計（論文）內 ，一份交學院（直屬系）?，F(xiàn)在人們的生活質量提高了，人們期盼有一種既安全，又方便的熱水器，在浴室和廚房提供熱水。越來越多的電熱水器往著智能化、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。采用 PID控制能達到較好地控制效果，可以較好的控制出水溫度，提供用戶一個舒適的洗浴環(huán)境。 在滿足實際功能需求，縮短開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本的前提下， 本設計選擇ATMEL 單片機 AT89C52 為主要芯片，由時鐘模塊和溫度檢測模塊 為單片機提供時間和溫度，輸出至液晶屏顯示，通過按鍵更改時間與預設溫度，并由單片機輸出控制加熱驅動模塊對熱水進行加熱。 目前主流的顯示器有 LED 數(shù)碼管和 LCD 液晶屏。 方案一： 由單片機提供時鐘信息。 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 。 方案一： 獨立式按 鍵 。測量精度高，測量范圍大。 方案一：通過電磁繼電器控制。因此選擇方案二作為加熱驅動模塊。 本章小結 本章介紹了本設計所完成的功能，完成了即熱式電熱水器控制系統(tǒng)功能需求分析。 圖 LCD1602 與單片機的連接圖 太原科技大學畢業(yè) 設計 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 管腳接單片機的控制信號端， 7~14 管腳接單片機的數(shù)據(jù)端， 其接口信號如表 所示。由 RST 和 SCLK 控制命令， I/O 傳輸數(shù)據(jù)。 溫度采集電路的設計 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換成溫度數(shù)字量。 水流檢測電路的設計 在通水管內無水時加熱易發(fā)生事故 ，因此需檢測水流，做到通水通電，斷水斷電?；魻柶骷敵龈唠娖绞谷龢O管截止。 圖 MOC3042 引腳排列及內部電路圖 管腳 1 和管腳 2 是輸入端，連接一個發(fā)光二極管。 P24 端輸出頻率一定脈寬可調的 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。 漏電保護技術 為保證使用電熱水器時的用電安全，本設計 選擇“隔電墻”作為漏電保護。cm）。它由被控對象、檢測元件、數(shù)字控制器、執(zhí)行器構成。其輸入 e(t)與輸出 u(t)的關系如式（ ）所示 : 錯誤 !未找到引用源。與工程整定法相比，理太原科技大學畢業(yè) 設計 16 論計算相對麻煩，工程整定是根據(jù)經(jīng)驗得出來的方法，很實用。 本章小結 本章詳細介紹了 PID 控制模型的建立過程，并通過計算得到被控熱力對象的傳遞函數(shù)。在系統(tǒng) 初始化結束之后進入程序主體循環(huán)部分。程序的設計思路是通過對 I/O 的掃描確定按下的按鍵，返回對應按鍵的鍵值，實現(xiàn)鍵盤掃描功能。 寫操作的時序圖 如 圖 所示。C 0000 0111 1101 0000 07D0H 85176。下面我們分析一下 LCD1602 寫指令操作和寫數(shù)據(jù)操作的操作時序 [3]: 寫指令的操作時序： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖。 PID 算法的軟件設計 PID控制即比例積分微分控制，在過程控制中 PID控制算法是應用最為廣泛的一種控制規(guī)律。 太原科技大學畢業(yè) 設計 25 開始讀入 r ( k ) ， y ( k ) ， y ( k 1 )計算 e ( k )= r ( k ) y ( k )e ( k 1 )= r ( k ) y ( k 1 )計算 P = Kp * e ( k )計算 I = Ki * ∑ e ( i )計算 D = Kd * [ e ( k ) e ( k 1 ) ] 計算 u ( k )= P + I + Dy ( k 1 )= y ( k )結束i = 0k 圖 位置式 PID 控制算法流程圖 PWM 輸出 單片機有 2 個 16 位定時器 T0 和 T1，所以可在程序設計中利用定時器中斷來控制 PWM 的占空比。本次軟件設計拆分為兩個部分，由系統(tǒng)主程序部分、各模塊子程序部分組成，使得 編出來的程序結構和思路更加清晰，而且易于閱讀，后期檢查也很方便。 圖 調節(jié)預設溫度 太原科技大學畢業(yè) 設計 28 加熱模擬 仿真 本小節(jié)進行的是系統(tǒng)加熱模塊部分的仿真。 太原科技大學畢業(yè) 設計 29 第 6 章 結論 本次設計的 即熱式電熱水器 控制系統(tǒng)以 ATMEL 單片機 AT89C52 為核心，結合溫度采集電路、顯示電路、水流檢測電路和驅動電路等完成硬件電路的設計，選擇 Protel 繪圖軟件繪制電路原理圖，同時采用 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)進行模擬仿真。 最后，在論文完成之際，我由衷地感謝金老師的耐心指導。 sbit SCLK=P3^6。 uchar temp_flag = 20。 //溫度采集 sbit start = P2^4。 //寫入時序 Lcd1602_Delay1ms(5)。 //寫入時序 太原科技大學畢業(yè) 設計 35 Lcd1602_Delay1ms(5)。 //設置數(shù)據(jù)指針起點 } uchar KeyDown() //鍵盤掃描 { uchar i=0。 //增加鍵 key3 case 0xF7: KeyValue=4。 } } } return KeyValue。 //然后將 RST(CE)置高電平。//數(shù)據(jù)在上升沿時， DS1302 讀取數(shù)據(jù) _nop_()。 SCLK = 1。 _nop_()。 n8。 太原科技大學畢業(yè) 設計 38 } _nop_()。 _nop_()。 SCLK = 0。 _nop_()。 } uchar Ds1302Read(uchar addr) //ds1302 讀取一個地址的數(shù)據(jù) { uchar n,dat,dat1。 0x01。//數(shù)據(jù)從低位開始傳送 addr = 1。 _nop_()。 (GPIO_KEY != 0xFF)) //檢測按鍵是否松開 { delay10ms(1)。 //溫度設置鍵 key2 case 0xFB: KeyValue=3。 //寫一個指針加 1 LcdWriteCom(0x01)。 //寫入數(shù)據(jù) Lcd1602_Delay1ms(1)。 //放入命令 Lcd1602_Delay1ms(1)。 sbit LCD1602_E=P2^7。 uchar hour,min,sec。 //開關鍵 //定義 ds1302 使用的 IO 口 // sbit DSIO=P3^7。大學期間所學的科目很多，很零碎，直到把每個模塊所用到的知識結合起來才意識到理論與實踐的差距，現(xiàn)在看到這個題目感覺是那么親切，在電子信息工程學院 金坤善 老師的 指導 下， 對這個設計 也不覺得有那么復雜了。系統(tǒng)也能準確的根據(jù)控制信號的不同接通或者斷開加熱電路，實現(xiàn)對加熱的控制。 圖 液晶顯示 圖 是通過溫度設置按鍵調節(jié)預設溫度時的顯示狀態(tài)。具體實現(xiàn)方式為 :設 n為定時器 T1的初值， f 為單片機的晶振頻 率，當系統(tǒng)在 MHzf ?