【正文】 按鍵和 報(bào)警部分 ...........................................21 顯示部分 .................................................23 電源電路 .................................................23 溫度控制模塊 .............................................24 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................25 4 軟件設(shè)計(jì)綜述 .............................................25 鍵盤 輸入 模塊 .............................................26 顯示模塊 .................................................27 控制模塊 .................................................27 溫度報(bào)警模塊 .............................................28 主程序流程圖 .............................................29 第 5章 設(shè)計(jì)總結(jié) ....................................................30 設(shè)計(jì)所達(dá)到的性能指標(biāo) .....................................31 溫控系統(tǒng)的標(biāo)度誤差 .................................31 溫控系統(tǒng)的靜態(tài)誤差 .................................31 溫控系統(tǒng)的控制精度 .................................31 自我總結(jié) .................................................32 第 6章 參考文獻(xiàn) ................................................... 第 7章 附錄 ...................................................... 5 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 第一章 緒論 選擇背景 溫度是 眾多工業(yè)生產(chǎn)及日常生活 中的基礎(chǔ) 物理量之一 ， 而在大部分的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都與水溫有著密切的聯(lián)系。 系統(tǒng)檢測變送電路中采用電流型溫度傳感器 AD590 將溫度的變化量轉(zhuǎn)變成電流量，然后采用 OP07 將電流量轉(zhuǎn)換為電壓量。 1 基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng) 摘 要 水在人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中有著必不可少的作用，在不同環(huán)境和不同的需求中，水溫的變化也對我們的生活和工業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響，為了滿足人們在各個(gè)領(lǐng)域所需要的水溫，水溫控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域也應(yīng)運(yùn)而生。選用 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0804 將電壓兩轉(zhuǎn)化成數(shù)值量傳送給單片機(jī)處理。在生活中，為了能讓人們不同時(shí)刻不同天氣的環(huán)境下，在飲用和洗漱等生活必須環(huán)節(jié)上水的所需溫度得到保障和滿足。所以，運(yùn)用反饋控制理論對鍋爐進(jìn)行溫度控制，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，提高生產(chǎn)力。 2．設(shè)計(jì)所開發(fā)的系統(tǒng)由 89c51 為主控芯片構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與調(diào)試。假如實(shí)際的溫度比預(yù)定的溫度數(shù)值低，那么系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)加熱部分來使物體溫度上升。通過這種經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法，一種反饋補(bǔ)償器 被發(fā)明出來，這種反饋補(bǔ)償器它可以獲得大部分的穩(wěn)定裕度，主要考慮了對象的不確定性，把反饋環(huán)節(jié)充分利 7 用來達(dá)到減少干擾和對象誤差的靈敏度。如果對過程對象建立數(shù)學(xué)模型，那么實(shí)際的過程控制中就能夠適應(yīng)和應(yīng)用現(xiàn)代控制理論。數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器較之模擬 PID調(diào)節(jié)器突出的優(yōu)點(diǎn)是可以 實(shí)現(xiàn)在線整定，靈活性較好，那么控制效果也就較好較穩(wěn)定精確。并逐漸的走向成熟應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中?，F(xiàn)在人們又研發(fā)出了一種可以模擬人類的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制的一種高精度模糊控制器。把模糊邏輯描述作為依據(jù)的控制算法叫做模糊溫度控制，將人的經(jīng)驗(yàn)和智能通過一些發(fā)誓輸送給他們。這樣可以達(dá)到非常理想的效果，包括：鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集還有控制和現(xiàn)實(shí)最重要的是提高了鍋爐溫控系統(tǒng)的效率。 第 2 章 系統(tǒng)基本方案 選擇及論證 各模塊電路的方案選擇和討論證明 主機(jī)控制模塊 方案一：采用 FPGA， 它的名稱是 現(xiàn)場可編程門陣列 ，它是 集成度最高的一種在我們常用的 專用集成電路中 ，一些較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)式子和邏輯運(yùn)算都可以通過他來完成。 PID 控制器 恰好就是又來解決一些難控變量的問題，它可以通過一系列的調(diào)節(jié)使物體的實(shí)際值和預(yù)期值編程一樣的。 元件的一致性差，互換性差；元件易老化，穩(wěn)定性較差。 綜上所述分析選擇用方案二 ，有溫度傳感器 AD590做采樣溫度部分。單片機(jī)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行對比，并通過顯示電路將實(shí)時(shí)溫度顯示出來，如果實(shí)時(shí)溫度大于設(shè)定的最高溫度或者低于設(shè)定的最低溫度一定時(shí)間，單片機(jī)將觸發(fā)報(bào)警電路對過溫或者低溫進(jìn)行警報(bào)，同時(shí)觸發(fā)控制電路對水溫的控制做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保水溫出在理想的溫度值，滿足需求 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路主要分為電源 電路 、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵電路、 LCD顯示電路和溫度采集電路六部分。發(fā)展到現(xiàn)代社會(huì)，工業(yè)中我們應(yīng)用的主流單片機(jī)還是以 8位機(jī)為主，但其 16位、 32 位的同胞兄弟正在以極快的速度崛起中。 ● PSEN 管腳用于單片機(jī)是否在外部的儲(chǔ)存器提取指令，在低電平到達(dá)的時(shí)候，單片機(jī)才會(huì)從外部的儲(chǔ)存器提取所用的指令信號。單片機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為了我們社會(huì)進(jìn)步的不可缺少的重要工具。 振蕩器有輸入和輸出段兩個(gè)端口，它的輸入端接單片機(jī)內(nèi)部的 其輸入端接至單片機(jī) 內(nèi)部 的 XTAL1 引腳，輸出端接單片機(jī)的外部 的 XTAL2 引腳。 所以 P0 口 必 需加上拉電阻。A 電流，它還能通過片內(nèi)薄膜電阻與激光作用來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)器件的功能。 除此之外，它的一些特點(diǎn)決定著它很 18 適合遠(yuǎn)程的檢測應(yīng)用。 運(yùn)算放大器 OP07 性能描述 Op07芯片是一個(gè)運(yùn)算放大器集成電路，他的特點(diǎn)是噪聲低、雙電源供電。它的 內(nèi) 部設(shè)有 時(shí)鐘發(fā)生器； ；它不需要調(diào)零操作，并且輸出的電壓范圍是零到 5V，當(dāng)一個(gè)電源工作的時(shí)候。 WR 管腳：是寫的電平輸入端，它通過低電平來開啟 AD 轉(zhuǎn)換 過程。 ADC0804 型號的 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理通過幾個(gè)步驟來說明，不走如下： 20 這是通過二分法的尋 求方法來尋找結(jié)果，幾位的 A/D 轉(zhuǎn)換器就要對應(yīng)幾次尋找，這樣才能完成轉(zhuǎn)換的過程，在轉(zhuǎn)換過程中輸入值就代表這模擬輸入電壓。如圖 37所示。其內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器為 HD44100 和 HD44780 分別在顯示器內(nèi)部起到驅(qū)動(dòng)和控制作用。 繼電器的兩輸出端 220V 的交流電，通過控制繼電器的閉合來控制電熱絲是否加熱； 加熱系統(tǒng)中，我們通過對繼電器的控制讓加熱電路的通斷來實(shí)現(xiàn)加熱功能，降溫系統(tǒng)中，我們同樣通過對繼電器的控制來讓降溫系統(tǒng)中的主 路開關(guān)的關(guān)閉和斷開來實(shí)現(xiàn)降溫的目的。要使溫度會(huì)維持在我們理想的范疇內(nèi)，只有通過如此的無限反復(fù)工作。 假如我們收到單片機(jī)傳來的要閉合按鍵的信號時(shí)首先要進(jìn)行按鍵消抖 ， 這個(gè)步驟是必需的。 KEY3（ ） : 設(shè)置溫度“ ”。 其流程圖如圖 44所示： 30 圖 44 系統(tǒng)主程序流程圖 第 5章 設(shè)計(jì)總結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)采納的是以 52單片機(jī) 為控制中心的的研究。其記錄數(shù)據(jù)如下表 4： 32 設(shè)定溫度值 系統(tǒng)顯示值 差值 控制精度 ℃ 超調(diào)量 % 結(jié)果分析論述 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完全符合設(shè)計(jì)要求 ， 溫度計(jì) 溫度和溫控系統(tǒng) 測得 的溫度 的標(biāo)準(zhǔn)誤差是 %，靜態(tài)誤差是 ℃ ，控制精度是 ℃ ，超調(diào)量是 %，我們設(shè)計(jì)做成產(chǎn)品也可以符合部分企業(yè)的要求，雖然還有超調(diào)量的存在，但也減少了總體上還是令人滿意的。在最開始對這方面的內(nèi)容自然是茫然的，從客觀上來說自身的知識儲(chǔ)備有限，我在這方面學(xué)習(xí)不是很懂，也不是很到位，缺乏專業(yè)知識素養(yǎng)，缺乏理論 基礎(chǔ)；以往的生活中缺少對礦用溫度傳感方面的了解，生活中偶有接觸，卻沒花太多時(shí)間去詳細(xì)了解相關(guān)知識，因此缺乏實(shí)踐基礎(chǔ)。在實(shí)際運(yùn)用中，運(yùn)用范圍有限，因此需要加大各方面知識的融合，在具體程序上還需要聯(lián)系客觀實(shí)際對此作出進(jìn)一步的改進(jìn)，讓各領(lǐng)域的知識融會(huì)貫通，以此達(dá)到全方位、寬領(lǐng)域、多層次的技術(shù)要求。只能說仿真只能是仿真他不是實(shí)物，他可以拿來參考和借鑒，卻不 能完全的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，對于實(shí)物還是需要要再多次試驗(yàn)，找出其中的小的細(xì)節(jié)性問題，避免不必要的情況發(fā)生才行。因此，要想在此方面有更大的提升，那么必須從提升自身能力開始，理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)創(chuàng)新思維，在不足的方面加以改正，做到更好、更完善。因此做好 報(bào)警 工作是必不可少的。雖然我認(rèn)為自己已經(jīng)很努力的在這一方面調(diào)整方案，但是我仍然覺得在實(shí)際生產(chǎn)過程中缺乏可行性，并不會(huì)很完美。不管是從生活方面來說，還是從生產(chǎn)方面來說，都與我們?nèi)祟愑兄豢煞指畹年P(guān)系。 從剛開始拿到這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，到查找相關(guān)的資料，進(jìn)行學(xué)習(xí)和方案論證，再到對題目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)編程和調(diào)試。通過硬件方面的六個(gè)模塊，達(dá)到了不易毀壞，遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集簡化過程的目的。通過相關(guān)的查閱，從中獲取相關(guān)的知識，了解溫度傳 監(jiān)控 的原理內(nèi)容，了解其設(shè)計(jì)的理念，以達(dá)到設(shè)計(jì)的科學(xué)性。這幾個(gè)月的時(shí)間里，從最開 始的未知到后來知之，經(jīng)過這個(gè)漫長的過程，我開始對 醫(yī)用恒溫箱的 設(shè)計(jì)產(chǎn)生興趣，樂于去了解他。此設(shè)計(jì)采納閉環(huán)控制方式，控制準(zhǔn)確度高，利用 PID算法使 系統(tǒng)誤差比較小，系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定， 31 不會(huì)出現(xiàn)太多的錯(cuò)誤。等一切準(zhǔn)備工作完成后，按下確認(rèn)鍵 KEY1，恒溫箱開始工作。當(dāng)進(jìn)行按鍵操作時(shí)，首先要 在開始前間隔一會(huì)時(shí)間，再看是否有按鍵需要閉合還是打開。 按照上述的這些軟件理解，我覺得本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該分兩個(gè)步驟：第一，接通電源，使加熱設(shè)備開始工作，加熱恒溫箱的溫度，我們可以手動(dòng)在鍵盤上輸入溫度初值，并通過數(shù)碼管顯示出來，以此來編寫程序。 控制部分電路圖如圖311 所示： 圖 311 繼電器控制