【正文】 產(chǎn)生的 PWM周期應(yīng)是市電電網(wǎng)電壓周期的一半，即 10ms。 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 27 第 5 章 模擬仿真與結(jié)果分析 再完美的設(shè)計 ，沒有通過檢驗 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。此時繼電器線圈不通電，常開觸點斷開，使加熱電路斷開，電熱水器停止加熱。 經(jīng)過多次調(diào)試后，系統(tǒng)能夠準確檢測溫度，并通過液晶屏顯示時間與溫度；并且可以通過按鍵來手動校正時間與設(shè)置溫度；系統(tǒng)能夠自動檢測水流信號，在斷水時切斷加熱回路，通水后接通加熱回路，實現(xiàn)加熱控制，防止干燒。 //時間設(shè)置鍵 sbit key2=P1^1。// uchar code READ_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d}。 uchar miao,shi,fen,ri,yue,nian,week。 void LcdWriteCom(uchar ) //寫入命令 { LCD1602_E = 0。 } void LcdWriteData(uchar dat) //寫入數(shù)據(jù) { LCD1602_E = 0。 } void LcdInit() //LCD 初始化子程序 { LcdWriteCom(0x32)。 //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。 //減小鍵 key4 case 0xEF: KeyValue=5。 RST = 0。 for (n=0。 _nop_()。 SCLK = 0。//先將 SCLK 置低電平。 0x01。 n8。//從最低位開始接收 dat = (dat1) | (dat17)。 SCLK = 1。 RST = 1。 } RST = 0。 n8。 n++)//開始傳送八位地址命令 { DSIO = addr amp。 SCLK = 0。 //開關(guān)鍵 key5 } 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 36 while ((i50) amp。 //時間設(shè)置鍵 key1 case 0xFD: KeyValue=2。 //在四位線下的初始化 LcdWriteCom(0x0c)。 //選擇輸入數(shù)據(jù) LCD1602_RW = 0。 //選擇發(fā)送命令 LCD1602_RW = 0。 //定義 lcd1602 使用的 IO 口 // sbit LCD1602_RS=P2^5。 //DS1302 時鐘初始化 2021 年 1 月 1 日星期二 12 點 00 分 00 秒。 //增加鍵 sbit key4=P1^3。 綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計方案是可行的。此時繼電器線圈通電，常開觸點閉合，接通加熱電路，電熱水器開始加熱。 顯示模擬 仿真 本小節(jié)進行的是系統(tǒng)顯示模塊部分的仿真。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后進入下一次的中斷，完成一個周期的 PWM輸出，如此往復(fù)實現(xiàn) PWM信號的輸出。 為積分系數(shù)； Kd=KpTd為微分系數(shù)。在設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針時，只要寫指令 80H+地址碼，即可設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針。C 0000 0000 0000 0000 0000H 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 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。所以當我們只想簡單的讀取溫度值的時候，只用讀取暫存器中的第 0 和第 1 個字節(jié)就可以了。 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（盡可能短一些）； 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 21 （ 3）數(shù)據(jù)線拉到低電平； （ 4）延時 750μs（該時間的時間范圍可以從 480 到 960μs）； （ 5）數(shù)據(jù)線拉到高電平； （ 6）延時等待（延時 15 到 60ms，返回低電平）。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。下面就 系統(tǒng)總 流程 及各個模塊軟件設(shè)計流程 進行描述。仿真曲線如圖 所示。 和 錯誤 !未找到引用源?！妫?， R 為熱阻（℃ 硬件電路設(shè)計完成之后，在下一章介紹系統(tǒng)的控制算法。按照國家標準， 220V 電壓下漏電電流小于 5mA，漏電時也能洗浴。 圖 加熱驅(qū)動電路圖 由于負載加熱絲存在少量電感，屬于感性負載。雙向可控硅的伏安特性如圖 所示，無論門極是正的觸發(fā)電流還是負的觸發(fā)電流，都能觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通。輸出的控制信號將控制加熱電路的繼電器的通斷 [6]。工作時令磁體與被測物運動來檢測磁場，并反饋信息。 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 。 SCLK 總是輸入端，接單片機的 。 D0~D7 數(shù)據(jù) I/O 口，與單片機的 ~ 連接，通過與單片機并行通信將需要顯示的數(shù)據(jù)傳送至液晶。鍵盤與單片機的連接圖如圖 所示 。 的標準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 的負載。 方案二：通過光耦與雙向可控硅控制。 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)計需求。可以提高單片機端口的利用率 。并且有很好的溫度分辨率，最大溫度分辨率高達 ℃， 測溫范圍相對較寬，可達 55℃ 到 125℃ 。時鐘芯片內(nèi)都集成了時鐘、日歷功能，高性能、低功耗，且具有閏年補償?shù)葍?yōu)點，外圍電路非常簡單并具有掉電保護功能，給時鐘系統(tǒng)設(shè)計帶來很多方便。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、阿拉伯數(shù)字、漢語等。鍵盤掃描通過返回不同的鍵值來完成不同的按鍵功能；時間 顯示電路中液晶 與時鐘芯片 和 CPU 通信 各 需使用一路串口通信 [1]；溫度采集電路中 單片機通過 DS18B20 訪問 協(xié)議（ protocol）與 DS18B20 通信；驅(qū)動控制使用中斷來產(chǎn)生 PWM。 第 一 章介紹了系統(tǒng)的功能需求分析 與方案的太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 2 選取，并介紹了系統(tǒng)整體框架的設(shè)計 ；第 二 章講述了硬件系統(tǒng) 的 設(shè)計，硬件設(shè)計包括鍵盤電路、時鐘電路、溫度檢測電路、水流檢測電路、顯示電路、驅(qū)動加熱電路等多個部分 ；第 三 章介紹了系統(tǒng) 控制算法的設(shè)計 ， 以及利用 MATLAB 對控制算法的仿真 ；第 四 章闡述了軟件系統(tǒng)設(shè)計，針對整體軟件系統(tǒng)流程 和各個子程序 流程進行了詳細介紹 ； 第 五 章 對系統(tǒng)進行了 Protues 仿真 ；第 六 章是本次設(shè)計的結(jié) 論 。其中儲水式使用前需要的預(yù)熱時間長，使用過程中水溫?zé)o法調(diào)節(jié)，而即熱式電熱水器即開即熱，只需幾秒的預(yù)熱時間即可得到源源不斷的熱水供應(yīng)?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，智能化熱水器將成為人們的首選，市場前景廣闊。最后對系統(tǒng) 進行仿真，系統(tǒng)能正確顯示時間與溫度，準確控制加熱電路的通斷，達到了預(yù)期控制目標。 研究方法 理論研究 主要技術(shù)指標 (或研究目標 ) 通過對即熱式電熱水器控制系統(tǒng)功能需求分析，給出設(shè)計方案，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，繪制電路原理圖，完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計，通過模擬仿真驗證所設(shè)計控制 系統(tǒng)的性能。老式而簡單的熱水器由于質(zhì)量差和技術(shù)落后等 原因，已經(jīng)越來越不被用戶所青睞，也就是說將逐步退出市場。并且隨著科技的不斷進步，電熱水器也不再滿足于普通的加熱功能而已。 由于熱水器的加熱過程是一個非線性系統(tǒng)，且存在較大的滯后性。 硬件功能需求分析 結(jié)合上述的系統(tǒng)功能需求分析，硬件電路中需要具備以下幾個電路模塊，包括： 顯示電路，用來顯示時間、溫度信息； 鍵盤電路，用來手動設(shè)置時間、溫度； 時鐘電路，用來提供時鐘信號； 溫度采集電路，用來采集熱水器的水溫信息； 水流檢測電路，用來檢測熱水器的工作狀態(tài)； 加熱驅(qū)動電路，用來控制電熱水器的加熱工作。因此需要一款顯示清晰，性 能可靠穩(wěn)定的顯示屏。 ： 本設(shè)計需要為用戶提供準確的實時時間，故 需要單片機來提供時鐘信息。故此需要通過溫度傳感器檢測水溫并將信息傳送至單片機處理。以下有兩種方案可供選擇。 方案一：超聲波水流傳感器。因此需要在單片機與加熱絲之間連接一個隔離驅(qū)動電路。 綜上所述，本設(shè)計對加熱控制精度較高，需要對加熱絲功率進行調(diào) 節(jié)。對于較偏遠地區(qū)進線截面積只有 的住宅，只需單獨使用一根住宅進線也能安全安裝該熱水器。 LCD1602 顯示電路的設(shè)計 本模塊選用 LCD1602 液晶顯示屏來顯示時間和溫度，并且可通過按鍵進行調(diào)節(jié)， 液晶顯示電路與單片機 連接電路如圖 所示。 圖 DS1302 實時時鐘電路 DS1302 時鐘芯片只通過 3 根線進行數(shù)據(jù)的控制與傳遞： RST(Reset)、SCLK(Serial clock)、 I/O(Data line)。芯片通過該端口將時鐘信息送至單片機 [5]。 數(shù)據(jù)段 DQ 與單片機 P34 口連接進行雙向通信，將采集的溫度數(shù)據(jù)直接傳送至單片機。未通水時，霍爾器件離磁鋼較遠，無法形成霍爾效應(yīng)。在本設(shè)計中采用的是 MOC3042 光電雙向可控硅太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 11 驅(qū)動器，該驅(qū)動器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 光耦 MOC3042 的通斷是由輸入端控制的，單片機的 P24 端控制光耦的輸入端。在可控硅兩電極之間并聯(lián)一個 RC 串聯(lián)電路來吸收此電流 [9]。cm（國標規(guī)定自來水在 15℃時電阻率應(yīng)大于 1300Ω PID 控制算法 本系統(tǒng)是一個簡單離散控制系統(tǒng)，方框圖如圖 所示。 s /KJ，延時選取 1s 典型值，得到傳遞函數(shù)： si esspssG ????? 110)( )()( ? (36) 參數(shù)整定及 MATLAB 仿真 建立完被控對象的數(shù)學(xué)模型后，需要對 PID 控制器的參數(shù)進行整定，并進行MATLAB 仿真 PID 參數(shù)整定 PID 控制器由比例單元 (P)、 積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。常用的理論計算法有根軌跡分析法和頻域分析法。 分析圖 的曲線，系統(tǒng)曲線能在較短時間內(nèi)到預(yù)設(shè)值并且保持穩(wěn)定，也沒有明顯超調(diào) ，滿足本次設(shè)計的要求。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 19 其中系統(tǒng)初始化部分包括 對系統(tǒng)的時鐘芯片 DS1302 初始化、 DS18B20 初始化、液晶顯示 LCD1602 初始化、定時器中斷進行設(shè)置等，其他模塊的初始化在各模塊函數(shù)中初始化。 圖 按鍵抖動圖 2． 按鍵掃描 在編寫鍵盤掃描程序前先確定每個按鍵的鍵值，時間設(shè)置鍵的鍵值為 1， 溫度設(shè)置鍵的鍵值為 2， 增加鍵的鍵值為 3， 減小鍵的鍵值為 4， 開關(guān)鍵的鍵值為 5。 圖 DS18B20 的初始化 DS18B20 寫數(shù)據(jù) DS18B20 的寫數(shù)據(jù)過程如下： （ 1） 數(shù)據(jù)線先置低電平； （ 2） 延時確定的時間為 15 微秒； （ 3） 從最低位到高位依次 發(fā) 送字節(jié)； （ 4） 延時時 間為 45 微秒； （ 5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平； （ 6） 重復(fù)上 述步驟 1 到 6 的操作過程 ， 直到字節(jié)全部發(fā)送完畢； （ 7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 表 正溫度對應(yīng)的數(shù)值表 溫度 二進制 十六進制 125176。 1602 液晶用來顯示字符和數(shù)字時用到的基本操作有：寫指令和寫數(shù)據(jù)。 由此可得到 LCD1602 的初始化過程： （ 1）寫指令 38h； （ 2）寫指令 0Ch； （ 3）寫指令 06h； （ 4）寫指令 01h。位置式 PID 算法控制算法流程圖如圖 所示 。 本章小結(jié) 本章對整個系統(tǒng) 的軟件 系統(tǒng) 部分進行了詳細的設(shè)計， 系統(tǒng)軟件設(shè)計部分一定要巧妙的使用模塊化的編程思想，如果都放在整體來設(shè)計，會顯得程序繁重，看太原科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計 26 的又不清晰。此時預(yù)設(shè)溫度顯示光標閃爍，可通過加減鍵來調(diào) 節(jié)水溫。綜上，本設(shè)計結(jié)果基本達到設(shè)計要求。通過查閱英文資料，參考別人的文獻，對題目有了一定的了解之下，以及在 金 老師一遍又一遍 指導(dǎo) 和一次又一次的修改之下我的論文終于完成。 sbit RST=P3^5。 uchar ds_data = 0。 define LCD1602_DATAPINS P0 sbit DS18B20 = P3^4。 //等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 LCD1602_E = 1。 LCD1602_E = 1。 //清屏 LcdWriteCom(0x80)。break。 i++。 RST = 1。 SCLK = 1。 dat = 1。 RST = 0。 for(n=0。//DS1302 下降沿時，放置數(shù)據(jù) _no