【正文】 //DS1302 下降沿時，放置數(shù)據(jù) _nop_()。 RST = 0。 SCLK = 1。 i++。 //清屏 LcdWriteCom(0x80)。 //等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 LCD1602_E = 1。 uchar ds_data = 0。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 和一次又一次的修改之下我的論文終于完成。此時預設溫度顯示光標閃爍，可通過加減鍵來調(diào) 節(jié)水溫。位置式 PID 算法控制算法流程圖如圖 所示 。 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)。 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。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 太原科技大學畢業(yè) 設計 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、定時器中斷進行設置等，其他模塊的初始化在各模塊函數(shù)中初始化。常用的理論計算法有根軌跡分析法和頻域分析法。 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。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]。在本設計中采用的是 MOC3042 光電雙向可控硅太原科技大學畢業(yè) 設計 11 驅(qū)動器，該驅(qū)動器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 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。 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)。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。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。以下有兩種方案可供選擇。 ： 本設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。 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。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。 研究方法 理論研究 主要技術指標 (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，給出設計方案，完成系統(tǒng)硬件設計，繪制電路原理圖，完成控制系統(tǒng)軟件設計，通過模擬仿真驗證所設計控制 系統(tǒng)的性能?？梢灶A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。 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畢業(yè) 設計 2 選取，并介紹了系統(tǒng)整體框架的設計 ；第 二 章講述了硬件系統(tǒng) 的 設計，硬件設計包括鍵盤電路、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 章是本次設計的結(jié) 論 。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。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℃ 。 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，且檢測精度滿足設計需求。 的標準銅芯線能承受的最大電流是 28A，在 220V 市電供電下，每根導線能接 6000W 的負載。 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。 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 。輸出的控制信號將控制加熱電路的繼電器的通斷 [6]。 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。 硬件電路設計完成之后，在下一章介紹系統(tǒng)的控制算法。 和 錯誤 !未找到引用源。下面就 系統(tǒng)總 流程 及各個模塊軟件設計流程 進行描述。 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）； 太原科技大學畢業(yè) 設計 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）。C 0000 0000 0000 0000 0000H 太原科技大學畢業(yè) 設計 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。 為積分系數(shù)； Kd=KpTd為微分系數(shù)。 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。 綜上所述，本次畢業(yè)設計的設計方案是可行的。 //DS1302 時鐘初始化 2021 年 1 月 1 日星期二 12 點 00 分 00 秒。 //選擇發(fā)送命令 LCD1602_RW = 0。 //在四位線下的初始化 LcdWriteCom(0x0c)。 //開關鍵 key5 } 太原科技大學畢業(yè) 設計 36 while ((i50) amp。 n++)//開始傳送八位地址命令 { DSIO = addr amp。 } RST = 0。 SCLK = 1。 n8。//先將 SCLK 置低電平。 _nop_()。 RST = 0。 //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。 } void LcdWriteData(uchar dat) //寫入數(shù)據(jù) { LCD1602_E = 0。 uchar miao,shi,fen,ri,yue,nian,week。 //時間設置鍵 sbit key2=P1^1。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。 本設計是利用控制雙向可控硅的 導通角來控制加熱絲的功率，因此在程序中產(chǎn)生的 PWM周期應是市電電網(wǎng)電壓周期的一半，即 10ms。 LCD1602 在顯示溫度和時間 時 ，先寫地址指令，再寫數(shù)據(jù)。 讀操作時序圖見圖 所示。 鍵盤輸入 本設計是通過鍵盤輸入對時間和預約溫度進行設置的，下面對按鍵消抖和按鍵掃描流程進 行介紹。 根據(jù) ZN 工程整定方法計算公式可得： ???? KTK P ?； 22 ??? ?iT ； ??? ?dT (39) 所以控制器的傳遞函數(shù)為： ]211[)( )()( sssE sUsG C ???? 錯誤 !未找到引用源。 被控對象模型的建立 被控的熱力對象如圖所示 所示。 圖 隔電墻示意圖 “隔電墻 ”的專業(yè)名稱為 “水電阻衰減隔離法 ”。當輸入 15mA 以上電流時，二極管發(fā)光使光控可控硅導通，從而接通負載電路?；魻柶骷惭b容易穩(wěn)定，耗能小，耐腐蝕，非常適合做電熱水器的水流傳感器。 RST 與單片機太原科技大學畢業(yè) 設計 9 連接， RST 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂贫恕? 太原科技大學畢業(yè) 設計 7 第 2 章 系統(tǒng)硬件設計 在前面章節(jié)介紹了系統(tǒng)的功能需求分析與系統(tǒng)的整體框架設計之后，確定了本次設計所需的硬件，本章節(jié)對硬件部分的各個模塊電路進行設計。通過控制通過繼電器線圈的電流來控制觸點的閉合與斷開，達到控制加熱電路的通斷。 方案二： 行列式鍵盤。但由于系統(tǒng)晶振誤差、溫漂、中斷響應時間的不確定性及定時器重新裝載時間常數(shù)所帶來的誤差，使得最終計時的誤差偏大，決定它不能用來作為時鐘的時間基準。 圖 系統(tǒng)框圖 太原科技大學畢業(yè) 設計 4 軟件功能需求分析 結(jié)合當前科技環(huán)境使用情況，軟件設計選擇 C 語言來進行編程，結(jié)合硬件方案的設計，本設計需要實現(xiàn)溫度采集、時間顯示、 驅(qū)動控制、鍵盤輸入等功能。隨著電熱水器的智能化，相信市場前景會越來越好。系統(tǒng)選用 AT89C52 作為主控制器，同時結(jié)合鍵盤模塊、顯示模塊、時鐘模塊、溫度采集模塊、水流檢測模塊和驅(qū)動模塊等完成硬件電路的設計。而智能化的熱水器正符合人們的這一需求。 針對上述問題，本次將設計一個即熱式電熱水器控制系統(tǒng)。數(shù)碼管應用廣泛，顯示亮度高且電路連接簡單。傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏 電阻 ，可滿足 40℃ 至 90℃的 測量范圍 。但容易受到溫度、太原科技大學畢業(yè) 設計 6 噪聲等的干擾，受到單片機頻率限制，且價格較高，不適合本次設計。 執(zhí)行器的選擇 對于即熱式電熱水器控制系統(tǒng)來說，其執(zhí)行器就是電熱絲。 表 LCD1602接口信號說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 GND 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VEE 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 R/S 數(shù)據(jù) /命令選擇端 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端 13 D6 Data I/O 6 E 使能端 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負極 R/S 是數(shù)據(jù) /命令選擇端，與單片機 連接，當 R/S 接收低電平信號時，單片機對液晶進行讀寫命令操作；當 R/S 接收高電平信號時，單片機對液晶進行讀寫數(shù)據(jù)操作。本節(jié)介紹了 DS18B20 的特點和它與單片機的連接。從而光耦輸出高電平，經(jīng)非門后輸出低電平的控制信號。 決定，因為雙向可控硅的觸發(fā)角 錯誤 !未找到引用源。若絕緣管長 L，內(nèi)孔半徑 r，水介質(zhì)電阻 R，水電阻率 ? ，則 : 2232 1061 3 0 ????????? ?? (21) 太原科技大學畢業(yè) 設計 13 因此，當絕緣管長 L 大于 106 倍內(nèi)孔半徑的平方，即 L106r2,就可以保證自來水的水電阻作防漏電隔離。 (37) 因此其傳 遞函數(shù)為： 錯誤 !未找到引用源。最后通過 MATLAB 軟件建立控制模型并進行仿真。按鍵掃描的流程圖如圖 所示。C 0000 0101 0101 0000 0660H 25176。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，魯棒性強和適用面廣等優(yōu)點。下章將對系統(tǒng)進行仿真。 根據(jù)設計要求，系統(tǒng)需要檢測并顯示溫度、時間信息 ；通過 PID 算法控制加熱絲功率，保證出水溫度穩(wěn)定；并且通過水流檢測裝置控制加熱電路，防止出現(xiàn)熱水器干燒的情況。 //DS1302 寫入和讀取時分秒的地址命令 // //秒分時日月周年 最低位讀寫 位 。 uchar KeyValue。 //保持時間 LCD1602_E = 0。break。 _nop_()。//數(shù)據(jù)在上升沿時， DS1302 讀取數(shù)據(jù) _nop_()。 n++)//開始傳送八位地址命令 { DSIO = addr amp。 SCLK = 1。//然后將 RST(CE)置高電平。 n++)//寫入 8 位數(shù)據(jù) 太原科技大學畢業(yè) 設計 37 { DSIO = dat amp。//先將 SCLK 置低電平。break。 //選擇寫入 LCD1602_DATAPINS = dat。 sbit LCD1602_RW=P2^6。 //減小鍵 sbit key5=P1^4。 圖 通水加熱 結(jié)果分析 通過以上仿真結(jié)果可以看出，本次設計能正確顯示時間、溫度 信息，并可通過按鍵調(diào)節(jié)校正。用修改定時器中斷初值的方法調(diào)整時間寬度可以實現(xiàn)脈寬改變。 LCD1602 初始化 LCD1602 指令說明表如表 所示。只要測到的數(shù)值乘以 即可得到實際溫度。但是實際上按鍵在閉合和斷開的時候，觸點會存在抖動現(xiàn)象