單片機(jī)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-08-03 13:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，可以直接和單片機(jī)進(jìn)行通訊，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度。DS18B20應(yīng)用廣泛，性能可以滿足題目的設(shè)計(jì)要求。DS18B20的測(cè)溫電路如圖7所示。測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ，該部分的溫度采集電路流程如圖6所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始話模塊執(zhí)行器模塊按鍵檢測(cè)（是否有電平轉(zhuǎn)換）DS18B20及PID初始化DS18B20處理溫度值，換算成BCD碼接收并經(jīng)數(shù)碼管顯示溫度圖6 系統(tǒng)硬件模塊關(guān)系圖圖7 DS18B20接線圖（1）DSI8B20的測(cè)溫功能的實(shí)現(xiàn)：測(cè)溫電路的實(shí)現(xiàn)是依靠單片機(jī)軟件的編程上。 當(dāng)DSI8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的0，1字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0．062 5℃／LSB形式表示。溫度值格式如表1所示，其中“S”為標(biāo)志位，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。DSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與TH做比較，若TTH或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。表1 DS18B20溫度值格式表LS ByteMS ByteSSSSS（2） DSl8B20工作過(guò)程中的協(xié)議 初始化 RoM操作命令 存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù)① 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開(kāi)始② ROM操作命令 總線主機(jī)檢測(cè)到DSl8B20的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一這些命令如表2所示表2 ROM操作命令表指令代碼Read ROM(讀ROM)33HMatch ROM(匹配ROM)55HSkip ROM(跳過(guò)ROM]CCHSearch ROM(搜索ROM)F0HAlarm search(告警搜索)ECH③ 存儲(chǔ)器操作命令如表3所示表3 存儲(chǔ)器操作命令表指令代碼Write Scratchpad(寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器)4EHRead Scratchpad(讀暫存存儲(chǔ)器)BEHCopy Scratchpad(復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)48HConvert Temperature(溫度變換)44HRecall EPROM(重新調(diào)出)B8HRead Power supply(讀電源)B4H（3）溫度轉(zhuǎn)換算法及分析由于DS18B20轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實(shí)際的溫度值，所以要進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換。溫度高字節(jié) (MS Byte）高5位是用來(lái)保存溫度的正負(fù)（標(biāo)志為S的bit11～bit15），高字節(jié)（MS Byte）低3位和低字節(jié)來(lái)保存溫度值（bit0 ~ bit10）。其中低字節(jié)（LS Byte）的低4位來(lái)保存溫度的小數(shù)位（bit0 ~ bit 3）。，小數(shù)部分的值，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個(gè)小數(shù)位，所以采取小數(shù)舍入，保留一位小數(shù)即可。也就說(shuō)。算法核心：首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補(bǔ)碼值，需要對(duì)其低8位（LS Byte）取反加一變成原碼。處理過(guò)后把DS18B20的溫度Copy到單片機(jī)的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的Hex碼了，然后轉(zhuǎn)換Hex碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個(gè)位，十位的BCD碼存入RAM中?！〖訜峥刂撇糠钟捎诒鞠到y(tǒng)要控制電熱絲進(jìn)行加熱，所以功率較大，因此要借助功率驅(qū)動(dòng)電路。在器件選擇上留足余量，增加安全性。加熱部分采用繼電器控制，電路簡(jiǎn)單可靠。其中，D2 4001二極管用于電感線圈的功率釋放，電路如圖8所示。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定值時(shí)，由單片機(jī)輸出高電平信號(hào)。三極管9014導(dǎo)通，繼電器開(kāi)始工作，繼電器可以起到隔離高低電壓的作用，繼電器使交流部分導(dǎo)通對(duì)水加溫。繼電器線圈DC 5VD2 4001111Q19014K1~ 220vL N R6 加熱電阻圖8 繼電器控制 當(dāng)設(shè)定溫度低于實(shí)測(cè)溫度時(shí)，為了加快系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，我們?cè)谙到y(tǒng)原基礎(chǔ)上添加了設(shè)置了一個(gè)冷卻電扇，加速對(duì)水溫的降低，從而使系統(tǒng)整體性能得以提善。其中，D2 4001二極管用于繼電器電感線圈的功率釋放，Q2 9014三極管作為開(kāi)關(guān)使用，當(dāng)三極管導(dǎo)通，使繼電器工作，繼電器使交流部分導(dǎo)通，風(fēng)扇開(kāi)始工作降溫，其原理圖如圖9所示：繼電器線圈DC 5VD24001Q19014K1~ 220vL N R6 冷卻風(fēng)扇圖9 風(fēng)扇控制 報(bào)警電路部分 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的如圖10，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以。 圖10 報(bào)警器接線圖 顯示部分設(shè)計(jì)顯示部分使用四位七段數(shù)碼管顯示，由于采用共陽(yáng)極顯示，所以要加上拉電阻，采用74LS373進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，如圖11。共陽(yáng)極碼表,TABLE: 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0 0x99,0x92,0x82,0xf8 0x80,0x90,0x88,0x83 0xc6,0xa1,0x86,0x8e74LS373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，Q0～Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 引出端符號(hào)：D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 Q0～Q7 輸出端 圖11 數(shù)碼管接線圖 按鍵部分設(shè)計(jì) 此部分共使用四個(gè)按鍵，其中一個(gè)是復(fù)位鍵另外三個(gè)是溫度（T0）設(shè)置按鍵?？梢匀我庠O(shè)置T0的值，數(shù)碼管為溫度顯示部分顯示T0、T1的值。通過(guò)軟件控制可以預(yù)先設(shè)定溫度值T0,此溫度值為我們理想的溫度值，使用延時(shí)程序消除抖動(dòng)。若采集的實(shí)際水溫T1小于此值則控制燒水器繼續(xù)加溫，且綠色指示燈亮紅色指示燈滅。若T1達(dá)到T0則控制燒水器停止加溫并且紅色指示燈亮綠色指示燈滅蜂鳴器報(bào)警。由此而構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的水溫測(cè)量與控制系統(tǒng)，如圖12。圖12 按鍵設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)思想是提高靜態(tài)控溫精度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。整個(gè)系統(tǒng)綜合有如下幾個(gè)特點(diǎn)：，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。，實(shí)現(xiàn)了把DS18B20放入水中采集溫度。通過(guò)調(diào)試達(dá)到基本功能指標(biāo)，動(dòng)態(tài)性能也達(dá)到較好的要求。電路如圖13所示:第4章 軟件設(shè)計(jì)部分本系統(tǒng)采用的是循環(huán)查詢方式，來(lái)顯示和控制溫度的。主要包括四段程序的設(shè)計(jì)：DS18B20讀溫度程序，數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)程序，按鍵處理程序，以及越限報(bào)警。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖14所示，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，主程序啟動(dòng)，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的條件逐步運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。圖13 總體線路設(shè)計(jì) 主程序（main）PID初始化DS18B20的初始化按鍵設(shè)置目標(biāo)溫度DS18B20溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)碼管顯示信號(hào)傳送及處理溫度比較是否小于？控制繼電器加熱溫度比較是否大于？控制風(fēng)扇降溫連續(xù)溫度采樣PID控制進(jìn)行PID控制 繼電器間斷控制加熱，減少功率和超調(diào)YNYN
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1