【正文】 SCLK = 1。 for(n=0。//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。//然后將 RST(CE)置高電平。 SCLK = 0。//傳送數(shù)據(jù)結(jié)束 _nop_()。//數(shù)據(jù)在上升沿時， DS1302 讀取數(shù)據(jù) _nop_()。 n++)//寫入 8 位數(shù)據(jù) 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 37 { DSIO = dat amp。 SCLK = 0。 0x01。 _nop_()。//先將 SCLK 置低電平。 //將讀取到鍵值的值返回 } void Ds1302Write(uchar addr, uchar dat) //向 DS1302 命令（地址 +數(shù)據(jù)） { uchar n。amp。break。break。 if (GPIO_KEY != 0xFF) //檢測按鍵是否按下 { delay10ms(1)。 //開顯示不顯示光標 LcdWriteCom(0x06)。 //保持時間 LCD1602_E = 0。 //選擇寫入 LCD1602_DATAPINS = dat。 //保持時間 LCD1602_E = 0。 //選擇寫入 LCD1602_DATAPINS = 。 uchar KeyValue。 sbit LCD1602_RW=P2^6。 //溫度標量 uchar TempData=0。 // //存儲順序是秒分時日月周年 ,存儲格式是用 BCD 碼 // uchar Time_1[7] = {0, 0, 0x12, 0x01, 0x01, 0x02, 0x13}。 //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 。 //減小鍵 sbit key5=P1^4。 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 31 參考文獻 [1] 何 秋生 . 單片機原理與應(yīng)用（第二版） [M]，電子工業(yè)出版社 ,2021. [2] 曹文祥 . 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[11] 郭天祥 . 新概念 51 單片機 C 語言教程 [M]，哈爾濱工業(yè)大學出版社 , 2021.太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 32 附錄 附錄 A 系統(tǒng)整體電路圖 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 33 附錄 B 部分源程序 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define GPIO_KEY P1 sbit key1=P1^0。 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 30 致謝 從剛剛 確定 論文題目 的一臉茫然，到現(xiàn)在談及 電熱水器 可以說出自己的一些看法，三個月的時間不長不短，但是對于我來說卻是從無到有的一種升華。 根據(jù)設(shè)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。 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(shè)計能正確顯示時間、溫度 信息，并可通過按鍵調(diào)節(jié)校正。如圖 所示，未通水時三極管Q2 基極接收到的控制信號是低電平，三極管截止。其中圖 所示是正常工作時液晶屏的顯示狀態(tài)。下章將對系統(tǒng)進行仿真。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。 可以在定時器 T1 中斷中完成對數(shù)據(jù)的采集和處理以及 PID控制算法，在定時器 T0 中斷中產(chǎn)生 PWM 波的基本周期信號。 當采樣周期足夠小時，對式（ ）近似離散化可得位置式 PID算法： u(k)=錯誤 !未找到引用源。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。 LCD1602 初始化 LCD1602 指令說明表如表 所示。 寫數(shù)據(jù)的操作時序： RS=H， RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖。 讀取溫度流程如圖 所示。C 0000 0101 0101 0000 0660H 25176。只要測到的數(shù)值乘以 即可得到實際溫度。 圖 DS18B20 的寫操作時序圖 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 22 DS18B20 讀數(shù)據(jù) DS18B20 的讀數(shù)據(jù)過程如下： （ 1） 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”； （ 2） 延時 2 微秒； （ 3） 將數(shù)據(jù)線拉低 “0”； （ 4） 延時 15 微秒； （ 5） 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”； （ 6） 一個狀態(tài)位決定讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)，并開始數(shù)據(jù)的處理； （ 7） 延時 30 微秒； 這里只要按以上操作將狀態(tài)位的各比特 按順序儲存好即可。 若 CPU 讀到了數(shù)據(jù)線上的電平為低電平 “0”后，還要做一定的延時，其延時的時間要從 DS18B20 發(fā)出的高電平算起（上面第 5 步的時間算起）最少需要 480微秒；將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平。按鍵掃描的流程圖如圖 所示。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，如圖 所示。主體循環(huán)部分首先獲取時鐘信息和溫度信息并通過液晶屏顯示；緊接著進行鍵盤掃描，通過得到的鍵值 Keyvalue 來判斷是否進入時間設(shè)置或溫度設(shè)置子程序；然后判斷加熱標志位 Start 是否等于 1，若 Start 不等于 1 的話程序結(jié)束返回新一輪的循環(huán)，如果 Start 等于 1 則進入 PID 控制算法子程序，控制 PWM 的輸出來達到控制加熱絲效率的目的；程序到此完成一次循環(huán)，結(jié)束并返回進行新一輪的循環(huán)。 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計 軟件整體設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化部分和主體循環(huán)部分 2 個部分。最后通過 MATLAB 軟件建立控制模型并進行仿真。 圖 simulink 仿真圖 圖 仿真曲線 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 17 由圖 可知，本控制器具有良好的動、靜態(tài)性能。理論整定工程上本設(shè)計利用 ZN 工程整定方法對 PID 參數(shù)進行整定。 這三個參數(shù)的整定。 (37) 因此其傳 遞函數(shù)為： 錯誤 !未找到引用源。 s /KJ），對式 31 變形，并將式32 代入式 31 中，得： iRpdtdRC ???? (33) 對式 33 進行拉普拉斯變換得到 θ 與 pi 之間的傳遞函數(shù)為： 1)( )( ?? RCsRsp si? (34) 由于加熱過程是一個大時滯的過程，需要加入延時環(huán)節(jié)，最終得到式 35： si eRCsRsp s ?? ???? 1)( )( (35) 當出水流量為 6L/min,水的比熱容 C= ? J/Kg 數(shù)字控制器 加熱絲 水DS 18 B 20＋－Ｔ＋擾動r ( t )b ( t )e ( t ) u ( t ) P ( t ) T ( t )y ( t ) 圖 控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)工作時，被控過程的輸出信號（水溫） y(t)通過 DS18B20 檢測變換為數(shù)字量 b(t)， 并將溫度數(shù)字量 b(t)反饋給控制器的輸入端；控制器根據(jù)系統(tǒng)被控變量（溫度）的設(shè)定值 r(t)與 b(t)進行比較，產(chǎn)生偏差信號 e(t)，按照 PID 算法進行運算輸出控制信號 u(t)（ PWM 占空比）執(zhí)行器（加熱絲）根據(jù)控制信號 u(t)，通過改變操作變量 P(t)(加熱功率 )的大小，對被控對象（水）進行調(diào)節(jié)，克服擾動對系統(tǒng)的影響，從而使被控變量 y(t)趨于設(shè)定值 r(t)，達到預(yù)期的控制目標。 太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 14 第 3 章 控制算法設(shè)計 為控制出水溫度的穩(wěn)定，需加 入控制算法對電熱絲加熱效率進行控制，這里選擇的是利用 PID 控制算法。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(shè)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。由此可得水電阻???? 310445/2 2 0 mAVR 。其示意圖見圖 所示。因此當負載電流過零時，電感的存在負載電流不能即時發(fā)生變化。 決定，因為雙向可控硅的觸發(fā)角 錯誤 !未找到引用源。當電源電壓在正半周 時， 可控硅承受正向電壓，此時晶閘管導通，工作在第一象限。管腳 4 和管腳 6 是輸出端，連接一個光控雙向可控硅。 圖 水流檢測電路 加熱驅(qū)動電路的設(shè)計 本設(shè)計需要對電熱水器 的加熱功率進行控制調(diào)節(jié)，因此選擇光耦與雙向可控硅組成驅(qū)動電路，用來實現(xiàn)單片機對加熱電路的控制；加熱功率的控制調(diào)節(jié)由PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn) [7]。從而光耦輸出高電平，經(jīng)非門后輸出低電平的控制信號。水流檢測電路如圖 所示。本設(shè)計選擇霍爾傳感器作水流檢測元件。 該傳感器能直接將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 ，不需要進行 A/D 轉(zhuǎn)換，無需使用任何外圍元件， 故與單片機之間的連接相當簡單。本節(jié)介紹了 DS18B20 的特點和它與單片機的連接。 SCLK 上升沿，芯片寫入數(shù)據(jù)； SCLK 下降沿，單片機讀取芯片數(shù)據(jù)。時鐘芯片的管腳 X X2 連接 的晶振，提供振蕩頻率。 DS1302 時鐘電路的設(shè)計 DS1302 可以提供實時時鐘、日歷等信息并有閏年校正功能。 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。 圖 鍵盤 與單片機的連接圖 鍵盤輸入模塊就是 5 個微動開關(guān)， 一端接 公共 地 ，另一端與單片機的 到 相接。根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計出系統(tǒng)整體框架，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計的選取方案。本設(shè)計選擇 4500W 的功率，已經(jīng)能滿足用戶日常的用水需求。 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。該方案利用光耦驅(qū)動來做到強弱電安全隔離，利用雙向可控硅的導通與關(guān)斷來控制加熱絲的通斷。將繼電器線圈接在控制回路中，常開觸點接在加熱電路中。所以本模塊選擇霍爾傳感器。但容易受到溫度、太原科技大學畢業(yè) 設(shè)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(shè)計。 本設(shè)計只需要 5 個按鍵完成溫度、時間的設(shè)置，選擇獨立按鍵即可滿足設(shè)計需求。 每個按鍵單獨與單片機的 I/O 接口連接，每個 I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，采用端口直接掃描的方式，缺點是 每個按鍵都 占用單片機的 一個 I/O 口 。 綜合考慮， 數(shù)字溫度傳感器測溫范圍廣，精度高，且電路簡單，故本設(shè)計 選擇 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 。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 。 由于本設(shè)計中需要定時器產(chǎn)生 PWM，無法再用來提供時鐘，所以選擇 DS1302太原科技大學畢業(yè) 設(shè)計 5 時鐘芯 片來提供時鐘信息。單片機內(nèi)部具有多個定時器，通?？捎啥?