【正文】 圖21 硬件框圖 主控單元的論證方案一：采用ATmega16，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。顯示模塊采用HD7279A顯示，較為直觀。溫度的數(shù)據(jù)采集采用DS18B20采集，直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，不需要額外的AD轉(zhuǎn)換電路，完全滿足所需溫度數(shù)據(jù)精度。：主控制單元、溫度采集單元、功率輸出單元、實時顯示單元、通信單元及打印單元組成。技術(shù)參數(shù)：℃，℃。基于模糊控制技術(shù)的單片機控制的電熱水器, 是對傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)控制的改造, 具有達到設(shè)定溫度的時間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動小、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強、節(jié)省電能等優(yōu)點，將成為以后發(fā)展的主流。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于家電產(chǎn)品在國外已是很普遍的現(xiàn)象。缺點是靜態(tài)誤差不易控制，因含有大量專家經(jīng)驗，實際實現(xiàn)比較困難。在一些實際過程中，人們也常把模糊控制與一般的自動控制結(jié)合在一起應(yīng)用，并且已研制出神經(jīng)模糊網(wǎng)絡(luò)的家電產(chǎn)品，將模糊控制技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能中一些新技術(shù)相結(jié)合，向著更高層次的研究和應(yīng)用發(fā)展。對于多變量、非線性和時變的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制技術(shù)的精確性形成了尖銳的矛盾。目前FLC已經(jīng)成功地應(yīng)用與各種溫度控制上。由于溫度控制具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。 溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。 現(xiàn)有的一些溫度控制設(shè)備，如HA168 型的溫度控制棒，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般采取的是開關(guān)式的控制，即當測量溫度低于設(shè)定溫度時進行加熱，其結(jié)果是飼養(yǎng)水域內(nèi)溫度不均，控溫效果不理想。用高新技術(shù)來解決工業(yè)生產(chǎn)問題， 排除生活用水問題實施對水溫的控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。在計算機沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度、節(jié)約能源，要求對加熱爐爐溫進行測、顯示、控制，使之達到工藝標準，以單片機為核心設(shè)計的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機進行顯示和控制。特別是在當前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對水溫的控制，把身邊的水資源好好地利用起來。山西煤炭職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄第一章 概 述 1 論文課題研究目的和意義 1 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 2 論文題目要求 3第二章 方案論證 4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 4 主控單元的論證 4 溫度采集單元的論證 5 功率輸出單元的論證 5 鍵盤顯示單元的論證 6第三章 硬件設(shè)計 8 主控單元的設(shè)計 8 ATmega16單片機介紹 8 ATmega16產(chǎn)品特性 9 ATmega16 引腳功能 11 ATmega16 內(nèi)核介紹 12 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 13 溫度采集單元設(shè)計 17 DS18B20的特點 17 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 17 引腳說明 18 測溫操作 18 功率輸出單元 20 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理 20 固態(tài)繼電器的應(yīng)用特性 21 鍵盤與顯示單元 22 HD7279A的主要特點如下： 23 引腳說明 23 數(shù)碼顯示電路 24 控制指令和接口時序 24 HD7279A的應(yīng)用以及鍵盤顯示單元 26 通信單元 27 MAX232資料簡介 27 主要特點 27 MAX232應(yīng)用電路，注意電容接法。 28 ISP的工作原理 29 ISP的優(yōu)點 29 ISP端口 29 打印電路 30第四章 軟件設(shè)計 31 PID控制算法 32 PID控制規(guī)律及其基本作用 32 比例調(diào)節(jié)器（P） 33 比例積分調(diào)節(jié)器（PI） 33 比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID） 33 PWM的控制方法 34 流程圖 35總 結(jié) 38致 謝 39參考文獻 40附錄1 42附錄2 4358 第1章 概 述 論文課題研究目的和意義溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費。在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫度是極為重要而又普遍的熱工參數(shù)之一。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題。而當今，隨著電 子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進，而且計算機和傳感器的價格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達到的而且是容易實現(xiàn)的。 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本美國德國等先進國家相比仍然有著較大的差距目前我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀80年代中后期水平成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制難于控制滯后復(fù)雜時變溫度系統(tǒng)控制，即是說適應(yīng)于較高控制場合的智能化自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少備。目前，國外也開發(fā)出了一些基于單片式計算機的溫度控制設(shè)備，但是價格比較高，且目前其操作系統(tǒng)均為英文，普及性不強。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。 模糊邏輯控制（FLC）是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最廣的一個重要分支，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建立模型的問題。 模糊控制與一般的自動控制的根本區(qū)別是，不需要建立精確的數(shù)學模型，而是運用模糊理論將人的經(jīng)驗知識、思維推理，其控制過程的方法與策略是由所謂模糊控制器來實現(xiàn)。模糊控制對那些難以獲得數(shù)學模型或模型非常粗糙的工業(yè)系統(tǒng)，如那些大滯后、非線性等復(fù)雜工業(yè)對象實施控制有獨特優(yōu)勢，,實際實現(xiàn)比較困難,它絕不可以代替經(jīng)典的自動控制，而是擴展了一般的自動控制。 采用模糊控制其優(yōu)點是不需要粗確知道被控對象的數(shù)學模型，而且適用于有較大滯后特性的控制對象。 模糊控制比傳統(tǒng)的PID 控制等方法, 在強時變、大時滯、非線性系統(tǒng)中的控制效果有著明顯的優(yōu)勢。單片機是家用電器常用的控制器件, 把二者結(jié)合起來, 可使控制器的性能指標達到最優(yōu)的目的。 論文題目要求設(shè)計利用AVR單片機，通過外圍電路，對1升水進行溫度控制?！?。第2章 方案論證 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案此方案采用ATmega16單片機最小系統(tǒng)板（自制）實現(xiàn)，對外圍電路來說，比較簡單，并且軟件采用PID算法實現(xiàn)較為簡單。溫度控制采用固態(tài)繼電器SSR直接控制電加熱器的通斷進行水溫的控制，滿足控制精度。另外，AVR單片機使用JTAG來實現(xiàn)軟硬件調(diào)試非常方便。工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)10～40mA，可直接驅(qū)動可控硅SCR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動器件。ATmega16具有8路10位A/D。,以提高單片機工作的可靠性。方案二：采用89C5189C51只支持并行寫入，同時需要VPP高壓?？垢蓴_需外接看門狗計時器單元電路。綜上我選擇方案一。單總線接口，只有一根信號線作為單總線與CPU連接，且每一只都有自己唯一的64位系列號存儲在其內(nèi)部的ROM存儲器中，故在一根信號線上可以掛接多個DS18B20,便于多點測量且易于擴展。綜上我選擇方案一。（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動器。（4）電磁干擾小，固態(tài)繼電器沒有輸入線圈，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。方案二：采用晶閘管晶閘管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR)。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導體材料組成的，有三個PN結(jié)，對外有三個電極：第一層P型半導體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導體引出的電極叫陰極K。固態(tài)繼電器就是通過光電耦合器隔離并觸發(fā)可控硅，就算選擇可控硅也要通過隔離元件進行隔離才行，兩個并沒有響應(yīng)速度的可比較性，用單片機信號來控制，肯定是選擇固態(tài)繼電器，強電和控制信號間隔離。 鍵盤顯示單元的論證方案一：采用HD7279AHD7279A是一種智能鍵盤和LED專用控制芯片，它帶有串行接口，可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管或64只獨立LED。工作時序及控制指令，給出了HD7279A與CPU的實際接口電路及設(shè)計程序，同時指出了實際應(yīng)用中的一些注意事項。HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器?？刂泼姘搴图矣秒娖鞯阮I(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。第3章 硬件設(shè)計 主控單元的設(shè)計 ATmega16單片機介紹ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。 ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 工作于空閑模式時CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止CPU 和除了異步定時器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導程序進行編程。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評估板。具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時讀寫操作 字節(jié)的EEPROM，擦寫壽命: 100,000次 接口( 與IEEE 標準兼容) 符合JTAG 標準的邊界掃描功能 ,通過JTAG 接口實現(xiàn)對Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 (1)兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器 (2)一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器 (3)具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC (4)四通道PWM 8路10位ADC，8個單端通道，2個具有可編程增益 （1x, 10x, 或200x）的差分通道 (5)面向字節(jié)的兩線接口 (6)兩個可編程的串行USART (7)可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口 (8)具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 (9)片內(nèi)模擬比較器 (1)上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 (2)片內(nèi)經(jīng)過標定的RC振蕩器 (3)片內(nèi)/片外中斷源 (4)6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電 模式、Standby 模式以及擴展的Standby模式 (1)32個可編程的I/O口 (2)40引腳PDIP封裝, 44引腳TQFP封裝, 與44引腳MLF封裝 工作電壓: 　　 ATmega16L： 　　 ATmega16： 　　 速度等級 　　 8MHz ATmega16L 　　 016MHz ATmega16 　　 ATmega16L在1MHz, 3V, 25176。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。 端口B(PB7..PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。 端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口D(PD7..PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉