【正文】 .......................... 9 水溫控制系統(tǒng) 2 文摘 ： 為了實(shí)現(xiàn)高精度的水溫控制，本文介紹了一種以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心、以及輔助元件相結(jié)合的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的水溫控制系統(tǒng)。文章著重介紹核心器件的選擇、控制算法的確定、各部份電路及軟件的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)還充分利用了STC89C52 單片機(jī)成熟的語(yǔ)音處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)溫度。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時(shí)（例如用電風(fēng)扇降溫）溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。 ⑷用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度。 3 個(gè)按鍵來(lái)控制設(shè)定的溫度。對(duì)于 在數(shù)碼處顯示水位的具體溫度值。 方案一：采用 FPGA 作為系統(tǒng)的控制器， FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜邏輯電路功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以以用 EDA 軟件仿真，調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。由于測(cè)模塊 輸出的信號(hào)并行輸入 FPGA， FPGA 通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制水溫作出相應(yīng)的數(shù)字顯示，有本設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)處理速度不高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分的體現(xiàn)，并且由于集成 度較高，使其成本偏低，同時(shí)由于芯片的引腳太多，實(shí)物硬件電路板不限復(fù)雜，并加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際的焊接的工作。單片的算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于功耗低體積小，技術(shù)成熟和成本低等特點(diǎn)，使其在各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 （ 2）數(shù)據(jù)采集模塊 方案一 ：用熱敏電阻：通過(guò)電阻的變化來(lái)獲得電壓的變化，起價(jià) 格雖然便宜但是精度不是很高。 方案二： 用 A/D590：通過(guò) AD590 溫度傳感器采集溫度，由于 AD590 是電流傳感器，經(jīng)過(guò)電阻轉(zhuǎn)換為電壓。 水溫控制系統(tǒng) 3 方案三： DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。 測(cè)量范圍為 35~+125℃。 經(jīng)比較我們選用 DS18B20 來(lái)進(jìn)行溫度采集，這樣使得 線路更加簡(jiǎn)單。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 (COM)的數(shù)碼管。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 方案二： LCD1602 顯示 。但價(jià)格較貴。 （ 4） 自動(dòng)控制 控制模塊 方案一：電子過(guò)零晶閘管 晶閘管是一種大功率的整流元件，它的整流電壓可以控制，當(dāng)供給整流電路的交流電壓一定時(shí)，輸出電壓能夠均勻調(diào)節(jié)，它是一個(gè)四層三端的半導(dǎo)體器件。 晶閘管導(dǎo)通的條件是陽(yáng)極承受正向電壓，處于阻斷狀態(tài)的晶閘管，只有在門(mén)極加正向觸發(fā)電壓，才能使其導(dǎo)通。導(dǎo)通后的晶閘管管壓降很小。其方法有二： 減小正向陽(yáng)極電壓至一個(gè)數(shù)值一下，或加反向陽(yáng)極電壓。 在這里我們主要使用的是晶閘管的開(kāi)關(guān)作用。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。只要在線圈兩端加上 一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 經(jīng)過(guò) 仔細(xì)分析和論證，決定論系統(tǒng)各模塊的最終方案如下。 數(shù)據(jù)采集模塊：選用 DS18B20。 自動(dòng)控制模塊：選用繼電器。選用 AT89C52 主要用于控制采集過(guò)來(lái)的溫度進(jìn)行處理，然后返回去控制水的溫度在一個(gè)確定的值，在這個(gè)過(guò)程中如果超過(guò)或者低于我們需要的溫度，繼電器就做出反應(yīng)，跳向另外一端導(dǎo)通工作，發(fā)光二極管會(huì)做出響應(yīng)的反應(yīng)，同時(shí)電熱水器也會(huì)對(duì)水進(jìn)行加熱，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值。為了實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)測(cè)量和控制，本系統(tǒng)采用了STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，由數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)到的溫度信號(hào)傳入單片機(jī)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和控制運(yùn)算，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存，以便與下一次采樣值進(jìn)行比較，通過(guò)軟件對(duì)所測(cè)電壓進(jìn)行數(shù)字非線性校正，同時(shí)由顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)還提供了鍵盤(pán)設(shè)定模塊 ，便于用戶與系統(tǒng)之間的 信息交換 。具體結(jié)構(gòu)圖及說(shuō)明如上。在單片機(jī)中，I/O 口就是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的主要通道。 STC89C52內(nèi)部有并行和串行方式的 I/O 口。 IO 口的 IOA0～ IOA7 用作輸入口時(shí)具有喚醒功能，常用于鍵盤(pán)輸入。比如后面串行通信用到的 IOB7STC89C52 LED 報(bào)警 鍵盤(pán)、蜂鳴器、 繼電器 熱 電 爐子 數(shù)據(jù)顯示 數(shù)據(jù)采集集 水溫控制系統(tǒng) 5 口和 IOB10 口，它們?cè)诖穗娐分芯统洚?dāng)?shù)氖谴袛?shù)據(jù)的接收和發(fā)送端口。 鍵盤(pán)設(shè)置電路 ： IOA0 接 KEY1,IOA1 接 KEY2,IOA2 接 KEY3。同樣 KEY3，數(shù)碼管順序 減??； key1 按下 4 次恢復(fù)！ 系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)溫， 并與采集的溫度進(jìn)行比較，通過(guò)軟件來(lái)控制電爐的開(kāi)關(guān) 。 測(cè)溫部分電路設(shè)計(jì) 1． DS18B20 基本知識(shí) DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) （ 1）、只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 （ 3）、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 C 到＋ 125。 （ 5）、數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S52 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問(wèn)。DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。對(duì)于 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 控制部分 此部份用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為電爐絲，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制臺(tái) 端加上一 TTL、 CMOS 電平或一晶體管，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)。當(dāng)在其輸入端加入（撤離）控制信號(hào)時(shí)，輸出端接通（斷開(kāi)），從而控制電爐與電源的通斷，來(lái)達(dá)到加熱或冷卻爐絲的目的，最終實(shí)現(xiàn)使碗中水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。 位選口 分別接 74ls138 的 輸入端 ，通過(guò) 138 譯碼器輸出端 來(lái) 控制 LED 的 片選。數(shù)據(jù)線也可直接接凌陽(yáng) RTC89C52 單片機(jī)的 I/O 口，因?yàn)?I/O 口輸出電流很小， 驅(qū)動(dòng) LED 效果不好，我們使用 74HC245N 來(lái)傳輸 P1 口數(shù)據(jù)給 LED，而它 的電壓值卻足以驅(qū)動(dòng) LED，使其能正常顯示。由此可以區(qū)別出那個(gè)是常閉觸點(diǎn)，那個(gè)是常開(kāi)觸點(diǎn)。 ⑶ 測(cè)量吸合電壓和吸合電流 找來(lái)可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供 電回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為求準(zhǔn)確，可以試多幾次而求平均值。一般情況下，繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的 10~50％，如果釋放電壓太?。ㄐ∮?1/10 的吸合電壓），則不能正常使用了，這樣會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。 測(cè)試 1 測(cè)試 2 測(cè)試 3 測(cè)試 4 DS18B20 是 否 初始化 采集溫度 設(shè)計(jì)溫度值 檢測(cè)是否有按鍵按下 數(shù)碼管顯示 與設(shè)計(jì)溫度差是否＞1176。 系統(tǒng)整體進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)