【正文】 ................................................................................... 58 附錄一 ..................................................................................................................................... 58 附錄二 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。系統(tǒng)采用了集成數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來檢測實(shí)時(shí)的溫度值，并將采集來的溫度數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)輸出控制信號命令，去控制固態(tài)繼電器的通斷，以實(shí)現(xiàn)對散熱器電阻絲的控制。按照設(shè)計(jì)任務(wù)要求 完成了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；并給出了軟件程序的設(shè)計(jì)思想和主控程序流程。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 I 摘 要 本次設(shè)計(jì)是基于 16F877 單片機(jī)的散熱器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以 PIC16F877 單片機(jī)作為主控制器 。本系統(tǒng)是一個典型的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，它很好的完成了溫度的設(shè)定 、 檢測與顯示以及溫度控制報(bào)警等功能。 關(guān)鍵詞： 16F877 單片機(jī) ； 溫度 控制 ； DS18B20 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 II Abstract This study proposes a suit of control scheme for radiator of my design,the system uses Microchip (PIC16F) which is usually used in controlling motors as the core. Design the main ponent circuit of the structure of the systematic hardware。 附錄三 ..................................................................................................................................... 60 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 緒 論 設(shè)計(jì)背景 家庭采暖是一個日常生活中的實(shí)際問題， 在我國，傳統(tǒng)的取暖方式有集中供暖和電熱取暖兩種主要方式。因用戶群龐大，因此調(diào)節(jié)的靈活性就相對較弱。而供暖熱度也會受到熱電廠鍋爐運(yùn)行情況、距離熱電廠遠(yuǎn)近的差別、管路的狀況、水壓等等諸多因素的影響，導(dǎo)致某些用戶室內(nèi)溫度過高，而有些用戶室內(nèi) 溫度過低。從環(huán)保角度上看，在我國北方集中供暖的熱能來源還主要依靠熱電廠燃燒煤炭來獲得，燃燒而產(chǎn)生的大量廢氣嚴(yán)重的污染著我們生活的空間。由空氣污染造 成的損失是不可估量的。部分家庭采用了電暖氣或暖風(fēng)機(jī)，效果雖然可以但同時(shí)帶來了電費(fèi)上的大幅上漲。并且電也是由燃燒煤炭來產(chǎn)生的，因此造成的能源浪費(fèi)更是無法估量的。無論從用戶還是整個社會來看，都需要有一種高效、節(jié)能、環(huán)保的方法來取代傳統(tǒng)的取暖方式， 而 家用 電散熱器供暖 系統(tǒng)恰恰滿足了人們的需要。電暖器有很多優(yōu)勢： ，電能轉(zhuǎn)化效率 99%以上，熱能利用率 100%，供暖的時(shí)間、面積、溫度可任意調(diào)節(jié)，最大限度節(jié)約能源； ，無排放，無污染，無噪音，電是清潔能源；，無鍋爐，不占地，無管網(wǎng)系統(tǒng)； ，保養(yǎng)維修最少，只花電費(fèi)，可利用低谷電，省錢； 5計(jì)量收費(fèi)，沒有集中供暖收費(fèi)難的問題； 緊湊，壁掛式電暖器很薄，有的只厚 55mm，占空間??； ，通電即熱，斷電即停，有的智能化，可定時(shí)、定溫、各房間可自由調(diào)節(jié)，充分人性化； 8.外形美觀； 。 近些年來， 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也逐步提高。不僅可以根據(jù)用戶的需要自行調(diào)節(jié)供暖時(shí)間和溫度。帶來了巨大的使用價(jià)值和社會價(jià)值。 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及設(shè)計(jì)指 標(biāo) 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1）、熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn) 。 （ 3）、硬件和軟件設(shè)計(jì)（其中還包括硬件配置、設(shè)備及元器件選擇、程序說明等） 。 （ 5）、指定內(nèi)容的外文資料翻譯 。 (3)、控制器的方案論證 。 (2)、實(shí)現(xiàn)溫控和時(shí)控 ,達(dá)到按需供暖的要求 。主 要技術(shù)指標(biāo) 1)、采暖設(shè)備表面溫度低于 95℃ 。 3)、設(shè)計(jì)輸出功率 低于 5KW。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 設(shè)計(jì)思想 本系統(tǒng)是一個典型的溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，它主要由 PIC16F877 單片 機(jī) 、 數(shù)字溫度測量電路 、 鍵盤顯示 、 報(bào)警電路及溫度控制電路等組成。 本次設(shè)計(jì)主要是基于 16F877 單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它需要完成的功能是溫度的設(shè)定 、 檢測與顯示以及溫度控制 報(bào)警等。 從技術(shù)指標(biāo)可以看出，系統(tǒng)對控制精度沒作要求，對室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)過程的線性也沒有要求，因此本系統(tǒng)采用最簡單的通斷控制方式，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，即斷開加熱電阻絲，當(dāng)溫度低于室內(nèi)溫度最低范圍時(shí)接通電阻絲開始加熱，從而控制室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。 各控制系統(tǒng)的硬件配置，主要包括室內(nèi)溫度和采暖表面溫度的檢測電路，鍵盤電路，顯示電路，溫度報(bào)警電路，及溫度控制電路等。 實(shí)現(xiàn)對散熱器控制系統(tǒng)運(yùn)行的軟件控制。 怎樣實(shí)現(xiàn)電阻絲的 輸出功率 低于 5KW？對于本部分的設(shè)計(jì)，我們采用電流 、 電壓互感器來檢測電阻絲兩端的電流 、 電壓，根據(jù)相應(yīng)的電流和電壓值來求出輸出功率的大小。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第二章 系統(tǒng)方案的論證及選擇 基本方案 的提出 散熱器控制系統(tǒng)主要完成的功能是溫度的設(shè)定 、 檢測與顯示以及溫度控制和報(bào)警等。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖（如圖 21）所示。 單元電路設(shè)計(jì)方案的提出和論證 單片機(jī)芯片的選擇設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)的組成 單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與通用計(jì)算機(jī)的組成基本相同，都是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。 它分為 5大功能部分，即運(yùn)算器，畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 控制器，存儲器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備。 Microchip公司是一家專門致力于單片機(jī)開發(fā)，研制和生產(chǎn)的制造商，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)起點(diǎn)高，技術(shù)領(lǐng)先，性能優(yōu)越。在所有的單片機(jī)品種中， PIC具有性能完善，功能強(qiáng)大，學(xué)習(xí)容易，開發(fā)應(yīng)用方便，人機(jī)界面友好等突出的特點(diǎn)。 PIC系列單片機(jī)具有高、中、低 3個檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的需要，適合在各個領(lǐng)域中應(yīng)用。這樣，就實(shí)現(xiàn)了在執(zhí)行一條指令的同時(shí)，可對下一條指令進(jìn)行取指令操作，也為實(shí)現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化周期化創(chuàng)造了條件，從而大大提高了 CPU執(zhí)行指令的速度和工作效率。它們屬于 PIC單片機(jī)的中檔產(chǎn)品，可以滿足不同的應(yīng)用要求。其中， 數(shù)據(jù)總線和數(shù)據(jù)存儲器總線是 8位寬，程序存儲器總線是 14位寬。 PIC16F87X系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該芯片集成了 FLASH程序存儲器，算術(shù)邏輯單元 ALU、 13位指令計(jì)數(shù)器 PC、 14位指令寄存器 2R、指令譯碼器 ID、 8級 13位的堆棧、文件寄存器 RAM、特殊功能寄存器 SFR、程序狀態(tài)寄存 STATUS、多通道 10位 A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù) EEPROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、多功能可編程輸入 /輸出端口、串行 /并行通信端口、捕捉器 /比較器 /PWM、上電和掉電復(fù)位電路、看門狗 WDT和振蕩器和時(shí)序發(fā)生器等部件，按功能可以分為兩大組件，即內(nèi)部 CPU核心模塊和外圍功能模塊。 基本功能如下： 1）電源和地線引腳 PIC單片機(jī)一般采用 +5V供電，電源正極為 Vdd，地線為 Vss。 2）時(shí)鐘振蕩器輸入 /輸出引腳 因?yàn)?PIC單片 機(jī)可以采用不同的振蕩器，所以設(shè)置兩根引腳將外部振蕩元件與內(nèi)部電路相連，一根是振蕩器輸入引腳 OSC1/CLKIN，一根是振蕩器輸出引腳OSC2/CLKOUT。 3）復(fù)位電路和編程輸入引腳 外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號輸入端 MCLR，低電平有效，可使單片機(jī)復(fù)位。 4）輸入 /輸出端口和第 第 3功能引腳 PIC16F87X系列單片機(jī)有多個端口，而且大部分端口都是第 2，第 3功能復(fù)用口。第 2，第 3功能復(fù)用口指的是用于 A/D轉(zhuǎn)換的模擬電壓輸入端和參考電壓輸出端，用于定時(shí)器的時(shí)鐘輸入端和振蕩器輸出端，以及用于串口和并口的信號輸入 /輸出端等。 PIC 系單片機(jī)與 MCS51 系列單片機(jī)的區(qū)別 ： (1)總線結(jié)構(gòu) :MCS51 的總線結(jié)構(gòu)是馮 諾依曼型 ,計(jì)算機(jī)在同一個存儲空間取指令和數(shù)據(jù) ,兩者不能同時(shí)進(jìn)行 。正因?yàn)樵?PIC 系列單片機(jī)中采用了哈佛雙總畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。 (2)流水線結(jié)構(gòu) :MCS51 的取指和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu) ,即取一條指令 ,執(zhí)行完后再取下一條指令 。 (3)寄存器組 :PIC 的所 有寄存器 ,包括 I/O 口 ,定時(shí)器和程序計(jì)數(shù)器等都采用RAM 結(jié)構(gòu)形式 ,而且都只需要一個指令周期就可以完成訪問和操作 。 經(jīng)過上述方案論證，綜合考慮，我選用了 PIC16F877 作為單片機(jī)的控制核心。程序存儲器共有 8Kb 14 位單元空間，即 0000H— 1FFFH。 Microchip 公司還為PIC16F877 系列單片機(jī)開發(fā)出一套小巧廉價(jià)的在線調(diào)試工具 MPLABICD 和相應(yīng)的開發(fā)平臺。因此我選用該單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控制芯片。 在溫度采集電路的設(shè)計(jì)中，我們既要考慮到滿足設(shè)計(jì)采集溫度的精度要求，又 要符合控制器即 PIC16F877 單片機(jī)的端口承受的電壓或電流值，在本設(shè)計(jì)中控制器 PIC16F877 的端口承受的最大電壓是 ，所以在設(shè)計(jì)上要合理地選擇溫度傳感器和溫度電路的設(shè)計(jì) ,對此我提出以下幾種方案： 方案一：采用電阻分壓，電容隔離干擾的，阻容溫度采集電路，在這種電路中我們采用熱敏電阻作為溫度傳感器，接 +5V 電壓，當(dāng)溫度傳感器即熱敏電阻受到溫度的變化而阻值發(fā)生變化的時(shí)候，在分壓電阻上的電壓值就發(fā)生了變化，這樣一來，在控制器的端口即 PIC16F877 的 RA 口就能根據(jù)不同的電壓值，進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換后送到控制器 中進(jìn)行處理。 它的主要特性如下： （ 1） 流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。 （ 3） AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 （ 5） 精度高。但是本 次 設(shè)計(jì)中 ， 如果選用AD590，其外部電路 必然非常 復(fù)雜，并且由于它是集成電路型溫度傳感器，在應(yīng)用中，必須外加 A/D 轉(zhuǎn)換電路 才能 保證它的正常運(yùn)行。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單， 可靠性更高。 （ 1）、管腳圖如下所示 : 管腳功能 : GND: 地 DQ : 數(shù)字輸入輸出 VDD: 可選的 VDD NC : 空引腳 DNC: 不連接 圖 23 DS18B20 管腳 （ 2） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 : 1） 64 b 閃速 ROM 如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 3） 高速暫存存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易