基于單片機at89s52的水溫控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、基于單片機AT89S52的水溫控制系統(tǒng)畢業(yè)設計（論文）報告課題名稱：基于單片機AT89S52的水溫控制系統(tǒng)摘 要 溫度是工業(yè)控制對象主要被控參數(shù)之一，在溫度控制中，由于受到溫度被控對象特性（如慣性大、滯后大、非線性等）的影響，使得控制性能難以提高，有些工藝過程其溫度控制好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。本設計介紹了以AT89S52單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。溫度信號由線性度較好的電流型溫度傳感器AD590采集，經(jīng)過電流-電壓轉換及放大電路后將信號輸入模數(shù)轉換器ADS7818P轉換為數(shù)字信號，最后傳送給單片機，并通過可控硅的通斷控制加

2、熱裝置的平均功率。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度采集電路、信號變換電路，溫度控制電路 ，溫度顯示電路。單片機通過對信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還介紹了軟件設計部分，在這里采用模塊化結構，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序和PWM控制程序。實驗結果表明該系統(tǒng)可實現(xiàn)對溫度的測量，并能根據(jù)設定值對溫度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)控溫的目的。關鍵字：AT89S52 ， 水溫控制 ， 可控硅 ， M0C3041 AbstractThe temperature is one of the mainly charged parameters which ar

3、e industrial control targets. It is difficult to enhance the control performance due to the characteristics of the temperature charged object. Such as inertia, hysteresis and non-linear, etcIts temperature control process will have a direct impact on the quality of the product in some technological

4、process. Therefore it is absolute valuable to design an ideal temperature control system.The paper introduces the theory and the design method of temperature control system,the systematic core of which is AT89S52.The temperature can be gathered by the temperature transducer AD590 with a good lineari

5、zation and then the signals should be turned through the Current-Voltage circuit and finally the signal should be sent to ADS7818P to be changed from analog signals to digital signals and then to the single chip and control the average power of the heater through controlled silicons breakover. The p

6、aper introduces the hardare of the control system.Its hardware circuit includes temperature gathering, signal convert,temperature control ,temperature display,and keyboard input .The single chip can control the temperature by dealing with the signals properly.The paper also introduces the software o

7、f the design .The main procedures are designed with the modularize structure ,which is easy to realize.The main procedures include: nixietube display procedure, keyboard scan procedure ,key-press processing procedure,temperature signals processing procedure and PWM control procedure.The results demo

8、nstrate that the system can realize to survey the water temperature, and it can adjust the temperature according to the setting value.KeyWords : AT89S52 ， Temperature control ，Controlled silicon ， M0C3041 目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第一章 引 言11.1 水溫控制系統(tǒng)概述11.2 水溫控制系統(tǒng)設計任務與要求1第二章 水溫控制系統(tǒng)基本設計方案22.1 水溫控制系統(tǒng)總體方框圖2

9、2.2 水溫控制系統(tǒng)方案論證22.2.1 控制器模塊設計方案32.2.2 加熱裝置模塊設計方案32.2.3 溫度采集模塊設計方案32.2.4 鍵盤與顯示模塊設計方案3第三章 水溫控制系統(tǒng)硬件電路設計43.1 溫度采集部分43.1.1 溫度傳感器AD590簡介43.1.2 AD590的工作原理53.2 信號轉換部分63.2.1 電流-電壓轉換及放大電路63.2.2 模/數(shù)轉換電路73.3 單片機控制部分83.3.1 單片機時鐘電路83.3.2 單片機復位電路93.3.3 單片機鍵盤與顯示電路93.4 電源電路部分103.5 執(zhí)行部分電路11第四章 水溫控制系統(tǒng)軟件電路設計124.1 軟件設計總體

10、框圖124.2 主程序流程圖124.3 數(shù)據(jù)采集轉換程序設計134.4 鍵盤與顯示程序設計144.5 光耦可控硅控制程序設計15第五章 系統(tǒng)的調(diào)試與結果分析165.1 AD590測溫電路調(diào)試165.2 攝氏溫度電路調(diào)試165.2.1 攝氏溫度電路調(diào)試方法165.2.2 攝氏溫度電路部分誤差分析175.3 控制電路的調(diào)試175.3.1 控制電路調(diào)試方法175.3.2 控制電路調(diào)試過程應注意的問題185.4 測試結果及分析185.5 設計過程中遇到的問題及解決方法19總 結20謝 辭21參考文獻22附 錄23附錄1：水溫控制系統(tǒng)各模塊程序23附錄2：系統(tǒng)電路圖27附錄3：系統(tǒng)實物圖28V第一章 引

11、 言1.1 水溫控制系統(tǒng)概述溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會生活的各個領域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學模型,從而導致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用 ,但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作?？刂祁I域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對象的模型難以建立,并且當擾動因素不明確時,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存

12、在的問題。本設計采用溫度傳感器AD590，因其精度較高、線性度較好，從而使得測量溫度更加精確。由于AD590芯片的小型化，可以通過數(shù)據(jù)線和主電路連接，故可以把溫度傳感器AD590做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個溫度傳感器AD590進行范圍的溫度檢測。1.2 水溫控制系統(tǒng)設計任務與要求該系統(tǒng)為一實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)設計任務：設計一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。系統(tǒng)設計具體要求：溫度設定范圍為4090；環(huán)境溫度降低時（例如用電風扇降溫）溫度控制的靜態(tài)誤差1；采用適當?shù)目刂品椒ǎ斣O

13、定溫度突變（由40提高到60）時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量；用十進制數(shù)碼管顯示水的實際溫度。第二章 水溫控制系統(tǒng)基本設計方案2.1 水溫控制系統(tǒng)總體方框圖鍵盤顯示電路AT89S52控制系統(tǒng) 9S52模數(shù)轉換器ADS7818P可控硅控制電路加熱絲溫度傳感器AD590 圖2-1 水溫控制系統(tǒng)總體方框圖2.2 水溫控制系統(tǒng)方案論證 溫度測量及加熱系統(tǒng)控制的總體結構如圖2-1 所示。系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場溫度采集、實時溫度顯示、加熱控制參數(shù)設置、加熱電路控制輸出和系統(tǒng)核AT89S52單片機作為微處理器。溫度采集電路以電流型模擬傳感器AD590和A/D轉換器構成。單片機結合現(xiàn)場溫度與用戶設定的目標溫度，按照

14、已經(jīng)編程固化的控制算法計算出實時控制量。通過PWM控制可控硅開通和關斷，控制加熱絲的平均功率從而決定加熱電路的工作狀態(tài)，使水溫逐步穩(wěn)定于用戶設定的目標值。在水溫到達設定的目標溫度后，由于自然冷而使其溫度下降時，單片機通過采樣回的溫度與設置的目標溫度比較，作出相應的調(diào)整，開啟加熱器。系統(tǒng)運行過程中的各種狀態(tài)參量均可由數(shù)碼管實時顯示2.2.1 控制器模塊設計方案根據(jù)題目要求，控制器主要用于對溫度測量信號的接受和處理,控制電熱絲使控制對象滿足設計要求,控制顯示電路對溫度值實時顯示以及控制鍵盤實現(xiàn)對溫度值的設定等?？刂破髂K可以選擇以下方案：采用AT89S52芯片為CPU。AT89S52是美國ATME

15、L公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準的MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。AT89S52單片機適用于許多較為復雜控制應用場合。由此可見，AT89S52單片機算術運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且其功耗低、體積小、技術成熟和成本低，適用本設計需求。2.2.2 加熱裝置模塊設計方案本設計使用電熱杯進行加熱，控制

16、電熱杯的功率即可以控制加熱的速度。當水溫過高時，關掉電熱杯進行降溫處理，讓其自然冷卻。因此對加熱裝置模塊可以選擇以下方案：采用可控硅控制。使用可控硅可以通過較高的電壓和電流，在正常條件下，工作十分可靠?？煽毓枨岸思由瞎怦?，即可實現(xiàn)電氣隔離，即可實現(xiàn)弱電控制強電。這種電路無法精確實現(xiàn)電熱絲功率控制，電熱絲只能工作在最大功率或零功率，對控制精度將造成影響。但可由單片機對溫差的處理實現(xiàn)分級功率控制，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。在軟件上選用適當?shù)目刂扑惴?，同樣可以達到較好的效果。2.2.3 溫度采集模塊設計方案 本設計溫度信號為模擬信號，要對溫度進行控制和顯示，所以要把模擬量轉換為數(shù)字量。該溫度采集模塊可以選擇

17、以下方案：采用模擬溫度傳感器AD590。AD590屬于電流型模擬溫度傳感器，先將輸出的電流轉換為電壓同時將信號放大濾波后送入模數(shù)轉換器建立電流-電壓-數(shù)字信號的對應關系AD590可使系統(tǒng)結構比較簡單，可靠性高。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。2.2.4 鍵盤與顯示模塊設計方案鍵盤采用單片機最小系統(tǒng)上矩陣鍵盤實現(xiàn)，只用其中四個。顯示模塊用數(shù)碼管實現(xiàn)。第三章 水溫控制系統(tǒng)硬件電路設計3.1 溫度采集部分3.1.1 溫度傳感器AD590簡介 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：a、流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的

18、熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：Ir/T=1 mA/K式中： Ir 流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學溫度，單位為K。b、AD590 的測溫范圍為-55+150。c、AD590 的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流T I 變化1mA，相當于溫度變化1K。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。d、輸出電阻為710MW。 AD590的功能及特性：AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路

19、，其電路外形如圖3-1所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖3-1所示。 圖3-1 AD590外形及電路符號 AD590的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430V； 工作溫度：55150； 保存溫度：65175； 正向電壓：44V； 反向電壓：20V； 焊接溫度（10秒）：300； 靈敏度：1AK。3.1.2 AD590的工作原理在被測溫度一定時，AD590相當于一個恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1k的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mVK的電壓信

20、號。其基本電路如圖3-2所示。圖3-2 感溫部分核心電路 圖3-2是利用UBE特性的集成PN結傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實質(zhì)上是由n個晶體管并聯(lián)而成，因而其結面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為UBE。因此，電流I1為：I1UBER（KTq）（lnn）R對于AD590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸

21、出信號不受電源電壓和導線電阻的影響。圖3-2中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1AK的I值。 圖3-3 AD590內(nèi)部結構圖 上圖3-3所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1T4相當于圖3-3中的T1、T2，而T9，T11相當于圖3-2中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動電路，其中T5為恒定偏置二極管。T6可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進一步提高阻抗。T1T4

22、是為熱效應而設計的連接方式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設計使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流I的13。T9和T11的發(fā)射結面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結面積相等。T9和T11的發(fā)射結電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：UBE（R62 R5）I3R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的23。根據(jù)上式不難看出，要想改變UBE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結果都會使UBE減小，不過，改變R5對UBE的影響更為顯

23、著，因為它前面的系數(shù)較大。實際上就是利用激光修正R5以進行粗調(diào)，修正R6以實現(xiàn)細調(diào)，最終使其在250之下使總電流I達到1AK。3.2 信號轉換部分 3.2.1 電流-電壓轉換及放大電路由于AD590輸出的是模擬電流信號且輸出的電流極小，因此需要加上放大電路與電流-電壓轉換電路，然后才能輸入模/數(shù)轉換器。本設計采用的放大器運放為LM324，其內(nèi)部結構圖如下圖3-4。其中一個作為電壓跟隨器，隔離后級電路對AD590的影響，從而使采集到的溫度更加精確，一個與電阻構成基準電壓使輸出更加穩(wěn)定，另一個構成差分電路輸出電壓信號，如下圖3-5所示。圖3-4 LM324結構圖 圖3-5 溫度采集及轉換電路前邊的

24、Lm324隔斷作用，避免后邊電路對前邊電路造成影響后邊的兩個放大作用 3.2.2 模/數(shù)轉換電路本設計要求測量溫度為4090范圍內(nèi)，靜差達到小于1的要求，則應要求 ADC的分辨率高一些才能保持精度。設系統(tǒng)精度為0.1，以0.1作為ADC的區(qū)分要求則ADC能夠區(qū)分(90-40)/0.1=500個分度，故本設計采用12位串行輸入ADS7818可以滿足要求，下圖3-6為其外圍電路。右邊三個接口連接單片機圖3-6 A/D轉換電路 3.3 單片機控制部分 3.3.1 單片機時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度

25、，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)穩(wěn)定性，常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。此設計選用外部時鐘方式如下圖3-7： 圖3-7 單片機時鐘電路 判斷單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的方法，就是用萬用表測量單片機晶振引腳（18、19）的對地電壓，以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18腳對地約為2.24V，19腳對地約為2.09V。 3.3.2 單片機復位電路復位是單片機的初始化操作，只需給89S52的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可得89S52復位，復位時，PC初始化為0000H，使89S52從OUT單元開始執(zhí)

26、行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外由于程序運行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復位鍵使得RST腳為高電平，使89S52重新啟動。在系統(tǒng)中，有時會顯示系統(tǒng)不正常，也為了調(diào)試方便，我們需要設計一個復位電路，在系統(tǒng)中，復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)運行過程中的用戶按鍵復位功能。復位電路可有簡單的RC電路構成。本系統(tǒng)采用如下所示。工作原理是：上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RESET保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效復位，如圖3-8所示。 圖3-8 單片機復位電路 對于懷疑是復位電路故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位的方法來判斷

27、，單片機正常工作時第9引腳對低電壓為0，可以用導線短時間和+5V連接一下，模擬一下上電復位，如果單片機能正常工作了，說明這個復位電路沒有問題。 3.3.3 單片機鍵盤與顯示電路單片機鍵盤電路采用矩陣鍵盤，但只用其中的四個鍵，分別為十位加，十位減，個位加，個位減。在單片機系統(tǒng)中，常常用數(shù)碼管作顯示器，一般的顯示器為4位或8位。本系統(tǒng)使用數(shù)碼管顯示溫度。溫度的顯示有兩種，一種為設定溫度需兩位數(shù)碼顯示。一種為檢測到的溫度，需要三位數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示電路有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。本設計采用的屬于數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式，共陽極數(shù)碼管用74HC595驅動。也可用動態(tài)掃描的方式，但此時數(shù)碼管需要三極管驅動，就會占用

28、較多的單片機端口，而前者只占用單片機3個I/O口，節(jié)省了很大部分的資源，所以顯示電路用74HC595驅動的靜態(tài)顯示方式。數(shù)碼管七段碼如下所示：顯示字符共陽極段碼顯示字符共陽極段碼00xc050x9210xf960x8220xa470xf830xb080x8040x9990x90 表3-1 共陽極數(shù)碼管段碼表 靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易做到顯示不閃爍。它的優(yōu)點是CPU不必繁忙的為顯示服務，因而主程序可不必掃描顯示器，軟件設計較簡單，從而使單片機有更多的時間處理其他事務。3.4 電源電路部分在該系統(tǒng)中需要用到+5V和+15V的直流穩(wěn)壓電源，在我們生活中一般都是使用220V的交流電，為獲得高質(zhì)量的直

29、流穩(wěn)壓電源，這就需要我們進行電壓轉化。其轉化如下圖3-9。濾波穩(wěn)壓濾波整流220V輸出圖3-9 直流穩(wěn)壓電路框圖 這里的濾波是為了濾去外界電源輸入帶來的一些不穩(wěn)定因素，比如說紋波的影響，而用一個大電容和一個小電容的組合，是為了分別濾去低頻或高頻的紋波。電源部分電路如下圖： 從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)過整流、濾波后產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電壓，從穩(wěn)壓器的輸入端輸入，在穩(wěn)壓器的輸出端就可得到穩(wěn)定的直流電壓輸出。正常工作時穩(wěn)壓器的輸入、輸出電壓差為2-3V，電容用來實現(xiàn)頻率補償。圖中C1可防止由于輸入引線較長而的電感效應而產(chǎn)生的自激。C2用來減少由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。電解電容用來進一步減小低頻

30、干擾，如下圖3-10。圖3-10 直流穩(wěn)壓電源電路圖 3.5 執(zhí)行部分電路 該部分電路主要解決弱電對強電的控制以及弱電與強電的隔離。圖3-11 執(zhí)行部分電路 在上圖3-11所示中，MOC3041是具有雙向晶閘管輸出的光電隔離器，U2是功率雙向晶閘管，加熱絲是負載，在MOC3041內(nèi)部集成了發(fā)光二極管、過零檢測電路和一個小功率雙向晶閘管。當單片機PWM輸出為低電平“0”時，MOC4031中的發(fā)光二極管導通，發(fā)光二極管發(fā)光，由于過零檢測電路的同步作用，內(nèi)部的雙向晶閘管在過零后馬上導通，從而使功率雙向晶閘管U2導通，負載中有電流 通過，反之當PWM輸出為高電平“1”時，U2截止，負載中沒有電流通過。

31、由于加熱絲屬于電感元件，故需在電路中接入一個0.01u的電容來校正零電位。第四章 水溫控制系統(tǒng)軟件電路設計系統(tǒng)采用單片機作為控制單元，在系統(tǒng)硬件電路設計完成后，系統(tǒng)還要軟件才能正常工作，系統(tǒng)性能的好壞，功能的完善與否，很大程度上取決于軟件設計，本系統(tǒng)采用模塊化編程，這樣比較簡單。下面詳細介紹該系統(tǒng)的軟件設計部分。4.1 軟件設計總體框圖鍵值處理PWM波產(chǎn)生鍵盤掃描LED顯示AD采樣及上傳光耦控制加熱主控程序模塊圖4-1 軟件設計主題框圖 4.2 主程序流程圖 主程序包括AT89S52本身的初始化等，大體說來，本程序包括設置有關標志、暫存單元和顯示緩沖區(qū)清零、T1初始化、CPU開中斷、溫度顯示和

32、鍵盤掃描等程序。初始化后，各子程序順序調(diào)用執(zhí)行，但執(zhí)行的頻率應不相同，如顯示子程序可控制為1ms執(zhí)行一次，而采樣子程序只需1s執(zhí)行一次，進入子程序后首先判斷時間計數(shù)器即可實現(xiàn)對子程序執(zhí)行周期的控制。 程序按照模塊化設計，所有功能都可通過調(diào)用子程序完成，主程序較簡單，流程圖如下圖4-2所示。開始系統(tǒng)初始化鍵盤掃描，去抖處理取鍵值 N鍵值處理是否有數(shù)據(jù)采樣處理 Y A/D轉換處理光耦可控硅控制圖4-2 主程序流程圖4.3 數(shù)據(jù)采集轉換程序設計在一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通過傳感器先將被測得的物理量變成模擬電壓或電流信號，然后由A/D轉換器將此模擬量再轉換成數(shù)字量后，即可確定被測物理量的數(shù)值。為了使數(shù)據(jù)采

33、集子程序具有一定通用性，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址、被采集數(shù)據(jù)塊長度、A/D轉換器模擬輸入通道地址以及A/D轉換器數(shù)據(jù)通道地址等作為子程序的運作參數(shù)，由主程序在調(diào)用該程序前向子程序進行傳遞。由于測量環(huán)境和測量元器件的影響，在測量一定物理量數(shù)值時往往存在誤差，所以我們采用多次測量求平均值的方法求得其流程圖如下圖4-3開始是否有溫度采樣？ YAD采樣數(shù)據(jù)處理轉換成溫度值 N轉換成十進制LED顯示結束圖4-3 數(shù)據(jù)采集轉換程序流程圖4.4 鍵盤與顯示程序設計由于機械觸點有彈性，在按下或彈起按鍵時會出現(xiàn)抖動，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的彈跳時間，如圖4-4所示。為了保證探險鍵識別的準確性，必須消除抖動。

34、消抖處理有硬件和軟件兩種方法：硬件消抖是利用加支抖動電路濾避免產(chǎn)生抖動信號；軟件消抖是利用數(shù)字濾波技術來消除抖動。我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時，則說明是某鍵按下。圖4-4 按鍵波形圖 開始是否有確認鍵按下？ Y刷新LED顯示電路 N是否有確認鍵按下 Y設置系統(tǒng)狀態(tài)為溫度確認狀態(tài) NLED顯示結束圖4-5 鍵盤與顯示程序流程圖4.5 光耦可控硅控制程序設計光耦可控硅是和單片機的P3.7腳相連的，它的開斷取決于P3.7腳的輸出。當輸出大于零說明設定值小于等于實際輸出值，調(diào)節(jié)占空比，這時關閉電爐，同時關閉定時器的計時。否則如果輸出值小于設定值1攝氏度時就

35、調(diào)節(jié)占空比，打開電爐對水開始加熱。如果設定值與實際輸出值差值在1攝氏度以內(nèi)時，我們就停止加熱。具體程序見附錄1。第五章 系統(tǒng)的調(diào)試與結果分析5.1 AD590測溫電路調(diào)試 AD590的工作電壓可以在4V-30V的范圍內(nèi)選用，但某一工作電壓一經(jīng)確定后，應盡可能使其穩(wěn)定，因為工作電壓波動將引起AD590輸出電流在一定程度的相對漂移，造成測量誤差。 AD590輸出電流在遠距離傳輸時，雖然它對導線產(chǎn)生的壓降不敏感，但應避免傳輸導線回路受電磁干擾影響產(chǎn)生感應電勢而導致回路電流變化造成測量誤差。 由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應對電阻進行調(diào)整。調(diào)整方法為：如圖3-5把AD590放于冰水混合

36、物中調(diào)節(jié)電位器Rv2，各溫度對應的電流電壓值如下表5-1所示：攝氏溫度/AD590電流/uA經(jīng)30K電壓/v0273.28.19640313.29.39650323.29.69660333.29.99670334.210.02680335.210.05690336.210.086100337.210.116 表5-1 AD590測試電路電流、電壓表5.2 攝氏溫度電路調(diào)試 5.2.1 攝氏溫度電路調(diào)試方法 由于AD590測得的開氏溫度必須轉化為攝氏溫度（如圖3-5），當T=50時和T=0時，變換電路輸出電壓上限Umax=5v,電壓下限為Umin=0V,實現(xiàn)的辦法是調(diào)整Rv1。當溫度為0時 ，通

37、過AD590的電流為273.2uA，此時M1處電壓為8.196v，調(diào)節(jié)Rv1使輸出M2處電壓為0V。 其余各溫度所對應的輸出電壓M2處具體對應數(shù)值如下表5-2所示：溫度/040465870788290理論值/v01.201.381.742.102.342.462.70v實測值/v01.2111.5081.7412.0982.3162.4272.674絕對誤差/v00.0110.1280.001-0.002-0.024-0.033-0.026表5-2 溫度與所對應的電壓表 定標方法： a、斷開溫度轉換電路圖中M1 點，串入萬用表，調(diào)節(jié)電位器Rv2，使萬用表讀數(shù)為273.2uA，取下萬用表，接通M

38、1點。 b、將AD590置于50水中（封裝后），調(diào)整Rv1（此時不可再動Rv2），使M2點電壓為1.50V。 c、將AD590置于0冰水混合物中，測試M2點電壓為0V。 d、再將AD590置于50水中，測試M2點電壓應為1.50V，如有偏離，可微調(diào)電位器Rv1，使M2值為1.50V。 e、重復b、c、d 過程二到三次，就可使M2點電壓保持0時的0V和50的1.50V。 5.2.2 攝氏溫度電路部分誤差分析1、電阻的精確度未達到要求。2、運算放大器產(chǎn)生的漂移。3、測量工具自身的精度問題。5.3 控制電路的調(diào)試 5.3.1 控制電路調(diào)試方法如圖3-11所示 1、將光耦M0C3041的電壓輸入端加上

39、5V電壓 2、將加熱器接在電路中，并給電路加220V電壓 3、在PWM輸入端加低電平，觀察加熱器是否開始加熱 4、在PWM輸入端加高電平，觀察加熱器是否停止加熱 5、若控制電路滿足3、4要求，則說明雙向晶閘管能正常通斷，控制電路能正常工作，否則檢查各個芯片及其連接情況。 5.3.2 控制電路調(diào)試過程應注意的問題 由于加熱器工作電壓為220v，因此在測試時應將電源與電路板連接處的導線用絕緣膠封住，避免造成危險。 5.4 測試結果及分析 對電路中各個模塊調(diào)試完成后，將各模塊連接進行聯(lián)調(diào)，根據(jù)設定溫度，檢測溫度以及溫度計讀數(shù)得出以下數(shù)據(jù)表5-3：設定溫度/動態(tài)穩(wěn)定溫度/溫度計讀數(shù)/最高顯示溫度/超調(diào)

40、量Mp/5556.05657.12.16162.06263.02.06564.96566.21.27171.370.571.90.97575.17475.60.68180.37980.30.78585.08386.11.19190.98991.30.3表5-3 測試結果表 由以上數(shù)表可得:設定溫度與溫度計讀數(shù)最大誤差為2，最大超調(diào)量為2.1精度與要求還有一定的差距，造成此差距的可能原因有以下幾點： 1.電壓不穩(wěn)定造成的AD590輸出電流漂移，使測量不準確。2.溫度計、電壓表等測量工具的精度問題。3.電路中各電子器件（如電阻、電容）的精度問題。4.A/D轉換器的轉換誤差問題。5.軟件設計算法的問

41、題。5.5 設計過程中遇到的問題及解決方法序號設計中遇到的問題原因或解決方法1電阻不精確用滑動變阻器替代2發(fā)現(xiàn)A/D過熱燒毀A/D應加5v電壓，而實際所加為5.2v，調(diào)整到5v換新片子后A/D正常工作3調(diào)整變阻器Rv2時發(fā)現(xiàn)LM324輸出無明顯變化檢查電路均無問題后重新?lián)Q一片LM324，輸出信號正常，屬片子故障。4所有電路調(diào)試正常，聯(lián)調(diào)時電路沒有反應經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)字地與模擬地未相連，連到一起后電路實現(xiàn)預想功能5經(jīng)檢查，電路及程序均正確，卻發(fā)現(xiàn)其中幾個數(shù)碼管未發(fā)亮未注意電路中使用的為共陽數(shù)碼管，未亮的是共陰數(shù)碼管，撤換后數(shù)碼管顯示正常6所制作的5v電壓源不能正常輸出忘記將7805的接地端接地表5-

42、4 設計過程中遇到的問題及解決方法表總 結 剛剛接觸水溫控制系統(tǒng)這個題目，感覺思路比較清晰，但真正開始設計才發(fā)現(xiàn)理論與實踐的差距，設計的過程出現(xiàn)了這樣或那樣的問題，遠遠超過預想，但我也堅信最終能較好完成本次設計，正是擁有了這份信心，才最終完成了本次設計。這是我第一次比較全面的設計一個系統(tǒng)，從資料的收集到方案的確定，從理論論證到投入實踐，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題。這個過程是對我四年大學生活的一個小結，同時也是我繼續(xù)進行學習和工作的一個起點。本次設計較好地完成了設計要求，同時也有一些缺憾，比如控制算法有待于進一步優(yōu)化，從而使所設計的控制系統(tǒng)精度更高，同時系統(tǒng)功耗還有降低的空間，這些問題在設計過程中考慮

43、不全面主要是以前自己動手較少，經(jīng)驗不足，因此在以后學習過程中要加強理論學習與實踐的結合，使自己獲得全面的提高。 謝 辭 本次設計得以順利完成，首先感謝電子系為本次設計提供了較好的實驗環(huán)境和必需的實驗器材，其次特別感謝我的指導老師岳彩青教員，在本次的設計過程中，岳教員在各方面都給予了認真的指導。同時感謝我的搭檔鄧大磊同學，正是兩個人的合作才使本次設計順利完成，最后感謝馬瑞同學在軟件設計過程中給予的幫助！ 參考文獻1.全國大學生電子設計競賽組委會。 全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編. 北京：北京理工大學出版社，20042.謝自美等。電子線路綜合設計。華中科技大學出版社，20063.謝自美。電子線

44、路設計實驗測試。華中科技大學出版社，20064.謝劍英、賈青。微型計算機控制技術。北京：國防工業(yè)出版社，20045.張毅坤。 單片微型計算機原理及應用。 西安：西安電子科技大學出版社19986.譚浩強。 C程序設計。 北京：清華大學出版社，20027.戴佳 戴衛(wèi)恒 編著。電子工業(yè)出版社，51單片機C語言應用程序設計實例精講 ，20078.康華光。 電子技術基礎(模擬部分)。 北京:高等教育出版社，2005 9.李澤民主編。 模擬電子技術基礎教程 清華大學出版社 ， 李澤民主編 ，200610.楊旭東著。 實用電子電路精選M ， 化學工業(yè)出版社，2005 11.胡壽松自動控制原理北京：國防工業(yè)出

45、版社，2000附 錄附錄1：水溫控制系統(tǒng)各模塊程序主程序void main()sbit CLK =P10;sbit ADDATA=P11;sbit CONV=P12;sbit GND=P33;sbit LOCK=P32;sbit CP=P31;sbit DATA=P30;sbit PWM=P37; /引腳設定unsigned char q=0,p=0; /q表示占空比unsigned long m,n; /溫度計算變量unsigned char flag1;unsigned char key_sbuf8=5,0,10,10,10,10,10,10;/初始值unsigned char code

46、segtab11=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff; /09 空 PWMinit(); /調(diào)用PWM控制函數(shù) while(1) jiaozheng(); ADconvert(); AzhuanD(); /調(diào)用A/D轉換函數(shù) show(); /調(diào)用數(shù)碼顯示函數(shù) key_16(); /調(diào)用按鍵函數(shù) void time0() interrupt 1/定時器0中斷程序 p+; if(q=100) PWM=1; else if(p=q) PWM=0; else if(p=100) PWM=1;p=0;q+; TH0=(65536

47、-500)/256;TL0=(65536-500)%256; /周期20MSA/D轉換子程序/AD轉換unsigned int ADconvert() unsigned int AD=0; unsigned char i; CONV=1;CLK=0;nop; CONV=0;nop; CLK=1; nop;/clk1 CLK=0; nop; CLK=1; nop;/clk2 CLK=0; nop; for(i=0;i12;i+) CLK=1;nop; AD=1; ADDATA=1;nop; AD|=ADDATA; CLK=0;nop; CLK=1; nop;/clk15 CLK=0; nop; CLK=1; nop;/clk16 CLK=0; nop; CONV=1;nop; return AD;AzhuanD()/AD轉換后處理 m=ADconvert(); n=m*634/819+22; /輸入電壓=m/819/ n=m*666/81