基于單片機(jī)飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：基于單片機(jī)飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心： 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 導(dǎo)師單位： 論文完成時(shí)間： 2007 年 5 月 15 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 發(fā)給學(xué)員 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于單片機(jī)飲水機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限2007年12月01日至2008年01月10日3設(shè)計(jì)(論文)課題要求：使用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)電路,系統(tǒng)進(jìn)行輔助分析,優(yōu)化電路.結(jié)合實(shí)例對(duì)系統(tǒng)的電子仿真實(shí)驗(yàn)的研究.本文主要用tsc-51-/196實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)對(duì)程序進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)系統(tǒng).主要從以下幾個(gè)方便介紹:(一) 了解實(shí)驗(yàn)原理.（二）熟悉tsc-

2、51-/196實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng) (三) 掌握和了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程 (四) 能夠編出程序 4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：(1)畫(huà)出原理圖 （2）寫(xiě)出程序 （2）對(duì)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析（3）tsc-51-/196實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 5文獻(xiàn)查閱要求：(1) 武慶生，仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用.電子科技大學(xué)出版，1998,12.(2) 朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，2001,4. 6發(fā) 出 日 期 ： 年 月 日 7學(xué)員完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名: 摘 要在能源日益緊張的今天，電熱水器，飲水機(jī)，電飯煲之類(lèi)的家用電器在保溫時(shí)，由于其簡(jiǎn)單的溫控系統(tǒng)，利用溫敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)溫控，因而會(huì)造成

3、很大的能源浪費(fèi)浪費(fèi)。 但是利用at89c51單片機(jī)為核心，配合溫度傳感器，信號(hào)處理電路，顯示電路，輸出控制電路，故障報(bào)警電路等組成，軟件選用匯編語(yǔ)言編程。單片機(jī)可將溫度傳感器檢測(cè)到的水溫模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于led顯示器上。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于操作，可靠性高，將會(huì)有更廣闊的開(kāi)發(fā)前景。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 飲水機(jī) 水溫控制 傳感器 目 錄摘 要i目 錄ii第1章 前 言1第2章 飲水機(jī)概況22.1 飲水機(jī)功能介紹22.2 飲水機(jī)涉水管路系統(tǒng)圖3第3章 飲水機(jī)電氣原理剖析53.1 電氣原理圖53.2飲水機(jī)電氣控制走向6第4章 各種卡片使用及功能84.1 安裝卡84.2 用戶卡84.3 統(tǒng)計(jì)卡84.4

4、 清洗卡9第5章 使用注意事項(xiàng)10第6章單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）11第7章單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）167.1 整體方案設(shè)計(jì)167.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)25第8章 結(jié)論31致 謝33參考文獻(xiàn)34第1章 前 言能源問(wèn)題已經(jīng)是當(dāng)前最為熱門(mén)的話題，離開(kāi)能源的日子，世界將失去一切顏色，人們將寸步難行，雖然本設(shè)計(jì)是節(jié)省電能角度出發(fā)，而電能又是可再生能源，但是在今天還是有很多的電能是依靠火力，核電等一系列不可再生的自然資源所產(chǎn)生，一旦這些自然資源耗盡，我們將面臨電能資源的巨大的缺口，因而本設(shè)計(jì)從開(kāi)源節(jié)流的截流角度出發(fā)，節(jié)省電能，保護(hù)環(huán)境。本篇將闡述設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為1升凈水，容器為搪瓷

5、器皿。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)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下： （1）溫度設(shè)定范圍為4090，最小區(qū)分度為1，標(biāo)定溫度1。（2）環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差1。（3）用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度。（4）采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變（由40提高到60）時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。（5）溫度控制的靜態(tài)誤差0.2。第2章飲水機(jī)概況2.1飲水機(jī)功能介紹本機(jī)是公司最新研制ic卡智能型溫?zé)犸嬎畽C(jī)，采用了國(guó)際上成熟的ic卡智能控制、計(jì)費(fèi)技術(shù)，具有體積小，使用簡(jiǎn)單，重量輕，無(wú)污染，低噪聲，省電耐用等優(yōu)點(diǎn)。 本機(jī)采用全新ic卡自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，

6、有效地解決目前人們飲水難，管理難、收費(fèi)難等社會(huì)上存在的種種困擾，進(jìn)一步推動(dòng)純凈飲用水健康、良性發(fā)展。本飲水機(jī)與水接觸的部件均采用進(jìn)口食品級(jí)無(wú)毒材料制成，效率高,壽命長(zhǎng)，符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。2.2飲水機(jī)涉水管路系統(tǒng)圖圖2-11-儲(chǔ)水罐；2-出水口；3-入水管；4-氣管；5-排污口一 外部結(jié)構(gòu)圖圖2-2序號(hào)名稱序號(hào)名稱序號(hào)名稱1 水瓶抱箍5 水龍頭9 顯示屏2 水瓶箍鎖6 接水盒10 ic卡插口3 聰明座7 制熱指示燈11 電源線4 ic控制面板8 制熱開(kāi)關(guān)12 固定架總成第3章 電氣原理圖3.1電氣原理圖圖3-132飲水機(jī)電氣控制走向a、功率板： 第4章 各種卡片使用及功能4.1 安裝卡：專(zhuān)門(mén)用來(lái)

7、啟動(dòng)飲水機(jī)a安裝卡上存有機(jī)器收費(fèi)費(fèi)率。b插入安裝卡時(shí)，機(jī)器顯示屏上顯示“good”,表示安裝成功。c在使用ic卡飲水機(jī)之前，必須用安裝卡對(duì)機(jī)器進(jìn)行安裝。d當(dāng)機(jī)器收費(fèi)費(fèi)率需要修改時(shí)，請(qǐng)用修改后的安裝卡重新對(duì)機(jī)器進(jìn)行安裝。4.2 用戶卡：及用戶消費(fèi)卡a需要飲水時(shí)，將用戶卡插入卡口，顯示屏上顯示卡上所剩余額。同時(shí)放水閥打開(kāi)。b出水口定量供水，當(dāng)需要再次喝水時(shí)，請(qǐng)將卡拔出，重復(fù)插入，即可獲得定量的飲用水。c用戶卡可反復(fù)充值。4.3 統(tǒng)計(jì)卡：專(zhuān)門(mén)用來(lái)統(tǒng)計(jì)銷(xiāo)售情況a、可統(tǒng)計(jì)出每臺(tái)機(jī)器每個(gè)階段的銷(xiāo)售額。b、插入統(tǒng)計(jì)卡，顯示屏上顯示“good”即可。c、每次統(tǒng)計(jì)完之后，將飲水機(jī)的銷(xiāo)售額清零。4.4 清洗卡：專(zhuān)

8、門(mén)用來(lái)清洗機(jī)器a、當(dāng)飲水機(jī)需要清洗時(shí)，插入清洗卡即可打開(kāi)出水閥。b、插入清洗卡后，出水閥自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)顯示屏上顯示“good”，直到拔卡為止。第5章 使用注意事項(xiàng)1請(qǐng)先將固定架總成按圖紙安裝要求固定在墻上, 然后將飲水機(jī)平穩(wěn)地固定在固定架總成面上。2 飲水機(jī)應(yīng)置于人多、方便、干燥、陰涼通風(fēng)的地方，并避開(kāi)可能有液體噴濺的地方，請(qǐng)勿靠近發(fā)電機(jī)或其他有強(qiáng)磁干擾的電器，以免影響整機(jī)正常工作。3飲水機(jī)在初次使用前用戶應(yīng)進(jìn)行消毒處理，具體方法是：用0.25公斤加有活化劑的clo2與5公斤純凈水混合配制成消毒液。將消毒液由聰明座注入飲水機(jī)持續(xù)消毒20分鐘后，松開(kāi)底版下熱罐排水閥堵頭上的卡簧，拔掉堵頭，排空消

9、毒液，然后塞上堵頭，再用純凈水注入機(jī)內(nèi)進(jìn)行沖洗，直至排污管出水無(wú)氣味為止，最后塞緊堵頭，裝上卡簧。4將接水盒按前頁(yè)結(jié)構(gòu)圖中位置裝好。5不要改裝電源插頭，也不要加長(zhǎng)電源線，以免導(dǎo)致過(guò)熱和火災(zāi)。第6章單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）溫度是工業(yè) 控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在 冶金化 工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中 ，具有舉 足 重輕作用。對(duì)于不 同場(chǎng)所、 不同工 藝、所 需溫 度高低范圍不 同、精度不同， 則采用的測(cè) 溫元件 、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制 方法也將不 同；產(chǎn) 品工藝不同、控制溫度的精度 不同、時(shí)效不 同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的 控制算法也不同因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種 多樣。

10、隨著 電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展， 微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛 的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便 隨之而生 ，并得到 日益發(fā)展和完善，越來(lái)越顯示 出其優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)即用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢 測(cè)與控制。 系統(tǒng)功能及 實(shí)現(xiàn)原理： 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目標(biāo) 用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，以解決工業(yè)及 常生活中對(duì)溫度的及 時(shí)自動(dòng)控制問(wèn)題 ；用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際溫度值， 方便人工監(jiān)視；用鍵盤(pán)輸入溫度控制范圍值，便 于在不同應(yīng)用場(chǎng)所設(shè)置不同溫度范圍值。當(dāng)實(shí)際 溫度值不在該范圍時(shí)，系統(tǒng)能 自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，以 保持設(shè)定的溫度基本不變，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。 系統(tǒng)的溫度最小區(qū)分度為 1。在環(huán)

11、境溫度變化 時(shí)，溫度控制的靜態(tài)誤差小于等于05。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn) 在達(dá)到對(duì)溫度的檢測(cè)和 控制的基礎(chǔ)上，達(dá)到一定的測(cè)控精度，并盡量使 系統(tǒng)的可靠性高、穩(wěn)定性好、性價(jià) 比高、速度快、 使用靈活、實(shí)現(xiàn)容易、便于擴(kuò)充。 設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)采用 89(251單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，因 89c51在片內(nèi)含 4kb的 eeprom，不需外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單。利用 89c51串行口輸出工作方式，使 89c51的利用率大大提高 ，外部電路得以簡(jiǎn)化。89c51可直接對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描讀數(shù)，可直接用串并轉(zhuǎn)換模塊 74ls104驅(qū)動(dòng) led顯示溫度值。因其利用率高負(fù)載重 ，后 向電路只需加一塊同向

12、驅(qū)動(dòng)器即可正常工作。在 串行 傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，頻率可達(dá)到 1mhz對(duì)溫度的顯示完全達(dá)到測(cè)控精度要求。 具體方案 硬件電路由單片機(jī)、撥碼開(kāi)關(guān)顯示器、溫度采集電路、執(zhí)行部件等構(gòu)成，框圖見(jiàn)圖6-1。 系統(tǒng)硬件電路的元器件選擇及其工作原理 本系統(tǒng)硬件包括：溫度采集器件、ad轉(zhuǎn)換器件 、單片機(jī)、io設(shè)備、鍵盤(pán)輸入、控制執(zhí)行器件等，各實(shí)現(xiàn)部分的元器件選擇如下。 溫度采集器件選擇 采用集成溫度傳感器ad590，其具有較高的精度和重復(fù)性，不需輔助電源 ，線性好 ，使用方便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量，便于微機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程測(cè)控。 ad590是美 國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫傳感器 ，可以顯示正負(fù)溫度數(shù)值，只需要一個(gè)直流電

13、壓源 (4v30v)，功率的需求 比較低 (15mw，5v)。其輸出是高阻抗 (710mg2)電流 ，因而長(zhǎng)線上 的電阻對(duì)器件工作影響不大。 ad590是 已作過(guò)校正 的，共有 i、j、k、lm五擋 ，m擋精度最高。k擋精度居中，測(cè)溫精度為 03，測(cè)溫重復(fù)性優(yōu)于 01，經(jīng)非線性補(bǔ)償 ，精度可達(dá) 01。 放大器件選擇 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中用到的放大器件品種繁多，功能各異，在此選用低失調(diào)電壓運(yùn)放 op07，工 作原理見(jiàn)圖 6-2。因信號(hào)采集電路輸出的電壓較小 ，一般為幾百毫伏 ，故對(duì)失調(diào)電壓要求較嚴(yán) ，為保證精度，采用該高精度運(yùn)放。也可考慮用單片集成測(cè)量放大器。低失調(diào)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流

14、溫漂都很小，輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流也很小，因而這類(lèi)運(yùn)放精度較高。op07采用超高工藝和齊納微調(diào)技術(shù)，使其溫漂很小，廣泛用于精密加法、檢波、微弱信號(hào)精密放大。其要求雙電源供電，使用溫度范圍 070c。一般不需調(diào)零，如要調(diào)零 ，可采用調(diào)零電位器調(diào)整，阻值可選 200ki2。使用時(shí)，先將輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零調(diào)零后，接一輸入電壓，調(diào)節(jié)反饋精密可調(diào)電阻使輸出為輸入的 50倍，即得增益為 50。 adc的選擇及其與 cpu的接口電路 現(xiàn)階段 生產(chǎn)的 adc具有模塊化、與微機(jī)總線兼容等特 點(diǎn)，在選擇 adc芯片時(shí)，除需要滿足用戶的各種 技術(shù)要求外，還須注意：數(shù)字輸出的方式； 對(duì)啟動(dòng)信號(hào)的要求；轉(zhuǎn)換精度和

15、轉(zhuǎn)換時(shí)問(wèn)； 穩(wěn)定性及抗干擾性 。 逐次逼近式 adc具有較高的轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換 程序固定和精度高的特點(diǎn)，適用于快速 自動(dòng)檢測(cè) 系統(tǒng)與多回路的快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般是轉(zhuǎn)換 速度小于 lms的場(chǎng)合。 日常生活中溫度變化范圍不會(huì)太大，本系統(tǒng) 要求最小溫度分辨率為 1，假使溫度變化范圍為 100，整個(gè)系統(tǒng)的溫度采集點(diǎn)應(yīng)為 1002=200 個(gè)，8位轉(zhuǎn)換器分辨率為 1256，完全滿足轉(zhuǎn)換精 度要求，故本系統(tǒng)采用 8位逐次逼近式 a_d轉(zhuǎn)換 器 adc0809，其為雙列直插式封裝，28只管腳。 cpu與 adc的輸入輸 出接 口電路采用 8212， 它是典型的通用 io接口。輸入信號(hào) usr來(lái) 自采樣 保持

16、電路的輸出，先由 cpu輸出一條指令控制啟 動(dòng)，而轉(zhuǎn)換總是需要一定時(shí)問(wèn)才能完成，轉(zhuǎn)換結(jié) 束后，adc給出一個(gè) donebusy的狀態(tài)信息詳見(jiàn) 圖 6-3。 io設(shè)備 單片機(jī)是通過(guò) io口線 與外部 電 路連接的，io口即可作輸人口又可作輸出口，即可工作在串行方式下，又可以并行方式工作。常用的 io擴(kuò)展芯片有 8155、8212、8255、鍵盤(pán)顯 示接口8279等。本系統(tǒng)利用 8951串行口輸出工作方式 ，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、發(fā)光二極管，直接掃 描鍵盤(pán)，充分利用資源，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路。 25 控制執(zhí)行器件 用鍵盤(pán)輸入溫度控制范圍值，此處選用 1o線撥碼開(kāi)關(guān)，其簡(jiǎn)單易行，方便直觀，而陣列式鍵盤(pán)或撥碼盤(pán)結(jié)

17、構(gòu)復(fù)雜，使用不靈活 。 用共 陽(yáng)極數(shù)碼 管 led顯示溫度值。 輸出控制部分在此只用各種顏色發(fā)光二極管的亮滅進(jìn)行各溫度狀態(tài)下系統(tǒng)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)方式的模擬演 示。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中只要在相應(yīng)電路中通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)電爐、電扇等加溫降溫執(zhí)行部件即可 。圖 6-1 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案原理示意圖圖 6-2 op07工作原理圖圖6-3 cpu與 adc接 口電路第7章單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）7.1 整體方案設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以msp430單片機(jī)為控制核心。整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、a/d轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、i/o設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制框圖如下所示：圖7-1控制系統(tǒng)

18、框圖溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的差值按pid控制算法設(shè)計(jì)控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測(cè)值高于設(shè)定值，則啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，降低環(huán)境溫度；如果檢測(cè)值低于設(shè)定值，則啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，提高環(huán)境溫度，達(dá)到控制溫度的目的。 溫度信號(hào)檢測(cè)：本系統(tǒng)中對(duì)檢測(cè)精度要求不是很高，室溫下即可，所以選用高精度熱敏電阻作為溫度傳感器。熱敏電阻具有靈敏度較高、穩(wěn)定

19、性強(qiáng)、互換精度高的特點(diǎn)?？墒狗糯笃麟娐窐O為簡(jiǎn)單, 又免去了互換補(bǔ)償?shù)穆闊?熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度特性,當(dāng)溫度升高時(shí),電阻值減小,它的阻值溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線,非線性度較大。而對(duì)于本設(shè)計(jì)，因?yàn)闇囟纫蟛桓撸窃谑覝丨h(huán)境下，熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本呈線性關(guān)系2，這樣可以通過(guò)電阻分壓簡(jiǎn)單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值。 給熱敏電阻通以恒定的電流，可得到電阻兩端的電壓，根據(jù)與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)t0 以及特性系數(shù)k，可得下式tt0-kv(t) (1)式中t為被測(cè)溫度。根據(jù)上式，可以把電阻值隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓值隨溫度變化的關(guān)系,由于熱敏電阻的電信號(hào)一般都是毫伏級(jí)，必須經(jīng)過(guò)放大，將熱敏

20、電阻測(cè)量到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為03.6之間，才能在單片機(jī)中使用。下圖為放大電路原理圖。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為1.5v。圖7-2放大電路原理圖由于傳感器輸出微弱的模擬信號(hào)，當(dāng)信號(hào)中存在環(huán)境干擾時(shí)，干擾信號(hào)也被同時(shí)放大，影響檢測(cè)的精度，需用濾波電路對(duì)先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，以提高信號(hào)的抗干擾能力。本系統(tǒng)采用巴特沃斯二階有源低通濾波電路。選取該巴特沃斯二階有源低通濾波電路的截止頻率fh=10 khz 。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 軟件設(shè)計(jì)： 單片機(jī)溫度控制器控制溫度范圍100到400，采用通斷控制，通過(guò)改變給定控制周期內(nèi)加熱和制冷設(shè)備的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來(lái)提高和降低溫度，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 軟件設(shè)計(jì)中選取控制周期tc 為

21、200(t1c) ，導(dǎo)通時(shí)間取pn t1c ，其中pn 為輸出的控制量，pn值介于0200之間， t1 為定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間，c為常數(shù)。由上兩式可看出，通過(guò)改變t1 定時(shí)時(shí)間或常數(shù)c，就可改變控制周期tc 的大小。溫度控制器控制的最高溫度為400，當(dāng)給定溫度超過(guò)400時(shí)以400計(jì)算。圖6-3為采樣中斷流程圖。圖7-3采樣中斷流程圖數(shù)模轉(zhuǎn)換部分使用單片機(jī)自帶的12位a/d轉(zhuǎn)換器，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制，免去使用專(zhuān)用的轉(zhuǎn)換芯片，使系統(tǒng)處理速度更快，精度更高，使電路簡(jiǎn)化。采樣周期為500 s ，當(dāng)采集完16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以后，設(shè)置標(biāo)志“nadcflag =1”，通知主程序采集完16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，主程序從全

22、局緩沖區(qū)里讀出數(shù)據(jù)。 為進(jìn)一步減小隨機(jī)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)精度的影響，a/d轉(zhuǎn)換后，用平均值法對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波。每16個(gè)采樣點(diǎn)取一次平均值。然后將計(jì)算到的平均值作為測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。同時(shí)，按照pid算法，對(duì)溫度采樣值和給定值之間的偏差進(jìn)行控制，得到控制量。采樣全過(guò)程完成后就可屏蔽采樣中斷，同時(shí)啟動(dòng)t1定時(shí)3，進(jìn)入控制過(guò)程。 溫度值和熱敏電阻的測(cè)量值在整個(gè)溫度采樣區(qū)間內(nèi)基本呈線性變化，因此在程序中不需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性校正。msp430的t1定時(shí)器中斷作為控制中斷，溫度采樣過(guò)程和控制輸出過(guò)程采用了互鎖結(jié)構(gòu)，即在進(jìn)行溫度采樣，溫度值處理和運(yùn)算等過(guò)程時(shí)t1不定時(shí)，待采樣全過(guò)程進(jìn)行完時(shí)再啟動(dòng)t1定時(shí)并同時(shí)

23、屏蔽采樣中斷。t1定時(shí)開(kāi)始就進(jìn)入控制過(guò)程，在整個(gè)控制過(guò)程中都不采樣，直到200(t1c) 定時(shí)時(shí)間到，要開(kāi)始新一輪的控制周期。在啟動(dòng)采樣的同時(shí)屏蔽t1中斷。圖6-4為t1定時(shí)中斷流程圖。圖7-4定時(shí)器中斷流程圖圖中，m代表定時(shí)器控制周期計(jì)數(shù)值，n則表示由調(diào)節(jié)器計(jì)算出的控制量。首先判斷控制周期tc是否己經(jīng)結(jié)束。若控制周期tc已結(jié)束(即m=0)，則屏蔽t1定時(shí)器中斷，進(jìn)行新一輪溫度采樣；若控制周期tc還未結(jié)束即m0 ，則開(kāi)始判斷導(dǎo)通時(shí)間是否結(jié)束。若導(dǎo)通時(shí)間己結(jié)束(即n=0)，則置輸出控制信號(hào)為低，并重新賦常數(shù)c值，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，同時(shí)退出中斷服務(wù)程序；若導(dǎo)通時(shí)間還未結(jié)束(即n 0 )，則置輸出控制

24、信號(hào)為高，控制執(zhí)行其間繼續(xù)導(dǎo)通，重新賦常數(shù)c值，啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，同時(shí)退出中斷服務(wù)程序。數(shù)字pid：本文控制算法采用數(shù)字pid 控制，數(shù)字pid 算法表達(dá)式如下所示：其中，kp 為比例系數(shù)；ki=kpt/ti 為積分系數(shù)；t 為采樣周期，ti 為積分時(shí)間系數(shù)；kd=kptd/t 為微分系數(shù)，td 為微分時(shí)間系數(shù)。u(k) 為調(diào)節(jié)器第k次輸出， e(k) 為第k 次給定與反饋偏差。 對(duì)于pid 調(diào)節(jié)器，當(dāng)偏差值輸出較大時(shí)，輸出值會(huì)很大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以在實(shí)際中，需要對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出限幅4，即當(dāng)|u|umax 時(shí)，令u=umax 或u=-umax ，或根據(jù)具體情況確定。圖7-5pid子程序 溫

25、度調(diào)節(jié)： pi 控制器根據(jù)溫度給定值和測(cè)量值之間的偏差調(diào)節(jié)，給出調(diào)節(jié)量，再通過(guò)單片機(jī)輸出pwm 波，調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)相位的相位角，以此來(lái)控制執(zhí)行部件的關(guān)斷和開(kāi)啟時(shí)間，達(dá)到使溫度升高或降低的目的。隨后整個(gè)系統(tǒng)再通過(guò)檢測(cè)前一階段控制后的溫度，進(jìn)行近一步的控制修正，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度監(jiān)控目的。結(jié)論： 本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)低功耗、處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使用單片機(jī)作為主控制器，對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高，具有一定的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景。7.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主程序如下：org 0000h ajmp start ;主程序 org 000bh ajmp tim0 ;t0中斷子程序 org 0023h

26、ajmp rt ;串口中斷接受子程序 org 0100hstart:mov 50h,#00h ;初始化設(shè)定溫度 mov 51h,#00h mov 52h,#00h mov 53h,#00h mov 54h,#0c6h ;發(fā)送第5個(gè)數(shù)碼管字形碼“c” mov tmod,#01h ;t0工作在mode1 mov th0,#0ech ;晶振12m，50ms中斷一次 mov tl0,#78h setb tr0 mov tmod,#20h ;t1工作在mode2 mov th1,#0e6h ;設(shè)波特率 mov tl1,#0e6h setb tr1 mov scon,#50h mov ie,#92h ;允

27、許t0,ri中斷 mov r6,#04h ;初始要接收的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) mov r1,#50h ;初始要接收數(shù)據(jù)的起始地址 mov r4,#00h rey: mov a,53h cjne a,#00h,yes sjmp reyyes: mov r3,#00hyes1: clr p2.0 ;開(kāi)始ad轉(zhuǎn)換 clr p3.6 setb p3.6 acall delayj1: movx a,r0 acall sjcl ;調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序 acall disp djnz r3,mm acall fs ;調(diào)用串口發(fā)送子程序 ajmp yesmm: ajmp yes1sjcl:mov b,#60 mul ab

28、mov 61h,a mov a,b add a,#35 acall l10 mov 60h,r5 ;存十進(jìn)制高八位 （個(gè)位和十位） mov a,61h mov b,#9 mul ab mov 61h,b ;存十進(jìn)制低八位 （小數(shù)點(diǎn)） retl10: clr c mov r5,#00h ;初始化十進(jìn)制轉(zhuǎn)換的地位寄存器 mov r4,#08h ;調(diào)整次數(shù)next:rlc a mov r2,a mov a,r5 addc a,r5 da a mov r5,a mov a,r2 djnz r4,next retdisp: mov a,60h anl a,#0f0h ;取d2的顯示數(shù)據(jù)存入70h swa

29、p a mov 70h,a mov a,60h anl a,#0fh ;取d1的顯示數(shù)據(jù)存入71h mov 71h,a mov 72h,61h ;取d0的顯示數(shù)據(jù)存入72h mov r0,#70h ;取相應(yīng)的字形碼分別存入55-57h mov dptr,#tab mov a,r0 movc a,a+dptr mov 55h,a inc r0 mov a,r0 movc a,a+dptr mov 56h,a inc r0 mov a,r0 movc a,a+dptr mov 57h,a mov a,56h add a,#80h ;在d1字形碼上加小數(shù)點(diǎn) mov 56h,a retfs: mov

30、a,r0 push acc mov tmod,#20h mov th1,#0e6h mov tl1,#0e6h setb tr1 mov scon,#50h mov r0,#54h ;設(shè)定發(fā)送起始地址 mov r7,#04hloop:mov sbuf,r0 jnb ti,$ clr ti inc r0 djnz r7,loop pop acc mov r0,a ret ;串口中斷接受子程序 rt: push acc push psw clr et0 clr es sj: mov r1,sbuf inc r1 cjne r4,#03h,move sjmp move1 move :inc r4 c

31、lr ri jnb ri, $move1:djnz r6,sj mov r4,#00h mov r1,#50h ;重置接收起始地址 mov r6,#04h ;重置接收個(gè)數(shù) setb et0 setb es pop psw pop acc reti;t0中斷子程序tim0: push acc push psw mov th0,#0ech ;重設(shè)中斷時(shí)間 mov tl0,#78h clr c ;acall js mov a,51h cjne a,70h,q1 ;最高位比 sjmp q2q1: jc off sjmp onq2: mov a,52h cjne a,71h,q3q3: jc offon

32、: clr p1.4 clr p1.2re: pop psw pop acc retioff: setb p1.4 setb p1.2 sjmp redelay:mov r7,#50 djnz r7,$ rettab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h第8章 結(jié)論首先，通過(guò)這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在很大程度上提高了自己的獨(dú)立思考能力和單片機(jī)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也深刻了解寫(xiě)一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過(guò)這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來(lái)的日子我們都會(huì)了，而且會(huì)做得更好。 我所寫(xiě)的系統(tǒng)主要根據(jù)目前節(jié)省能源的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)實(shí)際的應(yīng)用特點(diǎn)和要求，采用了自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)檢測(cè)和控制。 系統(tǒng)以單片機(jī)at89c52為核心部件，單片機(jī)系統(tǒng)完成對(duì)水溫信號(hào)的采集、處理、顯示等功能;用protel軟件繪制電路原理圖和pcb電路印刷板圖，并在電路板廠制作控制主板;利用mcs51匯編語(yǔ)言編制,運(yùn)行程序該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是: 1)適用性強(qiáng)，用戶只需對(duì)界面參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行便可滿足不同用戶水溫的要求，