水溫自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、基于MSP430F149的水溫低動控制系統(tǒng)的設計摘要本設計基于計算機控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)、單片機技術(shù)、機電一體化論文分析了自動定量水溫控制器的硬件電路、主控系統(tǒng)、信息感知單元、驅(qū)動單元等模塊的理論設計與調(diào)試過程，并結(jié)合實際調(diào)試過程的分析，詳細闡述了基于德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機的自動定量水溫控制器參數(shù)的規(guī)劃與實現(xiàn)。本設計在特色部分論文分析了以MSP430F149芯片為主，基于概率分析檢測單元的設計與實現(xiàn)，串行掃描方式實現(xiàn)的人機接口，數(shù)據(jù)傳輸，水位控制和溫度控制等內(nèi)容。本設計的理論設計方案、調(diào)試方法、測試數(shù)據(jù)分析方法及設計中的特色與創(chuàng)新點等對相關(guān)領域的設計與實現(xiàn)有

2、一定的參考意義。關(guān)鍵字：傳感器，智能控制，單片機，機電一體化              AbstractThe design of computer-based control technology，Sensor technology，Intelligent Control Technology，SCM technologyand Mechatronics Thesis of automatic quantitative analysis of the h

3、ardware circuit temperature controller,Control systems, information-aware unit, drive unit, such as the theory of modular design and debugging process, and in light of the actual debugging process analysis, detailed quantitative automatic temperature controller parameters of the planning and impleme

4、ntation. Part of the design characteristics of this thesis in an analysis of MSP430F149 made by the Texas Instruments chip to the main detection unit based on the probability analysis of the design and realization of the realization of the serial scanning of man-machine interface, data transmission,

5、 the water level control and temperature control and so on. The theory of theoretic design , testing measures, testing data analysis methods and design features and innovation are meaningful to the related fields such as design and implementation of a certain reference value.Keywords:sensor,intellig

6、ent control technology,MCU, SCM technologyand Mechatronics Thesis of automatic目錄前言第一章 概述1水溫自動控制系統(tǒng)設計的時代背景第二章 總體設計方案2.1設計要求及主要任務2.2總體設計方案第三章 硬件設計3.1傳感器的選擇溫度傳感器的選擇壓力傳感器的選擇3.2單片機的選擇功能特性說明引腳功能說明3.3A/D轉(zhuǎn)換電路3.4基準電壓的設計第四章 軟件設計第五章 結(jié)論附錄一 電路圖附錄二 程序代碼前言第一章 緒論1.1課題的目的和意義眾所周知，在我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙匐娖髦皇堑碾姛崴?，尤其是炎炎夏日，勞作了一天的?/p>

7、們總要沖個熱水澡。而普通的電熱水器的原理基本上都是靠電能把熱水器儲水箱中的水加熱到某一溫度后，讓熱水與冷水混合，靠人工調(diào)節(jié)流量閥中熱水和冷水的混合比例來達到使用者自己覺得較為合適的溫度。而在科技日益發(fā)達的今天，家用電器的智能化已經(jīng)成為各大制造商提高自身競爭力的重要手段。自1983年Honeywell推出智能儀表Smart變送器之后，世界各廠家都相繼推出各有特色的智能儀表，智能變送器便是其中之一。由于各個廠家的智能儀表都按照自己的通訊標準進行設計生產(chǎn)，不同廠家的設備之間兼容通用仍然存在問題。但現(xiàn)在隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛的應用，智能儀表仍在不斷進步，并向著全數(shù)字化的方向發(fā)展。智能儀表的全數(shù)字

8、化意味著將取消傳統(tǒng)的模擬信號的傳送方式，而要求系統(tǒng)中的每一個現(xiàn)場設備都具有智能及數(shù)字通信能力， 使得操作人員或其他設備可以方便地向現(xiàn)場發(fā)送指令，同時也能實時地得到現(xiàn)場設備各方面的情況。這種實時通訊大大提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。但是目前，一方面現(xiàn)場總線標準正處在完善和發(fā)展階段，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的基于420mA的模擬設備還在廣泛應用于工業(yè)控制信各個領域。因此，馬上全數(shù)字化是不現(xiàn)實的。為滿足從模擬到全數(shù)字的過渡，需要設計一種具有這兩種功能的過渡性產(chǎn)品。所以此次設計的水溫自動控制系統(tǒng)就是屬于這類過渡式的控制儀器，主要實現(xiàn)水溫自動控制的數(shù)字化設計，它在工業(yè)環(huán)境控制領域應該有一定的應用空間。從這個角度上講,

9、本設計的構(gòu)想具有一定的推廣前景. 本文所考慮的設計任務就是在這種背景下產(chǎn)生的。通過使用超低功率的德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機為控制核心，輔以輔助電路，實現(xiàn)水溫智能控制、顯示功能。如果加以更深入的研發(fā)設計，最終可以實現(xiàn)通過無線遙控，自動調(diào)節(jié)水溫的功能。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展目前國內(nèi)外對水溫自動控制系統(tǒng)的設計單位中比較突出的是西門子公司采用DS18B20的數(shù)字式檢測及控制，然后通過無限傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行傳輸。以單片機為核心組成水溫自動控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在就從這幾方面天一談國內(nèi)外的發(fā)展狀況。1.2.1溫度傳感器 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶式、熱敏電阻式、電阻溫度檢測器（RTD）和I

10、C溫度傳感器。IC溫度傳感去又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。溫度計通過傳導或?qū)α鬟_到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應用和超導技術(shù)的研究

11、，測量120K以下溫度的低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、聲學溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫熱電阻和低溫溫差電偶等。低溫溫度計要求感溫元件體積小、準確度高、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件，可用于測量1.6300K范圍內(nèi)的溫度。非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見光學高溫計）

12、、輻射法（見輻射高溫計）和比色法（見比色溫度計）。各類輻射測溫方法只能測出對應的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑

13、體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實測溫度進行相應的修正，最終可得到被測表面的真實溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)：式中為材料表面發(fā)射率，為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實溫度的輻射測量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過計算求出與介質(zhì)達到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進行修正而得到介質(zhì)的真實溫度。 非接觸測溫優(yōu)點：測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對

14、最高可測溫度原則上沒有限制。對于1800以上的高溫，主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴展，700以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產(chǎn)實踐的各個領域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。1.2.2 液位檢測傳感器按照常理，液體的液位高度檢測多是采用開關(guān)控制或者專門的液位高度傳感器，但是其價格一般都很昂貴。1.3 主要內(nèi)容 隨著自動化水平的不斷發(fā)展，溫度和液位檢測的產(chǎn)品也成出不窮。本文介紹的是基于單片機的水溫自動控制系統(tǒng)的設計，利用溫度傳感器的檢測，

15、將檢測的數(shù)據(jù)分析處理，實現(xiàn)溫度的實時顯示，直觀的展現(xiàn)當前的水溫，并能使混合后的水的溫度可以自由控制。設計要求：1、 水溫誤差：±0.52、 3、 4、 第二章 總體設計方案一、方案設計2.1 方案的選擇和論證根據(jù)設計任務的要求，該系統(tǒng)主要由主控單元、溫度檢測單元、高度檢測單元、電機驅(qū)動單元、顯示單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、按鍵控制單元七大部分組成。控制單元由單片機組成。2.1.1 單片機的選擇和論證這里單片機的選擇主要依據(jù)以下幾方面：1、具有性能良好的開發(fā)工具。由于大部分單片機自身無開發(fā)和編程能力，必須借助開發(fā)工具來開發(fā)，因此具有某一種機型的開發(fā)工具是選擇機型的重要條件。2、單片機的體系結(jié)

16、構(gòu)為許多開發(fā)人員熟悉，以利于縮短研制周期。3、市場貨源成分，有非常多的廠家提供，有同類產(chǎn)品可供替換?？紤]到本設置中需要較多的IO口，而普通51系列單片機IO口較少，且功耗比較大，本次設計任務以德州儀器公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機為核心， 主控芯片MSP430F149單片機具有以下主要特性：1.8V3.6V超寬供電電壓 5種低功耗模式，從standby模式喚醒時間小于6s 0.1uA RAM 保持 0.8uA 實時時鐘模式 2K RAM，60KB+256B Flash Memory（支持IAP） 片內(nèi)硬件乘法器支持四種乘法運算 兩個具有PWM輸出單元的16-Bit定時器（TimerA3，

17、TimerB7） 兩個UART接口，兩個SPI接口（與UART復用） 一個8通道12-Bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有片內(nèi)參考電壓源 一個模擬比較器，看門狗電路等 2.1.2溫度檢測單元方案一：方案二：2.1.3 液位傳感器的選擇方案一：方案二：使用高精度稱重壓力傳感器。2.1.4電機驅(qū)動單元方案一：方案二：2.1.5 顯示單元發(fā)光二極管顯示器LED是指發(fā)光二極管和發(fā)光二極管構(gòu)成的LED數(shù)碼管、LED點陣顯示器等。與LCD相比，LED成本低、操作簡單、抗干擾能力強等特點，在工業(yè)儀表中有廣泛的應用。LED顯示器顯示接口按驅(qū)動方式分成靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，動態(tài)顯示的掃描可由單片機軟件或?qū)?/p>

18、門的硬件完成。按CPU向顯示器接口傳送數(shù)據(jù)的方式則可分成并行傳送接口和串行傳送接口兩種顯示數(shù)據(jù)傳送方式。靜態(tài)顯示時，除變更顯示數(shù)據(jù)期間外，各顯示器均處于通電顯示狀態(tài)，每個顯示器通電占空比約為100%。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，亮度高，系統(tǒng)在運行過稱中僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時間，提高了效率；缺點是占用的硬件電路（如I/O口、驅(qū)動器等）多，功耗也相對較大。動態(tài)顯示時，N個顯示器共占用一個顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動器，每個顯示器通電占空比時間為1/N。動態(tài)顯示的優(yōu)點是節(jié)省硬件電路（如I/O口、驅(qū)動器等），功耗較?。蝗秉c是采用軟件掃描時占用CPU時間多，與軟件

19、掃描相比，采用硬件掃描時將增加硬件成本。除此之外，動態(tài)顯示位數(shù)較多時，顯示器亮度將受到影響。液晶顯示器LCD由于體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點使得液晶顯示器件在儀表中得到了廣泛的應用，與數(shù)碼管相比，液晶可以更加方便的顯示漢字、圖形、甚至動畫。液晶顯示器件從顯示內(nèi)容來分類，可以分為字符型和點陣型兩種。其中字符型的顯示方法與數(shù)碼管相似。比較而言點陣型LCD相對復雜，需要特殊的顯示控制芯片。常用的液晶顯示控制芯片是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，一般內(nèi)藏64×64=4096位顯示RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應LCD屏上一個點的亮、暗狀態(tài)；它們可直接與8位微處理器相連，對液晶屏行、列進行驅(qū)

20、動。為了方便使用者觀察和研究，本次設計采用液晶顯示器。2.1.6 AD轉(zhuǎn)換單元2.1.7 鍵盤鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。一個安全可靠的控制系統(tǒng)通常具有方便的交互功能，操作人員可以通過外設鍵盤靈活地輸人各種參數(shù)以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行，掌握系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在一些復雜的應用系統(tǒng)中，為準確判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障定位，設計人員往往會在程序中加入一些用于系統(tǒng)定位的代碼。一種簡便的做法便是額外設置幾個按鍵，通過按鍵的組合以及顯示狀態(tài)的不同來判定系統(tǒng)的工作狀況，以便及時了解系統(tǒng)內(nèi)部運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障，可以在最短的時間內(nèi)找出故障原因，及時恢復。所以

21、可以這樣認為:鍵盤是單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)人機對話的紐帶和橋梁。鍵盤的種類:1.獨立式鍵盤獨立式鍵盤是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但是每個按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大。故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵電路。2.行列式鍵盤行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設置在行列的交點上。例如用2*2的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成4個鍵的鍵盤，4*4的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O口線。

22、3.8279鍵盤、顯示接口芯片上面是采用軟件方法實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的掃描，不但程序比較復雜，而且實時性差。若要簡化鍵盤編碼所需要的軟件和減少占用CPU的時間，可以選用鍵盤編碼用的LSI接口電路來構(gòu)成編碼式鍵盤。電路矩陣發(fā)現(xiàn)有鍵按下后，提供相應的消除抖動和串鍵措施，以正確識別按下鍵，同時提供一個內(nèi)部ROM查閱表，用以產(chǎn)生與按下的鍵相應的代碼。本設計采用4*4行列式鍵盤。2.2 總體設計方案 為了實現(xiàn)上述設計構(gòu)思，這里我考慮了兩種設計方案。方案一：先通過溫度傳感器將溫度的物理信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦问降哪M信號。然后通過10位的A/D轉(zhuǎn)換芯片將兩個模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號同時，處理后的數(shù)據(jù)再通過并行口將處理后

23、的送到10位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，并實現(xiàn)實時顯示。方案二：首先是通過傳感器進行信號采集，其中溫度采集采用數(shù)字傳感器，在傳感器內(nèi)部直接將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為數(shù)字量，可以直接連接單片機進行數(shù)據(jù)傳送；濕度傳感器采集到濕度信號后，利用由單片機構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號變?yōu)閿?shù)字量直接存儲在單片機的存儲器中。通過軟件設計，在單片機中用計算程序提高溫度值分辨率、對濕度進行溫度補償?shù)葦?shù)據(jù)處理。最后將處理后的數(shù)據(jù)， D/A轉(zhuǎn)換器將處理過的數(shù)字信號還原到模擬信號后，再經(jīng)過放大、保持、V/I轉(zhuǎn)換等模擬電路實現(xiàn)420mA以及15V的信號輸出。 經(jīng)過仔細比較之后，我采取了第二種方案，因為考慮到實際使用時設備需要長時間連續(xù)通電而且

24、可能需要多個I/O接口，我采用的是德州儀器公司的超低功耗的MSP430F149單片機。變送器的總體設計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，初始化I/O口初始化液晶初始化5532初始化18B20輸出PWM波控制電機開始檢測溫度和高度與C杯溫度相同顯示C杯溫度結(jié)束與C杯高度相同顯示C杯高度自動定量水溫控制器流程圖第三章 硬件設計3.1溫度傳感器的選擇傳感器：能夠把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器，傳感器實質(zhì)上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。隨著技術(shù)的不斷進步，傳感器也有了飛速的發(fā)展，體積變得越來越小，精度越來越高，功能也越來越強大。溫度傳感器DS18B20的簡介 圖1.2 溫度傳感器DS18

25、B20DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。注意ds18b20的中間的接線端口為數(shù)據(jù)輸入端以單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以MSP430F149芯片控制器制作的結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確、具有一定控制功能的智能溫度控制器，它的體積更小、適用電壓更寬、功耗極低、更經(jīng)濟，它的測量溫度范圍為55125，在1085范圍內(nèi)，精度為±0.5，DS18B20可以程序設定912位的分辨率，精度為

26、±0.5。見圖1.2.圖1.3 溫度檢測單元A杯熱水 ，B杯冷水，C杯混合水每一個DSl820包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DSl820內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl820編碼均為10H)，接著的48位是每個器件唯一的序號，最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。DSl820中還有用于貯存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM編號為0號和1號。1號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負 ()，則1號存貯器8位全為1，否則全為0。0號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的“1”表示0.5。將存貯器中的二進制數(shù)求補，再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，

27、并除以2就得到被測溫度值(-55125)。測溫范圍符合本次設計的要求。DSl820的引腳如圖1.2所示。每只DS1820都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導線，但完成溫度測量的時間較長。采取外部供電方式則多用一根導線，但測量速度較快。所以我采用第二種方式與單片機進行接線，如圖1.4所示。單片機對溫度的讀取將通過軟件來實現(xiàn)。、圖1.4 DS18B20與單片機的連接方式示意圖在正常情況下，DS1820的測溫分辨率為0.5，這樣的分辨率對于溫度測量精度略顯不足。在對DS1820測溫原理進行仔細分析的基礎上，可以采取讀取DS1820內(nèi)部暫存寄存

28、器，再進行數(shù)據(jù)處理的方法，這樣可以將DS1820的測溫分辨率由0.5提高到0.1甚至更高。DS1820的存儲器如表4所示，它由9個字節(jié)組成。頭兩個字節(jié)包含測得的溫度信息，高字節(jié)為所測溫度符號位，若是正溫度則該字節(jié)為全0，若是負溫度則該字節(jié)為全1，低字節(jié)為所測溫度數(shù)值的補碼。它們可由主機通過發(fā)存貯器命令而讀出，這是通常讀取DS1820溫度數(shù)據(jù)的方法，其分辨率為0.5。表4：DS1820存儲器地址表第三、四字節(jié)包含溫度上下限報警值，第五、六字節(jié)保留未用，最后一字節(jié)包含CRC校驗代碼。第七字節(jié)為計數(shù)器對給定溫度的計數(shù)剩余值。第八字節(jié)為給定溫度處每一個攝氏度的計數(shù)個數(shù)，即溫度每升高一度，計數(shù)器必須經(jīng)歷

29、的計數(shù)個數(shù)，不同溫度處計數(shù)個數(shù)不同，它由，斜率累加器產(chǎn)生。我們可以利用第七、八字節(jié)通過以下步驟實現(xiàn)溫度高分辨率數(shù)據(jù)的獲取:(1)首先通過存儲器讀命令讀取DS1820存儲器9個字節(jié)數(shù)據(jù)。(2)第一、二字節(jié)數(shù)據(jù)截去0.5位，即最后一位，得到的是溫度值的整數(shù)部分，將這個值記為Temp。(3)將第七、八字節(jié)數(shù)據(jù)分別記為Count_remain、Count_per_c。考慮到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關(guān)系，實際溫度T可用下式計算得到 (20)因變送器設計溫度范圍為070，在進行匯編語言編程時，故在計算時采用無符號數(shù)，數(shù)據(jù)用雙字節(jié)保存，高字節(jié)作為整數(shù)，低字節(jié)作為小數(shù)。最

30、后的算出的溫度數(shù)據(jù)還要轉(zhuǎn)換為10位數(shù)據(jù)，送到D/A轉(zhuǎn)換器進行處理，其中高7位為整數(shù)，低3位為小數(shù)。而雙字節(jié)結(jié)果則通過串行通信方式發(fā)送到上位機。 整個獲取溫度數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖20所示。圖20：獲取溫度程序流程圖高度檢測單元壓力傳感器原理：壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境；本設計使用CS5532A/D轉(zhuǎn)換芯片，將壓力傳感器采集的壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過液晶實時顯示水位高度。通過測量杯中水的重量,從而由水的體積公式間接推導出液面高度(該過程通過軟件部分實現(xiàn)，推到過程見后文的算法部分).WTP803 懸臂梁式稱重(測力)傳感器 產(chǎn)品特點及結(jié)構(gòu)：采用合金鋼

31、材質(zhì)，焊接密封。主要適用電子臺秤、汽車衡量等接線方法 輸入(電源) + ： 紅色；輸入(電源) - ： 黑色；輸出(信號) + ： 綠色；輸出(信號) - ：白色 1.3高度檢測單元 電機驅(qū)動單元電機的選擇，驅(qū)動電路的選擇水箱采用雙電機分離驅(qū)動方式。直流電動機體積小，效率高，出力大，起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，動態(tài)特性好，控制方便。電機型號選擇時在體積，功率和轉(zhuǎn)速基本條件滿足的前提下主要還考慮伺服性能；綜上幾點要求我們選用了 L 171 955 651型微型直流電機。 水箱加水過程中要求被控電機能夠調(diào)速控制， 一種能在高頻工作的低功率驅(qū)動電路包括一輸出驅(qū)動電路和用于驅(qū)動輸出驅(qū)動電路的一對

32、預驅(qū)動電路。基于場效應管的直流電機驅(qū)動控制電路設計，以N溝道增強型場效應管為核心，設計了一種直流電機調(diào)速驅(qū)動控制電路，滿足大功率直流電機驅(qū)動控制。實驗表明該驅(qū)動控制電路具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動能力強、功耗低的特點。 整個電機控制電路由下圖所示的閉合環(huán)路構(gòu)成，PWM輸出脈沖信號控制電機的運轉(zhuǎn)速度，從而控制流量。  圖1.4電機驅(qū)動單元 3.1.4液晶顯示單元圖1.5液晶模塊帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和12

33、8個16*8點ASCII字符集  3.1.5 A/D轉(zhuǎn)換單元CS5532 是高集成度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由于運用了電荷平衡技術(shù)，其性能可以達到24 位。CS5532是雙通道的AD轉(zhuǎn)換器，其封裝形式有20腳雙列直插式和20線貼片式，本設計選用20腳雙列直插式。圖1.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元 3.1.6按鍵控制單元 設置幾個按鍵用來優(yōu)化硬件系統(tǒng)的功能，用來設定系統(tǒng)的開始、運行、水溫、水位高度等；同時又設置了一個溫度傳感器，用來檢測管中的水溫，傳回相關(guān)的信息給主控制板，從而使檢測系統(tǒng)增加了閉環(huán)控制，減少系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)，可以使整個裝置更加易于操作和控制，從而使整個硬件電路變得更加簡

34、單，便于檢查電路裝置。3.1.8 算法設A杯溫度TA、質(zhì)量MA. 設B杯溫度TB、質(zhì)量MB設C杯溫度TC、質(zhì)量MC可列寫下式方程： TA*MA+TB*MB=TC*MC （物理學cmt公式）（注：初始狀態(tài)下C杯中應該是沒有水的，同時初始狀態(tài)下A、B杯中的被泵出的水為0） MA+MB=MC解之得： MA=(TC-TB)MC/(TA-TB) MB=(TA-TC)MC/(TA-TB) 水位高度： h=(100*MC)/559 (質(zhì)量M=密度*體積=*R2 *h，得到高h=MC /(*R2 )3.2 單片機單片機是整個水溫自動控制系統(tǒng)的核心部分，通過它來實現(xiàn)各個功能?，F(xiàn)在單片機應用廣泛，因此生產(chǎn)的廠商也

35、很多，如Intel、Motorola、Philips、ATMEL等等，品種繁多，而且有著眾多的衍生產(chǎn)品。在我國51單片機使用非常多，我選用的是德州儀器公司生產(chǎn)的超低功耗MSP430F149芯片。第四章 軟件設計4.1 軟件設計整體描述本次設計所使用的是完全兼容MCS-51指令的德州儀器生產(chǎn)的MSP430F149單片機，因此在編程時采用51指令系統(tǒng)進行C語言編程。在軟件設計時，采用模塊化設計，將單片機所要實現(xiàn)的各個功能按照模塊分別設計。其中主要的功能模塊有：讀溫度傳感器DS1820的溫度數(shù)據(jù)；A/D、D/A轉(zhuǎn)換。其大致程序流程如圖 所示初始化I/O口初始化液晶初始化5532初始化18B20輸出P

36、WM波控制電機開始檢測溫度和高度與C杯溫度等顯示C杯溫度結(jié)束與C杯高度等顯示C杯高度自動水溫控制器流程圖4.2 獲取三個杯中水溫及液面高度的程序設計4.2.1 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖 所示，低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘脈沖信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開通周期而被計數(shù)，通過該計數(shù)值來測量溫度。計數(shù)器被預置成與-55對應的一個基數(shù)值，如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計數(shù)到零，表示測量的溫度值高于-55，被預置在-55的溫度寄存器的值就增加一個增量，同時為了補償溫度振蕩器的拋物線特性，計數(shù)器被斜率累加器所決定的值進行預置，時鐘再次使計數(shù)器計數(shù)直至零，如

37、果門開通時間仍未結(jié)束，那么重復這個過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器的門周期結(jié)束為止。這時溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。圖 ：DS1820測溫原理圖DS18B20獲取溫度的程序代碼:uchar reset() uchar flag,i;   lo=1;   lo=0;   for(i=200;i>0;i-);  /延時 802 us time=1+2*i     for(i=200;i>0;i-);   lo=1;   for(i=120;i>

38、;0;i-);/ 延時 201 us    flag=lo;   for(i=160;i>0;i-)/ 延時 321 us  滿足 最小周期   return flag;void write_bit(uchar wei)  uchar i;  _nop_();            /連續(xù)寫之間最少1us回復時間   lo=1;     &#

39、160;             lo=0;                 /寫時間隙  _nop_();   _nop_();            /拉低至少1us   lo=wei;        &#

40、160;     /向數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)    for( i=30;i>0;i-);/滿足最小、最大寫周期   uchar read_bit()    uchar flag,i;   _nop_();             /連續(xù)讀之間至少1us的回復時間   lo=1;   lo=0;        &#

41、160;     /讀時間隙   _nop_();   _nop_();   lo=1;             /釋放數(shù)據(jù)線，寫數(shù)據(jù)  for(i=3;i>0;i-); /延時幾us，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定  flag=lo;          /向數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)  for(i=30;i>0;i-)

42、; /延時 滿足最小讀周期  return flag;   void write_byte(uchar date) uchar i,kk;   for(i=0;i<8;i+)          kk=(date>>i)&0x01;      write_bit(kk);      uchar read_byte()   uchar i,kk; 

43、;   kk=0;   for(i=0;i<8;i+)       kk=kk+(read_bit()<<i);    return kk;void main()  while(1)        reset() ;                        

44、0;      /總線復位       write_byte(jump_ROM);        /跳躍命令       write_byte(start);                 /啟動溫度轉(zhuǎn)換       reset();   

45、0;                           /總線復位       write_byte(jump_ROM);        /跳躍命令       write_byte(read_EEROM);    /讀命令     &#

46、160; TMPL = read_byte();            /溫度低字節(jié)          TMPH = read_byte();            /高字節(jié)       temp = TMPH;               

47、;       /不考慮零下溫度        temp <<= 8;              temp = temp | TMPL;       temp = TMPL / 16 + TMPH * 16;            display（temp）；/顯示溫度    

48、    第六章 結(jié)論目前，整個溫濕度變送器完成了理論上的硬件設計和程序設計，并對部分電路進行了模擬仿真，對可能影響到變送器精度的誤差進行了簡單的分析。根據(jù)目前的設計，變送器的各項指標基本滿足了設計的要求。由于種種原因，未能對其進行硬件的整體調(diào)試。應該說整個設計還處于初級階段，離真正的溫濕度變送器的距離還很遠。光經(jīng)過理論研究和仿真模擬，而不經(jīng)過硬件實現(xiàn)，有許多問題是無法發(fā)現(xiàn)的，比如電阻實際阻值和設計標定阻值之間的誤差，干擾信號的影響，設計程序的可靠性，單片機與PC機的通信問題等等。在硬件實現(xiàn)之后，還需要對整個系統(tǒng)進行進一步的誤差分析，并在分析的基礎上對變送器進行修改

49、，因此整個設計還有許多要改進的地方。經(jīng)過這幾個月的設計研究，讓我深深地體會到課堂中所學知識的局限性，而外面的世界是多么的廣闊。在硬件設計中通過尋找所需要的芯片，了解了許多在課本上沒有的知識。而通過選擇適當?shù)男酒梢蕴岣邇x器的精度，同時又可降低設備的成本。這些都是課堂中無法學到的。而如何將課堂中所學知識應用到實際的設計研究中，也是我所需要面對的問題。通過本次畢業(yè)設計，讓我了解了設計一個儀表所需要經(jīng)歷的一些步驟，也讓我看到了目前測量儀表的發(fā)展走勢?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)有許多的智能儀表，而隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的日益成熟，全數(shù)字化的智能儀表在工業(yè)中的應用將更為廣泛。因此今后在對于智能儀表進行設計時，應更加注重儀

50、表數(shù)字功能的開發(fā)，這更加符合時代發(fā)展的潮流。第六章 結(jié)論目前，整個水溫自動控制系統(tǒng)完成了理論上的硬件設計和程序設計，并對部分電路進行了模擬仿真，對可能影響到變送器精度的誤差進行了簡單的分析。根據(jù)目前的設計，變送器的各項指標基本滿足了設計的要求。由于種種原因，未能對其進行硬件的整體調(diào)試。應該說整個設計還處于初級階段，離真正的溫濕度變送器的距離還很遠。光經(jīng)過理論研究和仿真模擬，而不經(jīng)過硬件實現(xiàn)，有許多問題是無法發(fā)現(xiàn)的，比如電阻實際阻值和設計標定阻值之間的誤差，干擾信號的影響，設計程序的可靠性，單片機與PC機的通信問題等等。在硬件實現(xiàn)之后，還需要對整個系統(tǒng)進行進一步的誤差分析，并在分析的基礎上對變送

51、器進行修改，因此整個設計還有許多要改進的地方。經(jīng)過這幾個月的設計研究，讓我深深地體會到課堂中所學知識的局限性，而外面的世界是多么的廣闊。在硬件設計中通過尋找所需要的芯片，了解了許多在課本上沒有的知識。而通過選擇適當?shù)男酒梢蕴岣邇x器的精度，同時又可降低設備的成本。這些都是課堂中無法學到的。而如何將課堂中所學知識應用到實際的設計研究中，也是我所需要面對的問題。通過本次畢業(yè)設計，讓我了解了設計一個儀表所需要經(jīng)歷的一些步驟，也讓我看到了目前測量儀表的發(fā)展走勢?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)有許多的智能儀表，而隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的日益成熟，全數(shù)字化的智能儀表在工業(yè)中的應用將更為廣泛。因此今后在對于智能儀表進行設計時，應

52、更加注重儀表數(shù)字功能的開發(fā)，這更加符合時代發(fā)展的潮流。參考資料及文獻1 德州儀器中國有限公司. MSP430F149技術(shù)手冊. 。20053 蘇鐵力等編著. 傳感器及其接口技術(shù). 北京：中國石化出版社，19984 康華光主編. 電子技術(shù)基礎.模擬部分. 第4版. 北京：高等教育出版社，2000.75 康華光主編. 電子技術(shù)基礎.數(shù)字部分. 第4版. 北京：高等教育出版社，2000.76 弘道工作室編著. 融會貫通Protel 99電路設計. 北京：人民交通出版社，20007 徐愛均編. 智能化測量控制儀表原理與設計. 北京：北京航空航天大學出版社，1996.18 丁元杰主編. 單片微機原理及應

53、用. 北京：機械工業(yè)出版社，19999 Ian R. Sinclair. Sensors and transducers. BSP Professional Books, 198810 8-bit Microcontroller with 2K Bytes Flash AT89C2051. ATMEL, 199611 Humidity Sensor HIH3610 Series. Honeywell, 200012 10-bit Digital-to-Analog Converters TLC5615. Texas Instruments Incorporated附;DS18B20獲取溫度的程

54、序代碼uchar reset() uchar flag,i;   lo=1;   lo=0;   for(i=200;i>0;i-);  /延時 802 us time=1+2*i     for(i=200;i>0;i-);   lo=1;   for(i=120;i>0;i-);/ 延時 201 us    flag=lo;   for(i=160;i>0;i-)/ 延時 321 us&#

55、160; 滿足 最小周期   return flag;void write_bit(uchar wei)  uchar i;  _nop_();            /連續(xù)寫之間最少1us回復時間   lo=1;                   lo=0;     

56、0;           /寫時間隙  _nop_();   _nop_();            /拉低至少1us   lo=wei;              /向數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)    for( i=30;i>0;i-);/滿足最小、最大寫周期

57、60;  uchar read_bit()    uchar flag,i;   _nop_();             /連續(xù)讀之間至少1us的回復時間   lo=1;   lo=0;              /讀時間隙   _nop_();   _nop_();   lo=1;             /釋放數(shù)據(jù)線，寫數(shù)據(jù)  for(i=3;i>0;i-); /延時幾us，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定  flag=lo;