基于單片機的智能熱水器控制系統(tǒng)【實用文檔】doc

基于單片機的智能熱水器控制系統(tǒng)【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載

目錄基于單片機的智能熱水器控制系統(tǒng)【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載TOC\o＂1-3”＼ｈ\z\u摘要PAGEREF_Ｔoｃ446019１98＼hIHYＰＥRＬINＫ\l”_Tｏｃ4４60191９9”AbstractPAGＥREF＿Tｏc4４6019199\hIIＨYPERLIＮK\l”_Ｔoｃ446019２０0"引言ＰAGEREF_Toc4４6019200\h1ＨＹＰＥRLIＮK\l＂＿Toc44６0１9２0１"1智能熱水器控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案PAGEＲEF_Toc446０19201\ｈ11。１方案的分析與選擇PAＧＥRＥF_Ｔoc44601９20２＼h11．２系統(tǒng)總體設(shè)計概述PＡGEREF＿Toｃ44601９203＼ｈ２ＨYPERLINＫ\l"_Toｃ4４6019２０4"1．3各功能模塊介紹PAGEＲEF_Ｔoｃ4４6019204＼h３1．３.1控制模塊PAGEREF_Toｃ446０１92０5\h３ＨＹPEＲLINK\l”_Toc44601９206”1.3。２顯示模塊０6\h31.3．3輸入模塊PAGEＲＥＦ＿Toc４４601９2０７\h５HYPEＲLINＫ\l”_Toc446019208"1。3.4其它模塊PAGERＥF_Toc4４６01９2０8\h61.4本章小結(jié)ＰAＧＥREF_Toc４4６01９209＼ｈ82硬件電路的設(shè)計與實現(xiàn)PAGEREＦ_Toc４46０1９２１0\h8ＨYPＥRＬIＮＫ\l”＿Tｏｃ4４601921１"２.1單片機最小系統(tǒng)硬件電路設(shè)計６０1921１\h82。2顯示模塊硬件電路設(shè)計ＰＡGEＲEF＿Tｏc4４6019212\h８2。３溫度傳感器DＳ１8B20電路設(shè)計PAＧEREF_Toc4４60１9213＼ｈ9ＨYPＥＲLINK\l”_Tｏc４46０1921４＂2。4電子式水位開關(guān)硬件電路設(shè)計PAGEＲＥF_Ｔoｃ４46019214\ｈ102．5時鐘芯片電路設(shè)計PAGEREＦ_Toｃ44６019２15＼h102。6聲光報警電路設(shè)計PＡＧEREＦ_Toc44６０19216＼h１1２。7按鍵設(shè)置模塊電路設(shè)計PAＧＥREF_Toc4460１9２17\h11HＹPＥRLＩＮK\l”_Toc236544383#_Toc236544383”1。2要求4HYPERLINK”file:///C:\\Documents％20and%20Settings\\Administrator\\桌面\\新建%20Microsoft％20Word％20文檔.doc”\l”_Toc236544384＃_Toc236544384”1.2。1基本要求4HYPERLINK”file:///C:\\Documents%20and％20Settings\\Administrator\\桌面\\新建%20Microsoft%20Word％20文檔.doc”\l"_Toc236544405#_Toc236544405”附錄2.源代碼191。系統(tǒng)方案選擇和論證1。1任務設(shè)計并制作一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制,以保持設(shè)定的溫度基本不變。1。2要求技術(shù)指標為-40～+100度控制精度為1度溫度檢測精度為0.5度控制對象為電爐絲加熱器，介質(zhì)為水，LED數(shù)碼直讀顯示1。3系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊分可以劃分為：溫度測量模塊，顯示電路模塊,加熱模塊,控制模塊。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。1。3.1各模塊電路的方案選擇及論證（1）控制器模塊根據(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、控制電熱絲和風扇使控制對象滿足設(shè)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(shè)定等。對控制器的選擇有以下二種方案：方案一：由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后,就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩.

方案二：由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。從以上兩種方案，很容易看出,采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。

(2)加熱裝置有效功率控制模塊根據(jù)題目，可以使用電熱爐進行加熱，控制電熱爐的功率即可以控制加熱的速度。當水溫過高時，關(guān)掉電熱爐進行降溫處理，讓其自然冷卻.在制作中,我們裝設(shè)一個小電風扇,當水溫超高時關(guān)閉電爐開啟風扇散熱,當需要加熱時開啟電爐關(guān)閉風扇.由于加熱的功率較大，考慮到簡化電路的設(shè)計,我們直接采用220V電源。對加熱裝置控制模塊有以下兩種方案：方案一：采用可控硅來控制加熱器有效功率?？煽毓枋且环N半控器件，應用于交流電的功率控制有兩種形式：控制導通的交流周期數(shù)達到控制功率的目的；控制導通角的方式控制交流功率。由交流過零檢測電路輸出方波經(jīng)適當延時控制雙向可控硅的導通角，延時時間即移相偏移量由溫度誤差計算得到。可以實現(xiàn)對交流電單個周期有效值周期性控制，保證系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。該方案電路稍復雜，需使用光耦合驅(qū)動芯片以及變壓器等器件.但該方案可以實現(xiàn)功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此響應速度快，控制精度高。方案二:采用繼電器控制.使用繼電器可以很容易實現(xiàn)地通過較高的電壓和電流,在正常條件下，工作十分可靠.繼電器無需外加光耦，自身即可實現(xiàn)電氣隔離。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。通過比較,我們選擇方案一。（3）溫度采集模塊題目要求溫度靜態(tài)誤差小于等于0。2℃方案一：利用熱電阻傳感器作為感溫元件，熱電阻隨溫度變化而變化，用儀表測量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值相應的溫度值.最常用的是鉑電阻傳感器,鉑電阻在氧化介質(zhì)中，甚至在高溫的條件下其物理，化學性質(zhì)不變。由鉑電阻阻值的變化經(jīng)小信號變送器XTR101將鉑電阻隨溫度變化的轉(zhuǎn)換為4～20mA線形變化電路，再將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，送到A/D轉(zhuǎn)換器--ADC0809。即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該方案線性度優(yōu)于0.01％。方案二:采用溫度傳感器AD590K。AD590K具有較高精度和重復性，良好的非線性保證±0.1℃方案三：采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20為數(shù)字式溫度傳感器，無需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量。可直接與單片機通信,讀取測溫數(shù)據(jù)，電路簡單?；谝陨戏治龊同F(xiàn)有器件所限,溫度采集模塊選用方案三。DS18B20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)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線（單線接口)讀寫,因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面帶來了令人滿意的效果。（4）鍵盤與顯示模塊 根據(jù)題目要求,水溫要由人工設(shè)定，并能實時顯示溫度值。對鍵盤和顯示模塊有下面兩種方案：方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏(LCD)具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍,可視面積大，畫面效果好,抗干擾能力強，并可靈活的現(xiàn)實多種狀態(tài).方案二：采用三位LED七段數(shù)碼管分別顯示溫度的十位、個位和小數(shù)位。按鍵采用單列3按鍵進行溫度設(shè)定。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化，對外界環(huán)境要求較低。同時數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。根據(jù)以上論述，51單片機資源豐富，根據(jù)需要，我們選用方案一。1.3。2系統(tǒng)各模塊的最終方案根據(jù)以上分析，結(jié)合器件和設(shè)備等因素，確定如下方案:1.采用AT89C51單片機作為控制器，分別對溫度采集、LCD顯示、溫度設(shè)定、加熱裝置功率控制。2。溫度測量模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。此器件經(jīng)軟件設(shè)置可以實現(xiàn)高分辨率測量。3。電熱絲有效功率控制采用光隔離器和雙向可控硅控制。4.顯示用LCD液晶顯示實時溫度值。系統(tǒng)的基本框圖如圖1.1所示。CPU(AT89C51）首先寫入命令給DS18B20，然后DS18B20開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后通過89S52來處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到數(shù)碼管上.另外由鍵盤設(shè)定溫度值送到單片機,單片機通過數(shù)據(jù)處理發(fā)出溫度控制信息到繼電器。OutputOutputLED數(shù)碼管繼電器DS18B20鍵盤輸入AT89C52Input1.1系統(tǒng)基本框圖2．系統(tǒng)硬件設(shè)計2。1溫度采集部分設(shè)計本系統(tǒng)采用半導體溫度傳感器作為敏感元件.傳感器我們采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實現(xiàn)對溫度的采集和轉(zhuǎn)換，DQ接上拉電阻，與單片機P2.6口相連，直接與單片機通訊，大大簡化了電路的復雜度.DS18B20的測溫電路如圖2.1所示.圖2。1DS18B20測溫電路2.2矩陣鍵盤的設(shè)計由于控制鍵位較多,方便程序設(shè)計，硬件安全可靠，我們設(shè)計4×4矩陣鍵盤，與單片機P1口相連，電路如圖2。2所示。圖2.2矩陣鍵盤電路2。3液晶顯電路我們用單片機P0口作為1602的數(shù)據(jù)傳輸口，P2.0為數(shù)據(jù)命令選擇端、P2.1讀寫、P2。2使能端。硬件電路如圖2。3所示。圖2。3液晶硬件電路圖2.4水溫升溫將溫控制。本設(shè)計中涉及到了強電部分,因此對電爐的控制我們用moc3041和bt13電路如圖2。4，對風扇我們采用繼電器，電路如圖2.5。圖2.4電爐控制圖圖2。5風扇電路圖3．系統(tǒng)軟件設(shè)計3。1讀取DS18B20溫度模塊子程序每次對DA18B20操作時多要按造DS18B20工作過程中的協(xié)議進行。初始化—〉RoM操作命令->存儲器操作命令->處理數(shù)據(jù)程序流程圖如圖3。1所示。3.2數(shù)據(jù)處理子程序由于DS18B20轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行數(shù)據(jù)處理.由于本程序采用的是0.0625的精度，小數(shù)部分的值,可以用后四位代表的實際數(shù)值乘以0。0625，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個小數(shù)位，所以采取四舍五入,保留一位小數(shù)即可。也就說，本系統(tǒng)的溫度精確到了0。1度。首先程序判斷溫度是否是零下,如果是,則DS18B20保存的是溫度的補碼值,需要對其低8位（LSByte）取反加一變成原碼。處理過后把DS18B20的溫度復制到單片機的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的Hex碼了，然后轉(zhuǎn)換Hex碼到BCD碼,分別把小數(shù)位，個位，十位的BCD碼存入RAM中。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖3。2所示。開始開始開始初始化DS18B20存在？ROM操作命令存儲操作命令讀取溫度值返回是否圖3。1讀取DS18B20溫度子程序流程圖返回返回數(shù)據(jù)傳遞溫度是否為負？BCD碼轉(zhuǎn)換求補運算圖3。2數(shù)據(jù)處理子程序流程圖3.3鍵盤掃描子程序設(shè)置上下限報警溫度設(shè)置上下限報警溫度開始鍵盤掃描功能鍵是否按下？是主函數(shù)否圖3。3鍵盤子程序流程圖3。4主程序流程圖總模塊流程圖如圖3。4所示。本軟件設(shè)計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。初始化開始數(shù)據(jù)處理顯示子程序鍵盤掃描子程序繼電器可控硅初始化開始數(shù)據(jù)處理顯示子程序鍵盤掃描子程序繼電器可控硅ds18b20是否存在是顯示上次數(shù)值否溫度是否高于設(shè)置溫度是否風扇電爐4。系統(tǒng)測試4.1靜態(tài)溫度測試測試方式：由于條件的限制，采用模擬加熱方式進行測試.測量儀器:空調(diào)溫度顯示屏測試結(jié)果如表4。1所示：表4.1測試結(jié)果數(shù)據(jù)標準溫度/℃2022252728測量溫度/℃19。822.124.726。827。6誤差/℃0.20.10。30.20。44。2動態(tài)溫控測量測試方式:加熱方式用體溫對傳感器DS18B20進行加熱。設(shè)定控制溫度,記錄超調(diào)溫度，穩(wěn)態(tài)誤差。超調(diào)溫度與加熱的功率有關(guān),這里不再測量.測量儀器：空調(diào)溫度顯示屏測量結(jié)果如表4。2所示：表4.2測試結(jié)果數(shù)據(jù)設(shè)定溫度/℃29303335超調(diào)溫度/℃1。30.91。10。6穩(wěn)態(tài)誤差/℃0。20。40.20.44。3結(jié)果分析有以上的測量結(jié)果可見，系統(tǒng)基本上達到了所要求的指標，靜態(tài)測溫的精度主要由DS18B20來決定。在控溫指標中，影響系統(tǒng)的性能的因素很多。最關(guān)鍵的是加熱系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)及控制算法。由于條件的限制，在本設(shè)計中采用體溫進行測試.附錄1。參考文獻[1］劉勇編數(shù)字電路電子工業(yè)出版社2004[2]陳正振編電子電路設(shè)計與制作廣西交通職業(yè)技術(shù)學院信息工程系2007［3]楊子文編單片機原理及應用西安電子科技大學出版社2006王法能編[4］單片機原理及應用科學出版社2004[5]全國大學生電子設(shè)計競賽培訓系列教程高吉祥主編附錄2。源代碼#defineucharunsignedchar＃defineuintunsignedintunsignedcharkey_value;//bitdir=1;unsignedcharpwm=30;floattemperature；unsignedcharkey_value;//存放鍵盤返回floattemperature;unsignedchart[2］，＊pt//用來存放溫度值，測溫程序就是通過這個數(shù)組與主函數(shù)通信的ucharkey_flag=0；//定義有鍵按下的標志＃include"reg52.h”#include”user.h"#include"hardware.c”＃include”lcd.c”#include”ds18b20.h"＃include"key。c"voidmain（){LCD_Initial（);sys_init（);setds18b20（TH，TL,RS);//設(shè)置上下限報警溫度和分辨率delay_18B20(100）;Init_DS18B20(）；while（1){pt=ReadTemperature（);//讀取溫度，溫度值存放在一個兩個字節(jié)的數(shù)組中，temper_LCD()；//實測溫度轉(zhuǎn)化為ACSII碼,并送液晶顯示緩沖區(qū)LCD_Print(0,0,TempBuffer0）;LCD_Print(0,1,TempBuffer1);key_value=kbscan();if(key_flag==1)｛key_value=kbscan（）;key_command(key_value);alarm=1；delay_20ms(20）;alarm=0;｝elsealarm=0；useralarm(）；｝｝voidtimer1（void)interrupt3｛TH1=（65536-pwm＊100）/256；TL1=（65536—10000）%256;｝＃include〈intrins。h>//液晶顯示程序//PortDefinitions****＊**＊*＊＊＊＊＊*＊*＊＊＊＊**＊＊＊＊＊＊*＊*＊*＊*＊*＊＊**＊＊*＊**＊＊*＊＊*****sbitLcdRs=P2^0;sbitLcdRw=P2^1;sbitLcdEn=P2^2；sfrDBPort=0x80;//P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0，P3=0xB0。數(shù)據(jù)端口voidlcd_delay（unsignedchart){unsignedchari，j;for（i=0；i〈t；i++）for(j=0;j〈100;j++);｝//內(nèi)部等待函數(shù)voidLCD_Wait（void）//讀忙狀態(tài){LcdRs=0；LcdRw=1;}//向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)#defineLCD_COMMAN0//Command＃defineLCD_DATA1//Data#defineLCD_CLEAR_SCREEN0x01//清屏＃defineLCD_HOMING0x02//光標返回原點voidLCD_Write（bitstyle，unsignedcharinput）//寫數(shù)據(jù)1/命令0{LcdRs=style;LcdRw=0;DBPort=input;LcdEn=1；lcd_delay(10）；LcdEn=0;LCD_Wait(）；//設(shè)置顯示模式＃defineLCD_SHOW0x04//顯示開＃defineLCD_HIDE0x00//顯示關(guān)#defineLCD_CURSO0x02//顯示光標＃defineLCD_NO_CURSOR0x00//無光標＃defineLCD_FLASH0x01//光標閃動＃defineLCD_NO_FLASH0x00//光標不閃動//設(shè)置輸入模式＃defineLCD_AC_UP0x02＃defineLCD_AC_DOWN0x00//default＃defineLCD_MOVE0x01//畫面可平移＃defineLCD_NO_MOVE0x00//default//初始化LCDvoidLCD_Initial（void）//初始化LCD{LCD_Write（0,0x38);//8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示，5*7點陣lcd_delay（300）；LCD_Write(0，0x0c）;//顯示模式LCD_Write(0,0x01）；//清屏LCD_Write(0，0x06）;//輸入模式｝//＊*＊＊**＊*＊*＊＊*＊*＊＊＊＊＊＊＊＊*＊**＊＊*＊＊*＊*＊*＊＊*＊*＊*＊*＊＊＊＊*＊＊＊**＊＊＊＊＊*＊*＊******＊voidGotoXY(unsignedcharx，unsignedchary）{EA=0;if(y==0)LCD_Write(0，0x80|x）；if(y==1）LCD_Write（0，0xc0|x)；EA=1；｝//輸出字符串voidPrint(unsignedchar*str）{EA=0;while（＊str！='\0’)LCD_Write(1，＊str++);EA=1；｝voidLCD_Print(unsignedcharx，unsignedchary，unsignedchar*str）｛EA=0；GotoXY（x,y）；Print(str）;EA=1；}//hardware.c硬件程序sbitalarm=P2^5；sbithot=P2^7;sbitcold=P2^4;voidsys_init（void）｛/＊EA=1;ET1=1；TMOD=0X01;TH1=15536/256;TL1=15536％256;TR1=1;＊/alarm=0;cold=0；hot=0;}/////////////////////矩陣鍵盤程序＃include<string.h〉charcodetab[4］［4］=｛｛'。',1,4,7}，//7，8,9，EUP｛0,2,5，8}，//4,5,6，Ddown｛’F’,3，6，9},//1，2,3，CSET｛'B’,’C'，'D'，’E'｝｝;//0到F的16個鍵植//A.，0,F+/-,BOKvoiddelay（unsignedchara)｛unsignedchari；while（a—-)for(i=100；i〉0;i--）;}unsignedcharkbscan（）//鍵盤掃描｛unsignedcharhang,lie，key；key_flag=0;P1=0x0f;if（P1！=0x0f）｛delay（10)；if（P1！=0x0f)｛alarm=1;delay_20ms（3);alarm=0；key_flag=1；P1=0x0f;switch(P1＆0x0f)｛case0x0e:lie=0;break;case0x0d:lie=1；break;case0x0b：lie=2；break;case0x07：lie=3；break；}P1=0xf0;switch(P1&0