水温加热控制系统--学年论文.doc

学年论文题目： 水温加热控制系统 作者： 所在学院： 专业年级： 指导教师： 职称： 2016 年 12 月 23日课程论文（设计）、学年论文评分表题 目作 者专业年级指导教师指导教师评语及评分建议 指导教师： 年 月 日院（部）或教研室意见 学院或教研室主任： 年 月 日目录1. 前言 . 52. 要求 . 62.1功能 . 62.2要求 . 6 3. 实现思路 . 73.1方案分析. 73.2 元件简介.73.2.1 STC89C51. 73.2.2 最小系统. 83.2.3 八段LED数码管. 93.3硬件连接. 103.4.加热控制模块框图. 114. 结论 . 134.1问题总结. 134.2体会. 13附录 . 14 摘要 本次设计的主要目的是实现对温度的控制，其主要思路是通过温度传感器感应物体温度，送到单片机处理，再由单片机一方面控制LED显示出来，另一方面控制加热的通断。本次设计分2个功能模式进行，功能1为键盘设定温度，然后水温通过加热棒升温，达到设定温度，并通终维持在设定温度左右。功能2为键盘设定加热时间，然后启动定时器，水温通过加热棒升温，直到定时器完成计时。 1.前言随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温控系统发展的主流方向，特别是今年来，温度控制系统已应用到生活的各个方面。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一。物理、化学、生物等学科都离不开温度，在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过渡状态的重要物理量。各行各业对温度的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用越来越广泛，各种试用于不同场和的温度控制器应运而生。2.要求 一、功能设计并制作一个水温自动控制系统，控制水温的范围在0100摄氏度内，能实现在控制范围内对温度的自动控制，并保持设定的温度基本保持不变；也可以设定定时加热。二、要求（1）可键盘设定控制温度值，设定最小分辨率为1；（2）实时测量并显示实际温度。温度测量误差在0.5 内；（3）水温控制系统具有全量程（0100）内的升温功能；（4）任意设定一个温度值，控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。 （5）可键入加热时长，实现定时加热，完成加热自动控制。 3.实现思路3.1硬件分析本次设计主要版块分为温度感应模块，温度显示模块，键盘设定模块，定时模块和加热控制模块。 1.温度感应模块 使用温度传感器18B20感应温度，由于该温度传感器内含AD转换器，因此连接简单，应用方便 2.温度显示模块 使用动态显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。硬件上连接简单，所需元件少。3.键盘设定模块使用键盘扫描法，通过矩阵键盘，求出设定的数值，由于该方案具有扫描功能，因此在不使用中断的情况下，使用键盘扫描程序是十分恰当的，本次设计采用的是键盘扫描程序。3.2原件简介3.2.1 STC89C51STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，STC89C2051是它的一种精简版本。STC89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式3.2.2最小系统最小系统构成的基本条件是1.电源STC89C51单片机的电压为4.0V-5.5V。我们采用电脑的USB进行供电，电脑以及手机充电器一般输出电压为5V，可以为单片机正常供电。2.晶振 晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。本系统主要采用的是11.05926M晶振，配合2个30pF的电容构成晶体振荡电路。3复位为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。 最小系统连接图3.2.2 八段LED数码管显示电路主要采用4位共阳8段数码管，采用动态扫描方式显示。其原理图如下所示。数码管主要有共阳、和共阴两种类型。在这里我们先用的是共阳数码管，主要是由于单片机I/0的驱动能力有限，无法直接驱动4位8段数码管，所以必须采用共阳的数码管，并接上四个三极极管8550。八段数码管连接图3.3.硬件连接 硬件总体框图为：LED显示屏 温度传感器 1 8B20 单片机继电器 五个独立键盘加热棒 加热水本次设计硬件用到了单片机STC89C52、温度传感器DS18B20、加热棒、四位ED数码管、独立键盘、SSR固态继电器等。单片机STC89C52是常用的单片机之一，单片机上有32个P口，其中P0、P1、P2、P3各8个。温度传感器DS18B20接到单片机的一个P口上，本次设计是P2.1，因为温度传感器DS18B20可以直接将数据传输给单片机，因此可直接连接。四位ED能显示两位整数，两位小数，用来显示温度够用。五个独立键盘，分别表示加，减，开始，暂停，定时。通过将5个出线端接到P3.3-P3.7口上，然后通过P3口控制键盘，键盘的按下将P3口对应位电压拉低，从而被单片机检测到。固态继电器SSR是一种动作时间比较快的继电器，有4个接口，2端接5V电压，2端接加热棒。3.3.加热控制模块框图 开始检测value若value=2若value=若value=0显示定时扫描键盘比较温度控制继电器键盘输入设定温度值若value=1键盘输入定时扫描键盘显示温度扫描键盘显示键值令value=3 检测value的值 4.结论4.1问题总结本次设计的功能板块分为四块，分别是温度传感器感应模块、键盘输入模块、E显示模块、控制温度模块。调试过程中，出现过不少问题，诸如：1. 发现温度传感器的温度并不能有效地显示在LED上原因：温度传感器的程序有问题，延时没有用好。解决方法：修改DS18B20中的延时程序。2. 发现键盘的数字按下后，数码管没有显示。原因：程序中键盘的扫描程序没有显示函数，按下键时，程序在键盘函数中停留。解决方法：在键盘读取函数的延时中加显示函数。4.2体会本次设计的题目是水温加热控制系统，其主要思想是将水温控制在某一个设定的温度左右，误差不超过1度。本次设计历时4周左右，花费了大量的精力和时间，可以说其中包含了诸多的汗水和付出。通过网上查找资料和不停地写程序调试，既增长了知识，又增加了经验。其过程中有苦有甜。最后感谢学院提供的实验条件和老师的辛苦指导。 参考文献1 汪烈军，贾振红，冯龛等.单片机原理与应用 西安：西安交通大学出版社.2012 2 徐惠民，安德宁单片微型计算机原理接口与应用第1版M 北京：北京邮电大学出版社，19963夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001附录程序#include #define uchar unsigned charunsigned char table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;char value=1,count=1,time_0=0; char second=59;void delay2(unsigned char t); /带显示延时void display_time();void display();sbit DQ=P20; /数据传输线接单片机的相应的引脚 sbit P21=P21; /继电器sbit cnt1=P37; /按键定时加1sbit cnt0=P36; /按键定时减1sbit start=P35; /按键开始sbit stop=P34; /按键暂停sbit time=P33; /定时设置void delay(unsigned char t) /延时函数 while(t-0) ;void delay2(unsigned char t) /按键时带显示温度延时 while(t-0)display();void delay3(unsigned char t) /按键时带显示定时延时 while(t-0)display_time();/*各类函数模块*/void keyboard()/状态按键- start ,stop,time if(start=0)delay2(200);if(start=0)value=0; if(stop=0) delay2(200);if(stop=0)value=1; if(time=0) delay2(200);if(time=0)value=2; void keyboard_cnt() /温度设置按键if(cnt1=0)delay2(200);if(cnt1=0)if(count1)-count;else count=99; void keyboard_time() /定时设置按键if(cnt1=0)delay3(200);if(cnt1=0)if(time_01)-time_0;else time_0=59; void display() /键盘输入的温度显示-温度为正整数P1=0xfd;P0=tablecount%10;delay(50);P1=0xfe;P0=tablecount/10;delay(50);void display_time() /键盘输入的时间显示-时间为整分钟P1=0xfd;P0=tabletime_0%10;delay(50);P1=0xfe;P0=tabletime_0/10;delay(50);/*DS18B20模块程序*/#define uchar unsigned charunsigned char seg7code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /不带小数点的共阳数码管段码unsigned char seg7codeB=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; /带小数点的共阳数码管段码unsigned char tempL=0,tempH=0,sdata,xiaoshu1;xiaoshu2;void delay1(uchar i) /嵌套循环延时函数uchar j,k; for(j=i;j0;j-)for(k=125;k0;k-);void Init_DS18B20(void) /DS18B20 的初始化unsigned char x=0;DQ=0; /发送复位脉冲 delay(80); /延时（480us) DQ=1; /拉高数据线 delay(5); /等待（1560us) while(DQ=1);while(DQ=0);delay(20); /读一个字节ReadOneChar() /主机数据线先从高拉至低电平1us以上，产生读时隙，15us内使数据线升为高电平，从而产生读信号unsigned char i=0; /每个读周期最短的持续时间为60us，各个读周期之间必须有1us以上的高电平恢复期unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) /一个字节有8位 DQ=1; delay(1); /把数据线从高电平拉至低电平DQ=0;dat=1; DQ=1; if(DQ) dat|=0x80; delay(4); return(dat);/写一个字节void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; /数据线从高电平拉至低电平，产生写起始信号。15us之内将所需写的位送到数据线上，for(i=8;i0;i-) /在1560us之间对数据线进行采样，如果是高电平就写1，低写0发生。 DQ=0; /在开始另一个写周期前必须有1us以上的高电平恢复期。 DQ=dat&0x01; delay(5); DQ=1; dat=1; delay(4);/读温度值（低位放tempL;高位放tempH;）void ReadTemperature() Init_DS18B20(); /初始化WriteOneChar(0xcc); /跳过读序列号的操作 ，写入0XCC跳过ROM 命令WriteOneChar(0x44); /启动温度转换 ，写入0X44为温度转换命令delay(125); /转换需要一点时间，延时 Init_DS18B20(); /初始化WriteOneChar(0xcc); /跳过读序列号的操作 WriteOneChar(0xbe); /读温度寄存器（头两个值分别为温度的低位和高位） 写入0XBE为读暂存器命令tempL=ReadOneChar(); /读出温度的低位LSBtempH=ReadOneChar(); /读出温度的高位MSB/对读取的温度进行处理，tempL的低四位为小数，2的负指数次；tempH的高五位为符号位，正温度为0，负温度为1；sdata = tempL/16+tempH*16; /整数部分xiaoshu1 = (tempL&0x0f)*10/16; /小数第一位xiaoshu2 = (tempL&0x0f)*100/16%10;/小数第二位/温度处理的范围为1-99摄氏度，由于是水温加热，温度为负数和超过100度不予考虑/温度显示函数void Led(unsigned int date) P1=0xfe; /P1.0=0，选通第一位P0=seg7codedate/10; delay1(5);P0=0xff; P1=0xfd; /P1.1=0,选通第二位，个位数P0=seg7codeBdate%10;delay1(5);P0=0xff; P1=0xfb; /P1.3=0,选通第三位，小数点第一位P0=seg7codexiaoshu1;delay1(5);P0=0xff; P1=0xf7; /P1.3=0,选通第四位，小数点第二位P0=seg7codexiaoshu2;delay1(5);P0=0xff; /*定时模块*/void timer(char minute)/定时器函数unsigned int t=0; P21=0;while(value=2)if(-second1) /最大定时为59分钟second=59;if(-minute0) /定时的分钟为-1时，关闭继电器，改变value 的值，跳出函数P21=0;value=3; TMOD=0x20; /8位自动重装定时器，每200us溢出一次TH1=0x38;TL1=0x38;TR1=1;do /溢出一次显示一位时间，4次显示约0.8ms，既do_while语句每1ms判断一次条件keyboard();P1=0xff; P0=0xff;while(TF1=0) P1=0xf7; P0=tablesecond%10; TF1=0;P1=0xff; P0=0xff; while(TF1=0)P1=0xfb; P0=tablesecond/10;TF1=0;P1=0xff; P0=0xff;while(TF1=0)P1=0xfd; P0=seg7codeBminute%10; /点小数点的显示TF1=0;P1=0xff; P0=0xff;while(TF1=0)P1=0xfe; P0=tableminute/10;TF1=0; P1=0xff; P0=0xff; while(+t1000|(value=1); /当按下暂停键或计时一秒跳出循环 /*主函数模块*/ void main() char n;P21=1; /初始状态关闭继电器while(1)keyboard();/读取状态控制键盘的值start,stop,time的按键情况while(value=0)while(count/sdata)=1)&(value=0) /如果设置温度count大于读取温度stada且start有效时 /开启继电器，读取温度，显示温度，扫描键盘P21=0;ReadTemperature();Led(sdata); keyboard();P21=1;/否则关闭继电器-当温度达到时，不会跳出循环，继续读取温度，显示温度，扫描键盘ReadTemperature();Led(sdata); keyboard(); second=59; /每次按下start时将second置成59，启用定时时有用 while(value=1) /按下stop 键，暂停继电器，显示温度键盘输入，扫描状态键盘输入和温度设置键盘输入 P21=1; display();/显示输入的温度keyboard();keyboard_cnt();/扫描温度加减控制 while(value=2) /定时按键 do keyboard_time();/扫描定时加减控制 keyboard(); display_time(); /显示输入的定时时间while(value!=0);/等待开始键按下，在开始键按下前用户输入定时时间value=2;n=time_0-1;timer(n);/调用定时函数while(value=3) /当计时完成时，关闭加热，显示当时水温P21=1;ReadTemperature();Led(sdata); keyboard(); 1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现