水温控制系统.doc

nbsp;  
姓    名：             王  炜              
学    号：            04610122              
指导老师：            余 水 宝              
成    绩： 11 自己的东西少，格式也欠规范        

( 2007.1 )

目 录

第1节  引 言……………………………………………………………………………3
1.1 水温控制系统概述……………………………………………………………3
1.2 本设计任务和主要内容………………………………………………………3
第2节  系统主要硬件电路设计………………………………………………………4
2.1  单片机控制系统原理…………………………………………………………4
2.2  温度采样电路…………………………………………………………………4
2.2.1温度传感器的选取……………………………………………………4
    2.2.2温度传感器AD590……………………………………………………5
    nbsp;   2.2.3电路原理及参数计算…………………………………………………5
2.2.4 ADC0804性能描述……………………………………………………5
2.3  温度控制电路…………………………………………………………………5
2.4  主机控制部分…………………………………………………………………6
2.5  键盘及数字显示部分…………………………………………………………6
第3节  系统软件设计…………………………………………………………………8
    3.1 主程序流图……………………………………………………………………8
3.2 主程序…………………………………………………………………………8
3.3 键盘和数字显示流程图………………………………………………………14  
3.4 键盘显示程序…………………………………………………………………14

第4节  结束语…………………………………………………………………………23

参考文献…………………………………………………………………………24

基于单片机的水温控制系统
数理与信息工程学院   电信041班  王炜
指导教师：余水宝  
第1节     引  言
在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。
但是利用AT89C51单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。
1.1 水温控制系统概述
   能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的截流角度出发，节省电能，保护环境。
1.2 本设计任务和主要内容
设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。
本设计主要内容如下：
　 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
　　（2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。
　　（3）用十进制数码管显示水的实际温度。
　　（4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
　　（5）温度控制的静态误差≤0.2℃。

第2节    系统主要硬件电路设计
2.1  单片机控制系统原理

图2-1  单片机控制系统原理框图
2.2 温度采样电路
系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。如图：2-2

      nbsp;             图2-2 信号采集电路
2.2.1 温度传感器的选取
目前市场上温度传感器较多，有以下几种：
方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好，但其成本较高。
方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。
方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃。此器件具有体积小、质量轻、线形
度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。
  比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。
2.2.2 温度传感器AD590
测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃ 。AD590为电流型传感器温度每变化1℃其电流变化1uA在35℃和95℃时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。
2.2.3电路原理及参数计算
温度采样电路的基本原理是采用电流型温度传感器AD590将温度的变化量转换成电流量，再将电流量转换成电压量通过A/D转换器ADC0804将其转换成数值量交由单片机处理。
2.2.4 ADC0804性能描述
ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在0—5v，转换速度小于100us，转换精度0.39﹪。满足系统的要求。
如图2-3 A/D转换电路
图2-3 A/D转换电路
由于系统控制的水温范围为35℃--95℃,所以当输出电压为零伏时AD590的输出电流为308.2uA,因此为了使Ui的电位为零就必须使电流等于电流等于308.2uA, 三端稳压7812的输出电压为12v所以取电阻R2=30k , R1=10k的电位器。又由于ADC0804的输入电压范围为0—5v ，为了提高精度所以令水温为95℃时
ADC0804的输入电压为5v（即
Uo=5v）。当水温为95℃时AD590的输出电流为368.2uA。因此取R5=81k , R5=5k的电位器。
2.3 温度控制电路
此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100Ω电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。控制部分电路图 如图2-4 部分控制电路。

                       如图 2-4 部分控制电路

2.4主机控制部分
此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。如图2-5 主机控制部分

                         如图2-5 主机控制部分
2.5键盘及数字显示部分
在设计键盘/显示电路时，我们使用单片机2051做为电路控制的核心，单片机2051具有一个全双工的串行口采用串口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。键盘/显示接口电路如图2-6。
图3-4-1中单片机2051的P1口接数码管的8只引脚，这样易于对数码管的译码，使数码管能显示设计者所需的各数值、小数点、符号等等。
单片机2051的P3.3、P3.4、P3.5接3-8译码器74L138，译码器的输出端直接接八个数码管的控制端和键盘，键盘扫描和显示器扫描同用端口这样能大大的减少单片机的I/O，减少硬件的花费。

                 图2-6 键盘/显示部分电路

键盘的接法的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机2051的端口资源有限，所以我们在设计中将传统的4*4的键盘接成8*2的形式（如图2-7），键盘的扫描除了和显示共用的8个端外，另外的两个端直接和2051的P3.2和P3.7相连。

图2-7键盘接线
如图2-7的接法已经完全用完了单片机的15个I/O口，有效的利用了单片机的资源。

第3节   系统的软件设计
3.1 系统主程序设计                        
开机 机
系统初始化
显示清零，各记数指针清零
，设定定时器及中断
否
是
调用相应的中断程序
判断是否有中断？
PID
算法
PWM
波产生
接收及发射串
显示数据
PC机通信
子程序
 图3-1主程序流程图

各类数值转
换子程序

3.2 主程序
主程序如下：ORG 0000H
    AJMP START   ;主程序
    ORG 000BH
    AJMP TIM0    ;T0中断子程序
    ORG 0023H
    AJMP RT    ;串口中断接受子程序
    ORG 0100H
START:MOV 50H,#00H      ;初始化设定温度
     MOV 51H,#00H
     MOV 52H,#00H
     MOV 53H,#00H
     MOV 54H,#0C6H     ;发送第5个数码管字形码“C”
     MOV TMOD,#01H   ;T0工作在MODE1
     MOV TH0,#0ECH  ;晶振12M，50ms中断一次
     MOV TL0,#78H
     SETB TR0
     MOV TMOD,#20H    ;T1工作在MODE2
     MOV TH1,#0E6H    ;设波特率
     MOV TL1,#0E6H
     SETB TR1
     MOV SCON,#50H
     MOV IE,#92H      ;允许T0,RI中断
     MOV R6,#04H      ;初始要接收的数据个数
     MOV R1,#50H      ;初始要接收数据的起始地址
     MOV R4,#00H

REY:  MOV A,53H
     CJNE A,#00H,YES
     SJMP REY

YES:  MOV R3,#00H
YES1: CLR P20    ;开始AD转换
     CLR P3.6
     SETB P3.6
     ACALL DELAY
J1:   MOVX A,@R0
     ACALL SJCL     ;调用数据处理子程序
     ACALL DISP
     DJNZ R3,MM
     ACALL FS            ;调用串口发送子程序
     AJMP YES
MM:   AJMP YES1

SJCL:MOV B,#60
    MUL AB
    MOV 61H,A
    MOV A,B
    ADD A,#35
    ACALL L10
    MOV 60H,R5          ;存十进制高八位  （个位和十位）
    MOV A,61H
    MOV B,#9
    MUL AB
    MOV 61H,B           ;存十进制低八位   （小数点）
    RET

L10: CLR C
    MOV R5,#00H   ;初始化十进制转换的地位寄存器
    MOV R4,#08H   ;调整次数
NEXT:RLC A
    MOV R2,A
    MOV A,R5
    ADDC A,R5
    DA A
    MOV R5,A
    MOV A,R2
    DJNZ R4,NEXT
    RET

DISP:
    MOV A,60H
    ANL A,#0F0H             ;取D2的显示数据存入70H
    SWAP A
    MOV 70H,A
    MOV A,60H
    ANL A,#0FH              ;取D1的显示数据存入71H
    MOV 71H,A
    MOV 72H,61H             ;取D0的显示数据存入72H
    MOV R0,#70H             ;取相应的字形码分别存入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字形码上加小数点
    MOV 56H,A
    RET

FS: MOV AR0
   PUSH ACC
   MOV TMOD,#20H
   MOV TH1,#0E6H
   MOV TL1,#0E6H
   SETB TR1
   MOV SCON,#50H
   MOV R0,#54H               ;设定发送起始地址
   MOV R7,#04H
LOOP:MOV SBUF,@R0

    JNB TI,$
    CLR TI
    INC R0
    DJNZ R7,LOOP
    POP ACC
    MOV R0,A
    RET

    ;串口中断接受子程序
RT: PUSH ACC
    PUSH PSW
    CLR ET0
    CLR ES
SJ: MOV @R1,SBUF
    INC R1
    CJNE R4,#03H,MOVE
    SJMP MOVE1
MOVE :INC R4
      CLR RI

    JNB RI, $
MOVE1:DJNZ R6,SJ
    MOV R4,#00H
    MOV R1,#50H  ;重置接收起始地址
    MOV R6,#04H  ;重置接收个数
    SETB ET0
    SETB ES
    POP PSW
    POP ACC
    RETI

;T0中断子程序
TIM0: PUSH ACC
     PUSH PSW
     MOV TH0,#0ECH  ;重设中断时间
     MOV TL0,#78H
     CLR C
     ;ACALL JS
     MOV A,51H
     CJNE A,70H,Q1    ;最高位比
     SJMP Q2
Q1:   JC OFF
     SJMP ON
Q2:   MOV A,52H
     CJNE A,71H,Q3
Q3:   JC OFF
ON:   CLR P1.4
     CLR P1.2
RE:   POP PSW
     POP ACC
     RETI
OFF:  SETB P1.4
     SETB P1.2
     SJMP RE

DELAY:MOV R7,#50
     DJNZ R7,$
      RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H

3.3键盘显示程序
开机 机
系统初始化
显示清零，各记数指针清零
否
是
消除颤抖
判断是否有键按下？
设定水温
显示温度
确定单步
清零
取消输出
1
2
3
4
5
 图3-2键盘显示程序流图
输出

65

3.4 键盘显示程序
键盘显示程序如下：
FLAGA BIT 4EH
       FLAGB BIT 4FH
       ORG   00H
       JMP   START
       ORG   23H
       JMP   UARTI
START:  CLR   FLAGA
       CLR   FLAGB
       MOV   30H,#07H  ;系统显示
       MOV   31H,#07H  ;PPPPPPPP
       MOV   32H,#07H
       MOV   33H,#07H
       MOV   34H,#07H
       MOV   35H,#07H
       MOV   36H,#07H
       MOV   37H,#07H
       MOV   R1,#90H
       MOV   R0,#50H
PP:     CLR   P3.3       ;P3.5P3.4P3.3=000
       CLR   P3.4
       CLR   P3.5
       MOV   A,30H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.3       ;001
       MOV   A,31H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.4       ;010
       CLR   P3.3
       MOV   A,32H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.3       ;011
       MOV   A,33H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.5       ;100
       CLR   P3.4
       CLR   P3.3
       MOV   A,34H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.3       ;101
       MOV   A,35H
       MOV   P1,A
       SETB  P3.4       ;110
       CLR   P3.3
       MOV   A,36H
      nbsp;MOV   P1,A
       SETB  P3.3       ;111
       MOV   A,37H
       MOV   P1,A
       DJNZ  R0,PP
       MOV   R0,#0FFH
       DJNZ  R0,$
       DJNZ  R1,PP      ;系统显示

       MOV   SCON,#52H  ;串行口方式2，允许接收，初态TI=1

       MOV   30H,#0FH  ;0
       MOV   34H,#0FH
       MOV   33H,#93H   ;C
       MOV   37H,#93H
Z1:     CLR   P3.3       ;000
       CLR   P3.4
       CLR   P3.5
       MOV   A,30H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z11
       ACALL DELAY      ;JIAN CHU LI
       JNB   P3.2,$
       SETB  FLAGA
       JMP   Z2
Z11:    JB    P3.7,Z2
       ACALL DELAY      ;JIAN CHU LI
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z2
       JB    FLAGB,Z12
       MOV   31H,#0C0H   ;
       MOV   R0,#0
       SETB  FLAGB
       JMP   Z2
Z12:    MOV   32H,#0C0H  ;
       MOV   R1,#0
       CLR   FLAGB
Z2:     SETB  P3.3       ;001
       MOV   A,31H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z21
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.2,$
       JNB   FLAGA,Z3
       JB    FLAGB,Z22
       MOV   31H,#0F9H   ;
       MOV   R0,#1
       SETB  FLAGB
       JMP   Z3
Z22:    MOV   32H,#0F9H    ;
       MOV   R1,#1
       CLR   FLAGB
       JMP   Z3
Z21:    JB    P3.7,Z3
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z3
       JB    FLAGB,Z23
       MOV   R0,#2
       MOV   31H,#0A4H    ;
       SETB  FLAGB
       JMP   Z3
Z23:    MOV   32H,#0A4H    ;
       MOV   R1,#2
       CLR   FLAGB
Z3:     SETB  P3.4       ;010
       CLR   P3.3
       MOV   A,32H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z31
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.2,$
       JNB   FLAGA,Z4
       JB    FLAGB,Z32
       MOV   31H,#0B0H     ;
       MOV   R0,#3
       SETB  FLAGB
       JMP   Z4
Z32:    MOV   32H,#0B0H     ;
       MOV   R1,#3
       CLR   FLAGB
       JMP   Z4
Z31:    JB    P3.7,Z4
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z4
       JB    FLAGB,Z33
       MOV   31H,#99H  ;
       MOV   R0,#4
       SETB  FLAGB
       JMP   Z4
Z33:    MOV   32H,#99H    ;
       MOV   R1,#4
       CLR   FLAGB
Z4:     SETB  P3.3       ;011
       MOV   A,33H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z41
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.2,$
       JNB   FLAGA,Z5
       JB    FLAGB,Z42
       MOV   31H,#92H       ;
       MOV   R0,#5
       SETB  FLAGB
       JMP   Z5
Z42:    MOV   32H,#92H      ;
       MOV nbsp; R1,#5
       CLR   FLAGB
       JMP   Z5
Z41:    JB    P3.7,Z5
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z5
       JB    FLAGB,Z43
       MOV   31H,#82H      ;
       MOV   R0,#6
       SETB  FLAGB
       JMP   Z5
Z43:    MOV   32H,#82H     ;0
       MOV   R1,#6
       CLR   FLAGB
Z5:     CLR   P3.3       ;100
       CLR   P3.4
       SETB  P3.5
       MOV   A,34H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z51
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.2,$
       JNB   FLAGA,Z6
       JB    FLAGB,Z52
       MOV   31H,#0F8H   ;
       MOV   R0,#7
       SETB  FLAGB
       JMP   Z6
Z52:    MOV   32H,#0F8H   ;
       MOV   R1,#7
       CLR   FLAGB
       JMP   Z6
Z51:    JB    P3.7,Z6
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z6
       JB    FLAGB,Z53
       MOV   31H,#80H
       MOV   R0,#8
       SETB  FLAGB
       JMP   Z6
Z53:    MOV   32H,#80H
       MOV   R1,#8
       CLR   FLAGB
Z6:     SETB  P3.3       ;101
       MOV   A,35H
       MOV   P1,A
       JB    P3.2,Z61
  nbsp;    ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.2,$
       JNB   FLAGA,Z7
       JB    FLAGB,Z62
       MOV   31H,#98H
       MOV   R09
       SETB  FLAGB
       JMP   Z7
Z62:    MOV   32H,#98H
       MOV   R1,#9
       CLR   FLAGB
       JMP   Z7
Z61:    JB    P3.7,Z7
       ACALL DELAY      ;JIAN
       JNB   P3.7,$
       JNB   FLAGA,Z7
       MOV   A,R0
       MOV   B,#10
       MUL   AB
       MOV   B,R1
       ADD   A,B
       MOV   SBUF,A
       CLR   FLAGA
       CLR   FLAGB
Z7:     SETB  P3.4       ;110
       CLR   P3.3
       MOV   A,36H
       MOV   P1,A
Z8:     SETB  P3.3       ;111
       MOV   A,37H
       MOV   P1,A
    nbsp;  JMP   Z1

DELAY:  MOV   R7,#0F0H
DL0:    MOV   R6,#0F0H
       DJNZ  R6,$
       DJNZ  R7,DL0
       RET
UARTI:  PUSH  ACC
       PUSH  PSW

       MOV   DPTR,#TABLE
       MOV   A,SBUF
       JNB   RI,$
       CLR   RI
       MOV   B,A
       ANL   A,#00FH
       MOVC  A,@A+DPTR
       MOV   36H,A
       MOV   A,B
       ANL   A,#0F0H
       MOV   B,#10H
       DIV   AB
       MOVC  A,@A+DPTR
       MOV   35H,A
       MOV   A,R1
       POP   PSW
       POP   ACC
       RETI
TABLE:  DB    11H,7DH,23H,29H,4DH
       DB    89H,81H,1DH,01H,09H；

结 束 语
首先，通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次训练，相信在接下来的日子我们都会了，而且会做得更好。
   我所写的系统主要根据目前节省能源的发展趋势和国内实际的应用特点和要求，采用了自动化的结构形式，实现对水温的自动检测和控制。
   系统以单片机AT89C52为核心部件，单片机系统完成对水温信号的采集、处理、显示等功能;用Protel软件绘制电路原理图和PCB电路印刷板图，并在电路板厂制作控制主板;利用MCS51汇编语言编制,运行程序该系统的主要特点是:
   1)适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同用户水温的要求，实现对水温的实时监控。避免了电力力资源的浪费，节省了能源。
   2)将单片机以及温度传感器引入对水温的分析和处理中，单片机控制决策无需建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合对非线性、时变、滞后系统的控制，对水温控制系统采用单片机控制非常适合。
3)系统成本低廉，操作非常简单，可扩展性强，只要稍加改变，即可增加其他使用功能。
本系统对现代化的发展具有十分重要的意义：
   首先，节省了能源，特别是最近几年，我国东部沿海地区电力资源缺口十分巨大，可以缓解部分电力资源压力。
   其次，由于我过大部分电力资源是火力发电，因而从一定程度上节省了自然资源，以及保护了环境。
    通过对本设计的思考，更加加深了对单片机的认识，熟练了单片机的编程，更对当前的温度传感器有了更深刻的认识与了解，但是由于此系统依赖温度传感器，因而对温度传感器的稳定性，线性等诸多方面有着严格的要求，但是传感器的性能越好，相对而言其价格也就越高，因而在此设计中，温度传感器我个人觉的还是存在遗憾，其次，由于采用了汇编语言，所以其编程过程复杂不易查错。最后由于时间紧迫，本设计还有诸多地方需要改进。
   由于本设计是从保温部分节能为出发点而设计，因而在其加热部分还是存在很大能源浪费，因而在日后的开发应用中因当注意要，对其加热部分的选材的改进。
参考文献

[1]：大学生电子设计竞赛组委会、第五届全国电子设计竞赛获奖作品选编北京：北京理工大学出版社2003
[2]：大连理工大学   2C串行总线原理及其在单片机接口中的实现
   作者： 唐鹏程 邹久朋
[3]：电子测量   电气测量技术和仪器
[4」武庆生，仇梅.单片机原理与应用.电子科技大学出版，1998,12
[5] 朱定华.单片机原理与接口技术.电子工业出版社，2001,4
[6] 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社，2003,7
[7」吴普特，牛文全，郝宏科.现代化高效节水灌溉设施.化学工业出版社，2002b,5

目 录
第一章  总  论 1
1.1  项目概况 1
1.2  可行性研究报告编制单位 4
1.3  承办单位简介 4
1.4  项目区概况 5
1.5  可行性研究依据 9
1.6  可行性研究的范围 10
第二章  项目建设背景及必要性 11
2.1  项目建设背景 11
2.2  项目建设必要性 14
第三章  项目建设地址及条件 17
3.1  项目建设地址 17
3.2  项目建设条件 17
第四章  工程建设方案 22
4.1  项目设计依据与原则 22
4.2  工程规划方案 23
4.3  工程技术方案 25
4.4  给排水工程 30
4.5  供电工程 31
4.6  采暖及通风 35
4.7