课程设计--电加热水温控制系统

湖南文理学院课程设计报告课程名称：自动化专业控制系统课程设计课题名称：电加热水温控制系统系部：电气与信息工程学院专业班级：自动化09103班学生姓名：何国敏指导教师：陈日新老师完成时间：2012年12月18日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期1目录摘要…………………………………………………………………………………..2Abstract…………………………………………………………………...………3第一章系统设计…………………………………………………………………41.1项目概要………………………………………………………………………41.2设计任务和要求………………………………………………………………4第二章硬件设计…………………………………………………………….….52.1硬件设计概要…………………………………………………………………52.2信息处理模块…………………………………………………………………52.3温度采集模块…………………………………………………………………62.3.1传感器DS18B20简介…………………………………………………….62.3.2实验模拟电路图………………………………………………………….62.3.3程序流程图……………………………………………………………….72.4控制调节模块…………………………………………………………………92.4.1升温调节系统………………………………………………………...….102.4.2温度上下限调节系统……………………………………………..….….102.5显示模块…………………………………………………………………...…12第三章仿真显示成果…………………………………………………...……13实习总结………………………………………………………………………….15致谢………………………………………………………………………………..16参考文献…………………………………………………………………….……17附录…………………………………………………………………………….….181、原理图………………………………..………………………………….……..182、源程序……………………………….……………………………….…….…..192摘要：在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18b20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。关键字：单片机；传感器；温控；DS18b20Abstract:Inmodernindustrialproduction,thetemperatureis3commonlymeasuredcontrolledfactors.Thedesignisbasedonthe51SCMcontrol,theDS18b20temperaturesensorrealtimetemperaturetransformation,andthroughthe1602LCDonthetemperatureofthereal-timedisplay,andbyheatingthesheet(PWMwave,changingitsdutycycle)heatingandsteppermotorcoolingsuccessiveapproximationapproach,keepingthetemperatureatthesettemperature,throughthebuttonsadjusttemperaturealarmarea,thetemperatureat0℃-99℃controlautomation.Theexperimentalresultsshowthatthisstructureiscompletelyfeasible,thedeviationoftemperaturecanreach0.1DEGC.Keyword:monolithicintegratedcircuit;Sensors;Temperaturecontrol;DS18b204第一章系统设计1.1项目概要温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89S52的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。1.2设计任务和要求：1、采用DS18B20作为温度传感器进行温度检测。2、对采集温度进行显示（显示温度分辨率0.1℃）；3、采集温度数值应采用数字滤波措施，保证显示数据稳定。4、设计相应的温度控制电路，根据测得的温度情况对加热器进行控制，将温度保持在设定温度。5、通过按键设置温度上下限，超限通过LED、蜂鸣器报警。5第二章硬件设计2.1硬件设计概要根据需求，我们将系统分为五个模块，信息处理模块，温度采集模块、控制调节模块、报警电路模块，显示模块。2.2信息处理模块AT89C52是ATMEL公司的以8031核构成的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点就是在片内含有Flash存储器，AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。单片机模块如图（1）所示。图(1)单片机模块62.3温度采集模块2.3.1传感器DS18b20简介DALLAS最新单线数字温度传感器DS18b20简介新的“一线器件”，体积更小、适用电压更宽、更经济。Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18b20是世界上第一片支持“一线总线”接口温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新的概念。DS18b20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18b20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内，精度为0.5℃。DS18b20的精度较差为2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测量类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18b20的实验板原理接线图如图（2）：图（2）DS18b20的实验板接线图其中：DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）2.3.2实验模拟电路图温度检测控制模拟电路图ds18b20原件及其连线如图（3）温度此传感器上显示的温度同步显示到LED显示器上，并有加温，减温按钮。7图（3）温度检测控制模拟电路图2.3.3程序流程图图（4）主程序流程图8图（5）初始化子程序流程图9图（6）读按键的程序流程图2.4控制调节模块2.4.1升温调节系统通过继电器的开合来控制加热片电路的通断，来达到设温效果，我们预设温度为25度，当温度低于25度时，单片机P3.6引脚输出高电平，继电器导通，对温度传感器加热，加热模块如图（7）所示。10图（7）加温控制电路2.4.2温度上下限调节系统通过按键控制键选着调节对象，通过上升下降调节值大小，模拟电路图如图（78主控电路：我们设定温度为0--30度，为表示方便，这里让，控制开关，升温开关，降温开关分别为，k1，k2，k3，开始显示的是当前温度，K1主控开关，用来控制进入的是当前温度，温度上限，下限的调节界面。按k1，一次进入三个界面。按K2为加1开关，按一下，加1，k3减1开关，按一下，减1.例如：开始时显示的是当前温度界面，按下k1进入高温设定界面，显示器上显示当前温度和温度上限，按k2，上限加1，按k3，上限减1，再按k1进入显现设定界面，显示器显示当前温度，和温度下限，按k2，下限加1，按k3，下限减1，再按k1，进入显示当前温度界面。如图（8）2.4.3报警电路系统通过led灯的闪烁以及蜂鸣器的鸣叫实现报警，如果温度超过上限灯D4亮，蜂鸣器鸣叫，低于下限灯D2亮，蜂鸣器鸣叫。常温D1亮如图（9）（10）。11图（8）温度设定开关图（9）报警模块12图（10）P3.7接蜂鸣器2.5显示模块通过采集ds18b20的温度，同步显示到LED显示器上，精确到小数点后第一位。如下图图（11）显示电路13第三章仿真显示成果3.1运用proteus仿真图（12）开始启动时，显示学号图（13）显示当前温度14图（14）温度低于低温下限，低温报警灯亮，蜂鸣器鸣叫图（15）温度高于温度上限，高温报警灯亮，蜂鸣器鸣叫15实习总结刚开始接触到题目，一头雾水，第一周，我从网上下载了，《基于8051+PROTEUS仿真100实例》这个文档，从最简单的点亮一个流水灯，让数码管显示数字开始，第一周就做了这些简单的例子，100例做了20多个。刚开始很慢，仿真模型里的原器件都不会找，编的程序编译时总出现报警、错误。一遇到错误我们就慌了神了，所以起步很难。后来在老师和同学的帮助下，慢慢积累，知道了常见的报警和错误的解决方法，编完调试成功20个例子后，算是对单片机有了一定的基础。但这时一周已经过去了，别的小组已经仿真通过，开始实际运行了，而我们这组才开始。第二周开始了，第一天我们没做设计，把各个小组的程序，电路图都拿来看，不懂得就请他们帮忙讲解。由于前面有了知识，一些模块都看得懂，学得很快了。发现主要是把各个模块融合到一起，头文件写到最前面，通过函数的调用!给单片机接口高低电平，来实现功能。这正好是我们的强项，一星期20个例子的功劳。第二天我们开始自己编程，但是融合的过程中总出现错误，要嘛是变量没定义，要嘛是头文件重复！还有一个，报警电路的数码管总是不亮，但单片机对应的接口有高低电平的变化，实际电路板上也成功，这个问题困扰了我们很久，怎么办都不亮，当时有想砸电脑的冲动，后来还是解决了，原来，是标号标错了位置，一点小问题，困扰了我们2天。当解决这个问题时，那心灵的喜悦是这辈子都忘不了的！通过两周的实习，我们从一个小白成长为一个对单片机入了门，并能实现简单的编程，还能解决实际问题的小人物了！虽然过程很苦，每天对着电脑，就吃饭和上洗手间离开板凳！一直盯着屏幕看！不过2周熬过来了，收获蛮大的！例如后来我又在我们的程序中加入了降温程序！温度高，调动电动机吹风降温！感觉无论做什么事都要吃得了苦受得了罪，天下没有什么事是难的，只有懒惰的人，只要用心去做，什么事都能成功！16致谢两周的实习中，我遇到了许许多多的困难，但我能走过来，这和我组成员共同研究，共同讨论问题的辛勤是分不开的，灰心时我们相互鼓励，相互打气，。感谢同组成员。开始接触单片机，我是一个小白级人物，谢谢把我领入门的同班同学们，当我有问题请教时，他们会放下手头的工作，倾心为我解答，程序编译错误时，他们会帮我一起看提示，该错误！谢谢同班同学们！当然，我们实习时，老师一直陪伴着我们，尽管我没有问过老师问题，老师也没有帮我调试程序，但还是要谢谢刘老师，吕老师，你和我们在一起，无形中给了我们莫大