电子设计大赛水温控制系统报告

1天津大学2013“信芯杯”电子设计大赛实验报告题目：水温控制系统实验地点：时间：2目录目录..................................................................................................................................................2摘要..................................................................................................................................................3设计任务与要求...............................................................................................................................4方案论证...........................................................................................................................................51.单片机供电模块选择方案：┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈52.温度检测电路的方案选择：................................................................................................53.显示电路的方案选择：...................................................54.加热方案的选择：.......................................................55控制方法选择方案：............................................................................................................6硬件电路设计...................................................................................................................................7一.测温电路...........................................................................................................................7二.功率电路...........................................................................................................................8三．控制.键盘.显示电路.........................................................................................................8软件程序设计.................................................................................................................................10一.程序流程.........................................................................................................................10二.控制算法.........................................................................................................................10测试结果及结果分析.....................................................................................................................19一、静态温度测量.................................................................................................................19二动态温控测量...................................................................................................................19三结果分析...........................................................................................................................20附录：使用说明┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈213摘要随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度自动控制系统。该控制系统可以根据设定的温度，通过单片机控制继电器开启和关闭，从而控制水泥电阻的加热和停止。硬件电路主要包括STC89C52单片机最小系统、稳压电路、DS18b20测温电路、键盘电路、锁存器SN74HC573、MT05011AR数码管显示电路、继电器电路，加热模块电路等。系统程序模块主要包括主程序控制模块，温度处理子程序模块、按键处理程序模块、锁存器控制模块、数码管显示模块。[关键词]STC89C52单片机；DS18B20；MT05011AR；SN74HC573；稳压电源供电模块。4设计任务与要求一、任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为500ml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。二、要求1．基本要求（1）温度设定范围为50～70℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。（2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤3℃。（3）用十进制数码管显示水的实际温度。2．发挥部分（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由50℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。（2）温度控制的静态误差≤1℃。（3）在设定温度发生突变（由50℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。5方案论证1.单片机供电模块的方案选择：方案一：直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，右边接两个5伏电源的滤波电容，并且接上电阻和绿色的LED组成5伏电源的工作指示电路。方案二：通过变压器，将220v的市电转换成5v左右的直流电。由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。2.温度检测电路的方案选择：方案一：用普通半导体温度传感器作为敏感元件，再结合电压放大器和AD转换器将感应到的温度数值转换为数字量存储在某一单元内。但由于该方案所需元件较多，且电路较繁，调试起来较复杂，所以舍之不用。方案二：使用数字温度传感器DS18B20检测温度，内含AD转换器，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单，它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625℃以上精度，应用方便。这样的电路主要工作量就集中到了单片机软件编程上，故我们选用该方案。3.显示电路的方案选择：方案：使用数码管显示，通过数码管显示被测温度和设定温度。该方案程序简单，数码管为并联状态，方便测试。4加热方案的选择：方案一：使用电热炉进行加热，控制电炉的功率即可控制加热速度，当水温过高时，关6掉电炉即可，但考虑到电炉成本较高，且精度不好控制，故不选用。方案二：固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。通过控制固态继电器的开，断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统，我们选择用几个水泥电阻作为加热器，简单实用。故我们使用方案二。5控制方法选择方案：方案一：采用普通的控制方法，即随着水温的变化调节温度，但局限性太小，由于水温变化快，且惯性大，不易控制精度，故采用普通控制方法显得力不从心。方案二：通过继电器控制加热电路的通断，继电器由单片机控制，当温度高于设定温度时单片机控制继电器断开，停止加热，自动通断，所以我们选择方案二。7硬件电路设计对题目进行深入的分析和思考，可以将整个系统分为以下几个部分：单片机最小系统，测温电路，功率电路，继电器控制指示电路，显示电路，系统框图如下：给单片机提供5v稳定电压一．测温电路测温电路是使用DS18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单。它能够达到0.5C0的固有分辨率，使用读取温度的暂存寄存器的方法还能达到0.0625C0以上的精度。DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ，外供电源线VDD，共用地线GND。外部供电方式(VDD接+5V，且数据传输总线接10k的上拉电阻，其接口电路如图2.1所示。STC单片机控制系统18B20测温独立键盘锁存器控制电路数码管显示电路继电器控制电路加热电路稳压模块8图2.1温度传感器接口二．功率电路本系统要控制水泥电阻加热，固态继电器控制加热器工作，固态继电器使用非常简单，而且没有触点，无需外加光耦，自身就可以实现电气隔离，还可以频繁动作。通过控制固态继电器的开、断时间比来达到控制加热器功率的目的，适合功率不大，简易水温控制系统。三．控制.键盘.显示电路这部分实际上是一个单片机最小系统的基本电路，选用STC89C52，足够满足系统的要求。键盘用三个按键即可，通过按键分别实现所设定温度的复位、加减操作。在显示方面选用数码管显示模块。单片机的输出控制锁存器，锁存器一个控制数码管的选通，另一个控制数码管的显示.四．部分整体硬件电路：910软件程序设计一.程序流程单片机控制程序如下：#includereg52.h#includestdio.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitds=P2^2;//温度传感器信号线sbitdula=P2^6;//数码管段选线sbitwela=P2^7;//数码管位选线sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器sbitjidianqia=P1^0;uintyuzhi=0;uinttemp;floatf_temp;uintwarn_l1;uintwarn_l2;uintwarn_h1;11uintwarn_h2