简易水温控制系统设计报告

...二○一二～二○一三学年第二学期信息学院电子设计大赛报告班级：设计名称：简易水温控制系统小组人员：指导教师：二○一三年7月6日...目录一.任务………………………………………………………1二.要求………………………………………………………12.1基本要求………………………………………………12.2发挥部分………………………………………………1三.题目分析…………………………………………………2四．方案论证4.1测温电路………………………………………………24.2功率电路及加热方式……………………………………24.3控制器的设计…………………………………………2五.电路分析…………………………………………………35.1总体电路分析…………………………………………35.2电路模块分析…………………………………………3六.软件程序设计……………………………………………56.1程序结构分析…………………………………………56.2重要程序清单…………………………………………6七.测试数据分析……………………………………………9八.小结………………………………………………………10九.附件………………………………………………………118.2元器件清单……………………………………………118.3实物图…………………………………………………12参考文献……………………………………………………12...一、任务设计并制作一个水温自动控制系统。控制对象为1L净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设点，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2.1、基本要求(1)温度设定范围为40--90℃，最小区分度为1℃，标定温度小于等于1℃；(2)环境温度降低时（如用电风扇降温）温度控制的静态误差小于等于1℃；(3)用十进制数码管显示水的实际温度。2.2、发挥部分(1)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；(2)温度控制的静态误差小于等于0.2℃；(3)在设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。...三、题目分析系统功能：基本部分：即为一个具有人工设定温度；能实时检测温度；当受控对象的温度受外界影响，而发生较小且缓慢变化时，能自动实现对受控对象的恒温控制；并能实时显示温度。从性能指标来看，基本部分的温度控制精度不高，调节时间不受限制。发挥部分：我们组选择只做第2个难度：测温和保温的精度由1℃提高到0.2℃。发挥题主要是对传感器的要求进一步做了提高。四、方案论证1、测温电路使用数字温度传感器DS18B20检测温度，内含A/D转换器，因此线路连接十分简单，它无需外加电路，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0.2℃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。2功率电路及加热方式本系统要对水用电热丝进行加热，功率较大；同时，还要能对电热丝的工作状态进行控制，以调节水温（恒温控制）。采用继电器的功率驱动电路，是用小信号控制大电流，并实现功率控制的常用电路。3、控制器的设计本系统由单片机STC89C52RC作为CPU控制核心，根据温敏器件DS18B20对水温的感应以及键盘输入结果来实现控制加热、保温功能。并且由输入系统可通过单片机设定上下限温度，实现保持你水温恒定的功能。...五、电路分析1.总体电路系统分析2.电路模块分析(1)电源电路经过变压器、整流桥、芯片、电容、电阻，完成变压、整流、滤波、稳压，将输入的220V交流电转化为正负十二伏的直流电。(2)加热电路此为基本电路，经过感应、控制电路控制继电器的开关，再将继电器另外两端接入该电显示驱动电路控制电路测温电路功率电路加热电路键盘输入水...路，当所测温度低于设定温度时，继电器开关导通，电热丝开始工作，当所测温度高于设定温度时，继电器开关断开，电热丝停止工作。(3)继电器驱动电路将门限比较器输出的电流放大后输入继电器中，若输入的低电平，继电器不导通，若输入的高电平，继电器导通，R9用于限流，二极管用于防止继电器烧坏。(4)输入及控制电路以STC89C52RC单片机作为控制核心，四个按键组成输入系统，连入单片机，由单片机与继电器一起控制水温通断，并通过控制显示管显示水温。...六、软件程序设计主程序开始初始化DS18B20读取温度刷新当前温度寄存器刷新显示控温算法设定加温功率寄存器向PC机发送温度数据中断程序进入读取加温功率寄存器换算延时时间设置定时器返回按键检测键盘处理设置温控寄存器定时器中断进入触发脉冲关定时器返回有无...重要程序清单voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;z0;z--)for(y=80;y0;y--);}//延时1ms子程序voidds1820rst()/*ds1820复位*/{unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ复位delay_18B20(4);//延时DQ=0;//DQ拉低delay_18B20(70);//精确延时大于480usDQ=1;//拉高delay_18B20(40);}uchards1820rd()/*读数据*/{unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i0;i--){DQ=0;//给脉冲信号dat=1;DQ=1;//给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(10);}return(dat);}voidds1820wr(ucharwdata)/*写数据*/{unsignedchari=0;for(i=8;i0;i--){DQ=0;DQ=wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ=1;wdata=1;}}...read_temp()/*读取温度值并转换*/{uchara,b;ds1820rst();ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/ds1820rst();ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue0x0fff)tflag=0;else{tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}tvalue=tvalue*(0.625);//温度值扩大10倍，精确到1位小数return(tvalue);}voiddisplay2(uintx){fge=x%10;//显示个位fshi=x%100/10;//显示十位bai=x%1000/100;//显示百位qin=x%10000/1000;//显示千位led4=0;P0=dis[fge];delay_long(2);led4=1;delay_long(2);;led3=0;P0=dis[fshi];dot=1;delay_long(2);led3=1;...dot=1;led2=0;P0=dis[bai];delay_long(2);led2=1;led1=0;P0=dis[qin];delay_long(2);led1=1;}voidmain()//主程序{f2=0;mak=1;while(1){delay(1);read_temp();//读取温度final_temp=tvalue;if(mak==1){display2(final_temp);}timeset();//HTEMP=10;if(final_temp/10HTEMP){jiawen=1;baowen=0;bebe=0;}elseif(final_temp/10LTEMP){jiawen=0;baowen=1;bebe=1;}}}...七．测试数据分析1.静态温度测量测量方式：断开系统的加热装置，装入一定温度的水，保持环境温度和其他测量条件不变，利用标准的温度计测量水温，与系统给出的温度相比较。由于在这种条件下，与测温速度相比，水温下降较慢，在测量中可认为是一个静态过程，因此可以测出系统的静态温度测量结果。测量仪器：DM6801热电偶式数字温度计。测量结果：如表所示。测量温度\℃40505560708090实际温度\℃39.849.954.859.969.779.890.2误差\℃0.20.10.20.10.30.20.22.动态温度测量测量方式：接上系统的加热装置，装入1L室温的水，设定控温温度。记录调节时间、超调温度、稳态温度波动幅度等。测量仪器：DM6801热电偶式数字温度计。测量条件：环境温度32.2℃（附：加热电炉功率500W）。测量结果：如表4.2所示。在此仅以数值的方式给出测量结果，略去升温曲线图。调节时间按温度进入设定温度±0.5℃范围时计算设定温度\℃40607090超调温度\℃40.560.270.7无稳态误差\℃39.7-40.559.8-60.0269.5-70.789.3-89.53.结果分析由以上测量可见，系统性能基本上可达到所要求的指标。...八、小结本次电子设计大赛，我们组选择做水温控制系统，这个题目有3个基本要求和3个发挥部分，考虑到之前做过模电课程设计，也是做的水温控制系统，所以我们决定选这个题目。但是，与之又有所不同的是，本次设计需要用数字显示器来显示水温。然后发挥部分需要有更大的精度和减小超调量的问题，再有，完成打印功能需要用通信电路，考虑到要做一个通信电路比较麻烦，所以我们决定只做发挥部分的增大精度的功能，增大精度需要用单片机来完成。我们在淘宝上买了控制系统单片机以及四位数字显示器，按照电路图连接控制系统电路和显示系统。由于我们没有单片机的开发板，所以烧录过程是要淘宝的卖家替我们完成的，所以我们拿到元器件后直接进行焊接。输入、显示系统完成后，接上电源，显示电路可以根据传感器DS18B20来显示温度，同时可以根据输入系统来调节控制的上下限温度。接下来就是制作5V电源和接入继电器、电热丝电路。我们继续用上次的模电设计用的电源和继电器、电热丝电路，连接部分我们通过控制电路的指示灯来完成，当保温灯亮时通过LED指示灯引出一个高电压，使继电器断开，电路停止加热，当保温灯灭时电热丝正常工作，实现加热功能。然后通过现实器显示水温，这样一个简易水温控制器就完成了。在期间我们遇到了不少问题，比如继电器连接的问题以及电烙铁功率过大使寝室跳闸等，还有显示电路的突然不工作等问题。但是我们通过大量的查阅资料，一一克服了这些问题。这次的电子设计大赛，锻炼了我们的动手制作，动脑思考问题的能力，同时也培养了我们团队合作的能力，以及坚忍不拔，积极战胜困难的决心和毅力。总之，我们的综合素质得到了提高，这次的比赛，不在比赛结果，重要的是我们通过比赛有许许多多的收货，一者我们培养了许多能力，再者也深入了解了我们这个专业，电路、单片机、数字显示、通信都是我们电子信息工程专业的专业方向，初步了解对我们来说哦有益无害。希望以后自己能多多参加这样的活动，努力提升自己，同时也感谢指导老师尚涛老师和廖宇峰老师，是他们耐心的指导，才使得我们不断地努力进步。谢谢！...九、附件1.元器件清单种类元件个数种类元器件个数CPUSTC89C52RC1温度传感器LM351电热丝500W1晶振12MHZ1电容0.33μF1mF10uf30pf4412三极管90131电阻10KΩ90KΩ4.7KΩ2KΩ1KΩ61115集成运放LM3242DCJACK电源坐子2DS18B20140引脚插针1按键4电位器10KΩ1二极管IN400114位共阴数码管1USB电源线1发光二极管LED（红）4电热丝100W1继电器AC250DC301保险丝5A1变压器TS_PQ4_161电路板3整流桥1导线、焊丝、焊枪若干...2.实物图参考文献：[1]郝