基于單片機(jī)的熱水器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院〔2023屆〕畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕基于單片機(jī)的熱水器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：專業(yè)：姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師姓名：職稱：最終評(píng)定成績：2023年5月摘要溫度是一種最根本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)；在工業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的檢測(cè)和控制。隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，人們需要對(duì)各種加熱器、熱處理爐、反響爐和鍋爐的溫度進(jìn)行檢測(cè)和精確控制。因此研究溫度的檢測(cè)和控制具有重要的意義。本論文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)為主要控制器件，以DS18B20為溫度傳感器的熱水器溫度控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過DS18B20實(shí)時(shí)檢測(cè)電熱棒所加熱的水溫溫度，由單片機(jī)從DS18B20讀取出所測(cè)量出的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷，控制固態(tài)繼電器SSR的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)并精準(zhǔn)控制水溫的目的。利用軟件編程和外圍電路，結(jié)合智能溫度傳感器DS18B20，通過按鍵能夠任意設(shè)置溫度上下限報(bào)警。顯示電路采用四位LED共陰數(shù)碼管來顯示檢測(cè)的水溫?cái)?shù)值。本系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)控制和顯示，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，適用于我們的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度檢測(cè)控制領(lǐng)域。同時(shí)，也可以當(dāng)作溫度處理模塊，嵌入到其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合在惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度檢測(cè)控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：AT89S52DS18B20溫度控制固態(tài)繼電器AbstractTemperatureisoneofthemostfundamentalenvironmentalparameters,people'slivesandiscloselyrelatedtotheambienttemperature;temperaturedetectionandcontrolinindustrialproductionisalsoinseparable.Withthedevelopmentofthenationaleconomy,peopleneedtodetectandpreciselycontrolthetemperatureofthevariousheaters,heattreatmentfurnaces,reactorsandboilers.Therefore,thetemperaturedetectionandcontrolofthestudyhasimportantsignificance.ThispaperdescribesthewaterheatertemperaturecontrolsystembasedonAT89S52microcontrollerasthemaincontroldevice,DS18B20asthetemperaturesensor.ThewatertemperatureisthetemperatureofthesystemthroughthetheDS18B20real-timedetectionofelectricheatingrodsareheatedbythemicrocontrollerfromtheDS18B20readoutthemeasuredtemperaturevalues??,andthenbejudgedbyasoftwareprogram,on-offcontrolSolidStateRelay(SSR),tocontrolwhethertheheatingrodsheating,inordertoachievereal-timedetectionandprecisewatertemperaturecontrolpurposes.Softwareprogrammingandperipheralcircuits,combinedwithintelligenttemperaturesensorDS18B20wereabletosetupperandlowertemperaturealarmbutton.CommoncathodecircuitusesfourLEDdigitaltubetodetectthewatertemperaturevalueisdisplayed.Thesystemcanfacilitatethedetectionoftemperaturecontrolanddisplay,withhighaccuracy,widerange,highsensitivity,smallsize,lowpowerconsumption,appliestoourdailylifeandwork,thetemperatureintheagriculturalproductioninthefieldofdetectionandcontrol.Meanwhile,itisalsocanbeusedasthetemperatureoftheprocessingmodule,embeddedintoothersystems,astheauxiliaryexpansionofotherprimarysystem.Thesystemstructureissimple,stronganti-jammingcapability,suitableforuseinharshenvironments,thescenetemperaturedetectioncontrol,hasabroadapplicationprospects.Keywords:AT89S52DS18B20temperaturecontrolsolidstaterelay目錄TOC\o"1-4"\h\z\u目錄4第1章緒論61.1課題研究背景61.2溫度控制系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀71.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求8第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證92.1系統(tǒng)微處理器方案的選擇與論證92.2溫度檢測(cè)模塊電路方案的選擇與論證92.3溫度控制模塊電路方案的選擇與論證102.4溫度設(shè)置模塊電路方案的選擇與論證112.5溫度顯示模塊電路方案的選擇與論證122.6加熱器方案的選擇與論證13第3章系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)133.1系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)13第4章系統(tǒng)硬件模塊電路設(shè)計(jì)144.1系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計(jì)144.2單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)144.3溫度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)16溫度傳感器DS18B20的介紹164.4溫度控制模塊電路設(shè)計(jì)184.5溫度設(shè)置模塊電路設(shè)計(jì)184.6溫度報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)194.7溫度顯示模塊電路設(shè)計(jì)20第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)205.1系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)205.2溫度讀取子程序設(shè)計(jì)225.3溫度計(jì)算子程序設(shè)計(jì)235.4溫度轉(zhuǎn)換命令子程序設(shè)計(jì)235.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序設(shè)計(jì)245.6按鍵掃描處理子程序設(shè)計(jì)25第6章系統(tǒng)仿真調(diào)試266.1仿真軟件Proteus簡介266.2系統(tǒng)仿真調(diào)試過程276.3系統(tǒng)仿真調(diào)試結(jié)果29設(shè)計(jì)總結(jié)30致謝31參考文獻(xiàn)33附錄1原理圖與PCB圖34附錄2元器件清單36附錄3參考程序37第1章緒論引言：溫度是生活及生產(chǎn)中最根本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測(cè)量控制都直接和平安生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。因此，溫度的測(cè)量與控制在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中均受到了相當(dāng)程度的重視?，F(xiàn)在，溫度控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。在日常生活中，電飯煲、電烤箱、微波爐、電熱水器、烘干箱等電器需要進(jìn)行溫度檢測(cè)與控制。在冶金、食品加工、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反響爐等，也都要求對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比擬多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作本錢高。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差。隨著經(jīng)濟(jì)的高速開展，在日常生活和現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們對(duì)溫度的檢測(cè)和控制提出了更高的要求。如今，傳統(tǒng)的溫度控制方式已經(jīng)無法滿足高精度、高速度的控制要求。而借助微處理器單片機(jī)來檢測(cè)控制溫度無疑是更好的選擇。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)控制，不僅能夠精確高速的實(shí)現(xiàn)溫度采集和數(shù)據(jù)處理，還具有控制簡單方便和靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標(biāo)。1.1課題研究背景隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的日益需求，溫控系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)中,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能,一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路雖簡單實(shí)用,但由于繼電器動(dòng)作頻繁,經(jīng)常會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?，F(xiàn)在，控制領(lǐng)域大多是采用PID控制方式,但PID控制也有缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。然而隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)開展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，溫度的檢測(cè)控制也更加趨向精準(zhǔn)化、智能化。由此一種自動(dòng)控制溫度的方式也應(yīng)時(shí)而生，即用軟件編程從DS18B20中讀取溫度數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)來控制固態(tài)繼電器的通斷，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。在溫度控制系統(tǒng)中，檢測(cè)溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向開展。在測(cè)溫電路中，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將溫度值讀取顯示出來。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，因此溫控電路的設(shè)計(jì)比擬復(fù)雜。而采用智能溫度傳感器DS18B20，可以很好的解決上述問題。因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確，其精度可達(dá)0.0625。DS18B20是單總線型器件，只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大簡化了硬件電路，使其更具擴(kuò)展性。由于DS18B20高度集成小型化，可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，可將DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。同時(shí)，可以在單片機(jī)I/O口的一條總線上掛接多個(gè)DS18B20進(jìn)行更大范圍的溫度檢測(cè)控制。1.2溫度控制系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀近年來，溫度的檢測(cè)在理論上開展比擬成熟，但在實(shí)際測(cè)量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測(cè)溫度場進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反響溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等；恒值溫度控制的目的是使被控對(duì)象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度〔即穩(wěn)態(tài)誤差〕不能超過某允許值。本文所討論的基于單片機(jī)的熱水器溫度控制系統(tǒng)是要實(shí)現(xiàn)對(duì)水的恒值溫度控制，故以下僅對(duì)恒值溫度控制進(jìn)行討論。從工業(yè)控制器的開展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種：1.定值開關(guān)控溫法所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱裝置〔或冷卻裝置〕進(jìn)行通斷控制。假設(shè)當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，那么關(guān)斷加熱器，或者開動(dòng)制冷裝置；假設(shè)當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，那么開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。這種開關(guān)控溫方法比擬簡單，在沒有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，采用這種控制方法的溫度控制器在我國許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使被控對(duì)象溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。2.PID線性控溫法這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的PID調(diào)節(jié)器控制原理，PID控制是最早開展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型確實(shí)定性控制系統(tǒng)。由于PID調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關(guān)控溫。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能。前者稱為模擬PID控制器，后者稱為數(shù)字PID控制器。其中數(shù)字PID控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)〔比例值、積分值、微分值〕。只要PID參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比擬令人滿意的。但是，它的缺乏也恰恰在于此，當(dāng)對(duì)象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否那么其控制品質(zhì)就難以得到保證。3.智能溫度控制法為了克服PID線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)的方法，PID參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。并通過將智能控制與PID控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論根底，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)PID算法的溫度控制儀表。目前國內(nèi)溫控儀表的開展，相對(duì)國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差異主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度比擬低，自適應(yīng)性較差。這種缺乏的原因是多方面造成的，如針對(duì)不同的被控對(duì)象，由于控制算法的缺乏而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定。因此，溫度檢測(cè)控制仍然是一個(gè)值得我們?nèi)ヌ骄康恼n題。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(1)系統(tǒng)具有溫度檢測(cè)與控制功能，能實(shí)現(xiàn)-55℃~1(2)系統(tǒng)具有恒溫功能。(3)按鍵設(shè)置控制水溫，設(shè)定值與實(shí)際測(cè)量值之間誤差為±0.5℃(4)溫度到達(dá)所設(shè)定的值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警提示。(5)用數(shù)碼管顯示實(shí)際測(cè)量水溫參數(shù)。(6)可以任意設(shè)置溫度上下限報(bào)警。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證2.1系統(tǒng)微處理器方案的選擇與論證方案一：采用凌陽單片機(jī)凌陽16位單片機(jī)的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ’nSP?〔MicrocontrollerandSignalProcessor〕16位微處理器芯片〔以下簡稱μ’nSP?〕。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機(jī)〔以下簡稱μ’nSP?家族〕采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。μ’nSP?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場合。雖然，凌陽單片機(jī)有優(yōu)勢(shì)的硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽單片機(jī)我們沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對(duì)于剛接觸單片機(jī)的人來說不容易上手，其價(jià)格也要比89S52昂貴一些，因此本系統(tǒng)不將其作為首選。方案二：采用AT89S52單片機(jī)AT89S52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，32個(gè)I/O，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。AT89S52的高性能、本錢低，使得其在實(shí)際應(yīng)用中頗受青睞。綜合比擬上述兩種方案，本系統(tǒng)選擇方案二。2.2溫度檢測(cè)模塊電路方案的選擇與論證方案一：采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)局部可以使用低溫?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過將參考結(jié)點(diǎn)保持在溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集局部那么使用帶有AD通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到AD轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比擬麻煩。方案二：采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0—100℃時(shí)，最大線形偏差小于1℃。DS18B20的最大特點(diǎn)是采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89S52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比擬簡單,體積也不大。采用51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外綜合上述兩種方案，雖然方案一的測(cè)溫裝置可測(cè)溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測(cè)溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比擬簡單，故本次設(shè)計(jì)選擇方案二。2.3溫度控制模塊電路方案的選擇與論證方案一：采用PID控制PID溫度控制結(jié)構(gòu)如下圖2.3.1由圖可知PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值w與實(shí)際輸出值y進(jìn)行比擬構(gòu)成偏差圖2.3.1并將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其動(dòng)態(tài)方程為：〔1〕其中為調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為積分時(shí)間常數(shù)為微分時(shí)間常數(shù)PID調(diào)節(jié)器的離散化表達(dá)式為其增量表達(dá)形式為：其中T為采樣周期?？梢姕囟萈ID調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。比例調(diào)節(jié)的作用是使調(diào)節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差;積分作用可消除被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會(huì)使系統(tǒng)振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定；微分作用能有效的減小動(dòng)態(tài)偏差。在實(shí)際使用中,在滿足生產(chǎn)過程需要的前提下,應(yīng)盡量選擇簡單的調(diào)節(jié)器,這樣,既節(jié)省投資,又便于維護(hù)。常規(guī)PID控制調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用廣泛技術(shù)成熟的控制方法，它能滿足一般工業(yè)控制的要求，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡單、使用方便、適應(yīng)性廣。采用PID控制，控制效果的好壞很大程度上取決于PID三個(gè)控制參數(shù)確實(shí)定。方案二：采用自動(dòng)控制由單片機(jī)從DS18B20讀取出所測(cè)量出的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷，控制固態(tài)繼電器SSR的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)并精準(zhǔn)控制溫度的目的。而且，固態(tài)繼電器具有可靠性高、靈敏度高、轉(zhuǎn)換速度快、本錢低等特點(diǎn)。綜上所述，PID控制雖然簡單實(shí)用、應(yīng)用廣泛，但其參數(shù)一旦出現(xiàn)變化，其控制精度和質(zhì)量便無法保證。因此，本系統(tǒng)選擇方案二。2.4溫度設(shè)置模塊電路方案的選擇與論證方案一：采用矩陣鍵盤矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交叉點(diǎn)上。一個(gè)4x4的行、列可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，在按鍵較多時(shí)，矩陣式鍵盤可以節(jié)省I/O口。其結(jié)構(gòu)如下列圖所示。方案二：采用獨(dú)立式按鍵每個(gè)按鍵的電路都是獨(dú)立的，占用一條數(shù)據(jù)線，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)其中任意一鍵按下時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線的電平就變成低電平，假設(shè)無鍵按下，那么所有數(shù)據(jù)線就是高電平。這種鍵盤電路配置靈活，占用I/O口多，適合少量按鍵的情況。其結(jié)構(gòu)如下列圖所示。綜上所述，本系統(tǒng)只需要三個(gè)按鍵，應(yīng)選擇方案二。2.5溫度顯示模塊電路方案的選擇與論證方案一：采用LCD液晶顯示液晶顯示器是一種被動(dòng)式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特性，而到達(dá)白底黑字或黑底白字顯示的目的。LCD液晶的像素單元是整合在同一塊液晶版當(dāng)中分隔出來的小方格。通過數(shù)碼控制這些極小的方格進(jìn)行顯像。顯示非常細(xì)膩，但相對(duì)來說，本錢也較高。方案二：采用LED數(shù)碼管LED數(shù)碼顯示中每一個(gè)像素單元就是一個(gè)發(fā)光二極管，單色數(shù)碼管一般是紅色發(fā)光二級(jí)管。彩色數(shù)碼管，一般是三個(gè)三原色小二極管組成的一個(gè)大二級(jí)管。這些二級(jí)管組成的矩陣由數(shù)碼控制實(shí)時(shí)顯示文字或者圖像，造價(jià)相對(duì)低廉，組成的顯像面積大。綜上所述，考慮到本系統(tǒng)只需要對(duì)溫度進(jìn)行顯示，應(yīng)選擇方案二。2.6加熱器方案的選擇與論證方案一：采用熱得快采用現(xiàn)在市場上常見的加熱器〔俗稱熱得快〕，功率大約在1000~2000Ｗ左右，這種加熱器功率大，加熱速度比擬快，但是也正是因?yàn)槿绱耍沟闷錅囟入y以控制。方案二：采用加熱棒另一種方案是采用加熱棒，功率在250W左右，這種加熱棒的功率不大，加熱速度雖然相比大功率的加熱器要慢一些，但是其溫度更容易控制，適合簡易實(shí)用的熱水器溫度控制系統(tǒng)。綜上所述，本系統(tǒng)考慮到希望能對(duì)水溫盡可能的實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制，應(yīng)選擇方案二。第3章系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)旨在開發(fā)一種簡單實(shí)用、性能穩(wěn)定可靠的熱水器溫度控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為250W左右的加熱棒。其根本工作原理是系統(tǒng)通過DS18B20實(shí)時(shí)檢測(cè)電熱棒所加熱的水溫溫度，由單片機(jī)AT89S52從DS18B20讀取出所測(cè)量出的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷，控制固態(tài)繼電器SSR的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)并精準(zhǔn)控制水溫的目的。利用軟件編程和外圍電路，結(jié)合智能溫度傳感器DS18B20，通過按鍵能夠任意設(shè)置溫度上下限報(bào)警，當(dāng)溫度低于所設(shè)置的下限溫度值時(shí)，LED發(fā)光、蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警；當(dāng)溫度高于所設(shè)置的上限溫度值時(shí)，LED發(fā)光、蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。同時(shí)，顯示電路采用四位LED共陰數(shù)碼管來顯示檢測(cè)的水溫?cái)?shù)值。 本系統(tǒng)主要分七大模塊：微處理器模塊、溫度檢測(cè)模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源模塊、報(bào)警模塊，電路整體框圖如下圖3.1CPUCPUAT89S52時(shí)鐘電路復(fù)位電路SSR固態(tài)繼電器電源電路報(bào)警電路DS18B20溫度傳感器LED數(shù)碼管按鍵輸入250W加熱棒圖3.1.1系統(tǒng)硬件第4章系統(tǒng)硬件模塊電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊電路都需要外部電源，經(jīng)過分析，單片機(jī)系統(tǒng)模塊、溫度控制模塊、溫度檢測(cè)模塊、溫度設(shè)置模塊、溫度顯示模塊、蜂鳴報(bào)警模塊，都需要用DC+5V電源方能正常工作。故電源模塊需設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)需要的穩(wěn)定的DC+5V電源。整個(gè)電源模塊電路的工作原理是：AC220V通過6V變壓器變壓之后從IN端輸入，經(jīng)過D1、D2、D3、D4組成的橋式整流，把交流電變成脈動(dòng)直流電，再經(jīng)C5濾波，得到比擬平緩的9V直流電，再經(jīng)過直流穩(wěn)壓模塊LM7805后，得到一個(gè)比擬穩(wěn)定的DC+5V電壓，給整個(gè)系統(tǒng)的各模塊電路供電。其電路原理圖如下圖。圖2.7電源模塊4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。其電路原理圖如下圖。圖4.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)4.3溫度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器作為溫度數(shù)據(jù)采集工具，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題、各種信號(hào)干擾問題、以及放大器零點(diǎn)漂移誤差問題，才能到達(dá)較高的測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量中采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最正確方案，改良型智能溫度傳感器DS18B20具有體積小、精度高、使用電壓寬、采用一線總線、可以組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。溫度檢測(cè)模塊電路如圖4.3所示。圖4.3溫度檢測(cè)模塊電路4.3.1溫度傳感器DS18B20的介紹DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體單總線溫度傳感器，是世界上第一片支持“一線總線〞接口的溫度傳感器，全部傳感與元件以及轉(zhuǎn)換電路都集成在形如一只三級(jí)管的集成電路內(nèi)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四局部組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器，DS18B20管腳排序如下圖4.3.圖4.3DS18B20引腳定義：①GND為電源地端；②DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；③VDD為外接供電電源輸入端〔在寄生電源接線方式下接地〕。DS18B20的主要特性：〔1〕適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可以由數(shù)據(jù)線供電?！?〕單線線接口方式，DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一天接口就可以實(shí)現(xiàn)與微處理器之間的雙向通訊。〔3〕無需外圍元件，全部傳感元件以及轉(zhuǎn)換電路都集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)?！?〕支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。〔5〕溫度測(cè)量范圍-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃〔6〕可編程分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨率溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃〔7〕溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化快，在9分辨率是最多在93075ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12分辨率是最多在75ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字?！?〕抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線〞串行傳9送給微處理器，同時(shí)可以傳送CRC校正驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力?！?〕負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。4.4溫度控制模塊電路設(shè)計(jì)單片機(jī)通過軟件程序控制三極管的導(dǎo)通來控制繼電器的通斷，最終實(shí)現(xiàn)控制電熱棒的目的。當(dāng)溫度未到達(dá)要求時(shí)，單片機(jī)發(fā)送高電平信號(hào)使三極管飽和導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱棒接通，電熱棒加熱，溫度隨之慢慢升高。當(dāng)溫度上升到預(yù)設(shè)溫度上限時(shí)，單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，繼電器的彈片打到另一側(cè)，使電熱棒與電源斷開，電熱棒停止加熱。溫度控制模塊電路原理圖如下圖。圖溫度控制模塊電路與繼電器線圈并聯(lián)的二極管D5是用來保護(hù)三極管的。其原理是：當(dāng)繼電器突然斷電時(shí)，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。二極管的作用是將反向電流分流，使流過三級(jí)管8050的電流比擬小，到達(dá)保護(hù)三極管8050的作用。4.5溫度設(shè)置模塊電路設(shè)計(jì)溫度設(shè)置模塊電路由三個(gè)獨(dú)立式按鍵和三個(gè)上電阻構(gòu)成。三個(gè)按鍵分別為溫度設(shè)置鍵、溫度加鍵和溫度減鍵，溫度設(shè)置鍵用于切換溫度顯示/調(diào)整溫度上下限值，溫度加鍵用于加大溫度上限報(bào)警值，溫度減鍵用于減小溫度下限報(bào)警值。R8、R9、R10為上拉電阻。溫度設(shè)置模塊電路如下圖。圖溫度設(shè)置模塊電路4.6溫度報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)報(bào)警模塊電路由發(fā)聲和發(fā)光報(bào)警提示。發(fā)聲報(bào)警電路由三極管8550組成的驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器組成。發(fā)光報(bào)警電路由LED發(fā)光二極管和限流電阻組成。當(dāng)溫度低于所設(shè)置的下限溫度值或高于所設(shè)置的上限溫度值時(shí)，單片機(jī)將發(fā)出指令使得蜂鳴器和發(fā)光二極管分別發(fā)聲和發(fā)光報(bào)警提示。三極管8550在電路中起驅(qū)動(dòng)作用，R4、R5為三極管8550的偏置電阻。溫度報(bào)警模塊電路如下圖。圖4.64.7溫度顯示模塊電路設(shè)計(jì)溫度顯示模塊電路采用四位共陰LED數(shù)碼管，單片機(jī)的P0口外接上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)，作為段碼輸出和數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。P2口的低四位為數(shù)碼管的位選端。采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示。溫度顯示模塊電路如下圖。圖溫度顯示模塊電路第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路確定之后，測(cè)控系統(tǒng)的主要功能將依賴于軟件實(shí)現(xiàn)。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原那么，在總體概況設(shè)計(jì)的根底上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以到達(dá)模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設(shè)計(jì)的程序應(yīng)該具有可讀性、可理解性、可維護(hù)性、有效性和可修改性。系統(tǒng)程序主要有：系統(tǒng)主程序、溫度讀取子程序、溫度計(jì)算子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、溫度顯示數(shù)據(jù)子程序和按鍵掃描處理子程序。5.1系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序的功能是使各模塊子程序能夠協(xié)調(diào)執(zhí)行，各司其職。本系統(tǒng)中，主要是將DS18B20所測(cè)量的水溫讀取出來，給單片機(jī)AT89S52進(jìn)行計(jì)算、轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理，判斷并控制報(bào)警電路和固態(tài)繼電器的通斷，到達(dá)控制加熱棒來控制水溫的目的。最后，再將水溫值發(fā)送給LED數(shù)碼管顯示出來。系統(tǒng)主程序流程圖如下圖。NNY不報(bào)警，加熱棒加熱溫度顯示報(bào)警，加熱棒加熱報(bào)警，加熱棒不加熱SET按鍵是否按下設(shè)置溫度報(bào)警初始化判斷溫度是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)開始讀取溫度溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束低于下限溫度值時(shí)高于上低于下限溫度值時(shí)高于上限溫度值時(shí)圖系統(tǒng)主程序流程圖5.2溫度讀取子程序設(shè)計(jì)溫度讀取子程序的功能是讀出DS18B20的RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC效驗(yàn)。溫度讀取子程序流程圖如下圖。YY結(jié)束移入溫度暫存器發(fā)DS18B20復(fù)位命令9字節(jié)讀取完？發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC效驗(yàn)CRC效驗(yàn)正？YNN圖溫度讀取子程序流程圖5.3溫度計(jì)算子程序設(shè)計(jì)N開始溫度零下？溫度值取補(bǔ)碼置N開始溫度零下？溫度值取補(bǔ)碼置“1〞標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值結(jié)束置“0〞標(biāo)志Y圖溫度計(jì)算子程序流程圖5.4溫度轉(zhuǎn)換命令子程序設(shè)計(jì)溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12為分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序嚴(yán)肅法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如下圖。結(jié)束結(jié)束發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令發(fā)DS18B20復(fù)位命令圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖5.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序設(shè)計(jì)溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器標(biāo)志位為1？結(jié)束別離顯示溫度最高位顯示別離出的數(shù)據(jù)最高位顯示“溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器標(biāo)志位為1？結(jié)束別離顯示溫度最高位顯示別離出的數(shù)據(jù)最高位顯示“-〞YYN圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖5.6按鍵掃描處理子程序設(shè)計(jì)按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位。當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否那么顯示當(dāng)前溫度。按鍵掃描處理子程序如下圖。NNNYNYY調(diào)用顯示子程序報(bào)警溫度減1SET鍵按下顯示切換標(biāo)志位是否為“0〞報(bào)警溫度加1ADD鍵是否按下DEC鍵是否按下圖按鍵掃描處理子程序流程圖第6章系統(tǒng)仿真調(diào)試6.1仿真軟件Proteus簡介Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2023年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。該軟件的特點(diǎn)是：1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、各種單片機(jī)(51系列、AVR、PIG等常用的MCU)及其外圍電路(如LCD、RAM、ROM、鍵盤、LED、A/D、D/A……)組成的系統(tǒng)仿真。2.提供了多種虛擬儀器。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。3.提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil等軟件。4.具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)存放器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變,而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)．從某種意義上講，是彌補(bǔ)了．實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用閹脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用ProteusARES軟件，很容易獲得其PCB圖，為今后的制造提供了方便。6.2系統(tǒng)仿真調(diào)試過程系統(tǒng)最重要的兩個(gè)局部就是軟件局部和硬件局部。硬件各模塊電路和軟件各模塊程序設(shè)計(jì)完成后，就可以進(jìn)行軟件仿真調(diào)試了。當(dāng)?shù)谝淮伟聪耂ET鍵時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警上限調(diào)節(jié)，可按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一；當(dāng)?shù)诙伟聪耂ET鍵時(shí)，進(jìn)入溫度報(bào)警下限調(diào)節(jié)，可按ADD或DEC分別對(duì)報(bào)警溫度進(jìn)行加一或減一；當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時(shí)，退出溫度值報(bào)警設(shè)置，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值。以下系統(tǒng)仿真調(diào)試設(shè)置溫度下限值為10℃，溫度上限值為901、當(dāng)實(shí)際水溫溫度小于或等于所設(shè)置的下限溫度值時(shí)，D1發(fā)光報(bào)警，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，繼電器SSR閉合，加熱棒開始加熱。其仿真調(diào)試如下圖。圖2、當(dāng)實(shí)際水溫溫度大于所設(shè)置的下限溫度值10℃，小于所設(shè)置的上限溫度值90℃時(shí)，D1不發(fā)光報(bào)警，蜂鳴器不發(fā)聲報(bào)警，繼電器SSR閉合，加熱棒開始加熱。其仿真調(diào)試如圖圖圖3、當(dāng)實(shí)際水溫溫度大于所設(shè)置的上限溫度值90℃時(shí)，D1發(fā)光報(bào)警，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，繼電器SSR斷開，加熱棒停止加熱。其仿真調(diào)試如下圖。圖6.3系統(tǒng)仿真調(diào)試結(jié)果經(jīng)過Proteus仿真軟件的屢次調(diào)試,結(jié)果說明系統(tǒng)能夠較好的測(cè)量和控制水溫的溫度。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求中的功能，溫度測(cè)量范圍為-55℃~125℃，具有恒溫功能，可以任意設(shè)置溫度上下限報(bào)警，到達(dá)了此次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總結(jié)在完成此次設(shè)計(jì)的過程中，我花費(fèi)了不少的時(shí)間和精力，其中也遇到過不少困難和問題。每當(dāng)遇到困難時(shí)，我就查閱資料，或是自己冥思苦想，或是求助于老師和同學(xué)，然后自己不斷的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果遇到的所有問題都被一一解決。最終“皇天不負(fù)有心人〞，憑借著老師同學(xué)的幫助和自己的努力，我順利的完成了基于單片機(jī)的熱水器溫度控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)完成了采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片的熱水器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。系統(tǒng)通過DS18B20實(shí)時(shí)檢測(cè)電熱棒所加熱的水溫溫度，由單片機(jī)AT89S52從DS18B20讀取出所測(cè)量出的溫度數(shù)值，然后通過軟件程序進(jìn)行判斷來控制固態(tài)繼電器SSR的通斷，再控制加熱棒是否加熱，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)并精準(zhǔn)控制水溫的目的。利用軟件編程和硬件外圍電路，結(jié)合智能溫度傳感器DS18B20，通過按鍵能夠任意設(shè)置溫度上下限報(bào)警。采用四位LED共陰數(shù)碼管來顯示檢測(cè)的水溫?cái)?shù)值，效果明顯，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)控制和顯示，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，適用于我們的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度檢測(cè)控制領(lǐng)域。同時(shí)，也可以當(dāng)作溫度處理模塊，嵌入到其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合在惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度檢測(cè)控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)根本完成了課題的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱水器溫度的檢測(cè)和控制。通過測(cè)試說明，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確的，可行的。但是由于我的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多缺乏和缺陷。在此，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。致謝三年的大學(xué)生涯，在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，這份畢業(yè)設(shè)計(jì)是我交上的最后一份作業(yè)了?，F(xiàn)在再回想自己大學(xué)三年的時(shí)光時(shí)，心中感慨萬千，真的是“光陰似箭，歲月如梭〞，時(shí)間過得實(shí)在太快了。一直以來，我就是一個(gè)電子愛好者。步入大學(xué)之前，我就讀于職業(yè)高中，所學(xué)專業(yè)為電子電器。帶著美好的憧憬步入大學(xué)后，我仍然熱衷于電子方面的興趣愛好。于是，我進(jìn)入了學(xué)院唯一一個(gè)電子科技實(shí)踐性的社團(tuán)——電子協(xié)會(huì)，在這個(gè)電子愛好者集結(jié)地，跟一群志同道合的同學(xué)相互交流、溝通，談?wù)撊松屠硐?，大家各抒己見，談笑風(fēng)生。討論專業(yè)知識(shí)和技能，相互學(xué)習(xí)、促進(jìn)，提升自身專業(yè)技能。在這里，享受著各自思想碰撞所產(chǎn)生的火花，真的是其樂無窮。這樣的場面現(xiàn)在回想起來仍然歷歷在目，記憶猶新。步入大學(xué)之初，我就希望自己的專業(yè)技能能夠有所超越，到達(dá)一個(gè)比擬高的層次。大學(xué)三年，我也一直在有方案的學(xué)習(xí)。但是，由于自身的懶惰，并沒有到達(dá)自己理想的高度。以至于我快畢業(yè)了，有些專業(yè)知識(shí)我并沒有學(xué)得很好，有些專業(yè)工程還沒有做過。這是我的問題，我的錯(cuò)，我要檢討。但值得慶幸的是，我的大學(xué)時(shí)光并沒有在渾渾噩噩中度過。大學(xué)三年中，我組織并參與了電子協(xié)會(huì)舉辦的三次大型義務(wù)維修，參加了電子系舉辦學(xué)院第二屆電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作大賽和2023年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的培訓(xùn)班等活動(dòng)。參加這些活動(dòng)，并非說自己已經(jīng)學(xué)得怎么好，只是大學(xué)三年過后，自己在專業(yè)方面的努力，還是有了回報(bào)，學(xué)有所得，至少有能夠向別人展示的專業(yè)技能。三年的大學(xué)時(shí)光，最重要的是大學(xué)改變了我的思維方式，改變了我思考問題的方法?，F(xiàn)在，我已不再恐懼遇到問題，而是慢慢地學(xué)會(huì)了發(fā)現(xiàn)問題后，如何更好的去分析問題，解決問題。在我看來，大學(xué)是走向社會(huì)之前一個(gè)很好的平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)能夠很好的鍛煉和提升自身的綜合素質(zhì)和能力，為未來走向社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的根底。大學(xué)所賦予的東西，將讓我受益終生。如今，在社會(huì)上，當(dāng)聽到某些人說，讀大學(xué)根本沒有什么用時(shí)，我對(duì)他付之一笑。因?yàn)椋倚睦镏?，一個(gè)真正用心讀過大學(xué)的人跟一個(gè)沒有步入過大學(xué)的人，在認(rèn)知上就已經(jīng)有了差距。大學(xué)三年的求學(xué)生涯中，老師和同學(xué)給予我很多的關(guān)心、支持、幫助和照顧。在此，一一表示感謝。感謝學(xué)校給予我一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，置身于學(xué)校良好的文化熏陶之中，耳濡目染，潛移默化，讓我心懷理想、崇尚榮譽(yù)、積極向上。感謝父母，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，恩重如山；感謝XXX、XXX、XXX、XX和XX等老師在專業(yè)上的指導(dǎo)，當(dāng)我遇到困難時(shí)，是你們讓我有種撥云見日的欣喜；感謝XXX、XX、XXX和XX學(xué)長，在學(xué)習(xí)、社團(tuán)工作和生活中，給我的大力支持和幫助，是你們的引導(dǎo)，讓我在大學(xué)中很快找到了自己的航向，沒有把電腦當(dāng)成玩具而渾渾噩噩的度過大學(xué)時(shí)光；感謝XXX、XXX和XXX同學(xué)在社團(tuán)工作中的幫助和支持，是你們的支持和幫助，讓我很好的完成了社團(tuán)的工作，鍛煉了自身的交流、協(xié)調(diào)和組織能力；感謝XXX、XX、XXX和XXXX同學(xué)在生活中的關(guān)心和幫助，是你們的關(guān)心和幫助，讓我感受到了濃濃的室友之情和大學(xué)生活的其樂融融。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，三年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中，有很多可敬的師長和同學(xué)給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我最誠摯謝意！最后，再一次真誠的感謝所有在大學(xué)生涯中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在此次設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻(xiàn)[1]王文海，周歡喜，彭可。《單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐工程化教程》，化學(xué)工業(yè)出版社，2023〔6〕[2]梁森，王侃夫，黃杭美?！蹲詣?dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2005〔1〕[3]馬忠梅，籍順心，張凱等?！秵纹瑱C(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》，北京航空航天大學(xué)出版社，2003〔11〕[4]汪德彪，郭杰，王玉松等。《MCS—51單片機(jī)接口技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2003〔8〕[5]向華，楊焰等?！禖語言程序設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社，2023〔6〕[6]譚浩強(qiáng)?！禖程序設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社[7]郭天祥?！妒鞂W(xué)會(huì)單片機(jī)和C語言編程》[8]張毅剛，劉杰?！秵纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004[9]周慈航?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)》，北京航空航天大學(xué)出版社，2002〔1〕[10]陳兆梅?！禤rotelDXP2004SP2印制電路板設(shè)計(jì)實(shí)用教程》，機(jī)械工業(yè)出版社，2023〔2〕附錄1原理圖與PCB圖PCB圖：原理圖：附錄2元器件清單元器件名稱型號(hào)/大小個(gè)數(shù)單片機(jī)AT89S521石英晶振11.0592M1瓷片電容15pF2電解電容10uF1電阻2W/10K4排阻5101兩孔插座220V/10A3電源開關(guān)220V/10A1整流二極管1N40074瓷片電容22nF4瓷片電容100nF3電解電容2200uF/50V1電解電容47uF/25V1電阻2W/4701發(fā)光二極管紅色1穩(wěn)壓模塊LM78051電阻2W/1K1三極管80501二極管1N41481固態(tài)繼電器220V/5A1輕觸開關(guān)3LED數(shù)碼管四位共陰極1溫度傳感器DS18B201電阻2W/4K71電阻2W/5101電阻2W/5K11電阻2W/2K1三極管85501蜂鳴器1發(fā)光二極管綠色1附錄3參考程序//*****宏定義*****//#include<reg52.h>#include<intrins.h>//_nop_();延時(shí)函數(shù)#definedmP0#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//******定義端口******//sbitDQ=P1^0;//定義DS18B20總線IOsbitbeep=P1^1;//蜂鳴器sbitLED=P1^2;//LEDsbitJDQ=P1^3;//SSR繼電器sbitw0=P2^0;//數(shù)碼管位碼端口定義sbitw1=P2^1;sbitw2=P2^2;sbitw3=P2^3;sbitSET=P3^0;//溫度設(shè)置切換sbitADD=P3^1;//溫度加sbitDEC=P3^2;//溫度減inttemp1=0;uinth,temp;ucharhigh=90,low=10;ucharr,sign,q=0,tt=0,scale;//************段碼顯示*************//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//小數(shù)局部段碼表ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d, 0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6, 0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//個(gè)位帶小數(shù)點(diǎn)的段碼表uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//讀出溫度暫放uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù)，共4個(gè)數(shù)據(jù)和1個(gè)運(yùn)算暫用//**************11us延時(shí)函數(shù)*************//voiddelay(uintt){ for(;t>0;t--);}voidscan(){ intj; for(j=0;j<4;j++) { switch(j) { case0:dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;//小數(shù) case1:dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(50);w1=1;//個(gè)位 case2:dm=table_dm[display[2]];w2=0;delay(50);w2=1;//十位 case3:dm=table_dm[display[3]];w3=0;delay(50);w3=1;//百位 } }}//************DS18B20復(fù)位函數(shù)************//ow_reset(void){ charpresence=1; while(presence) { while(presence) { DQ=1;_nop_();_nop_();//從高拉到低 DQ=0; delay(50);//550us DQ=1; delay(6);//66us presence=DQ;//presence=0復(fù)位成功，繼續(xù)下一步 } delay(45);//500us 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