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基于51单片机水温控制器设计论文.pdf
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基于51单片机水温控制器设计论文.pdf
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目录
摘要
....................................................................................
2
1
、
前言
.................................................................................
3
2
、
正文
.................................................................................
3
2.
1
设计方案论证
.......................................................................
3
2.
2
计算部分
.........................................................................
4
2.
3
设计部分
.........................................................................
4
2.
3.
1
硬件设计
..................................................................
5
2.
3.2
系统软件设计
............................................................
11
2.
3.
3
方案的校验
...............................................................
12
3
、
结论
.................................................................................
12
4
、
致谢
................................................................................
13
5
、
参考文献
............................................................................
14
附录
A
原理图
...........................................................................
15
附录
B
源程序
...........................................................................
15
附录
C
实物图
...........................................................................
26
1
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摘要
随着现代工业的逐步发展
,
在工业生产中
,
温度
、
压力
、
流量和液位是四种最常用
过程变量
。
其中温度是一个非常重要的过程变量
。
采用单片机来对它们进行控制不仅具
有控制方便
、
简单和灵活性的大优点
,
而且可以大幅度提高被测温度的的技术指标
,
从
而能大大提高产品的质量和数量
。
温度控制器系统可以说无处不在
,
热水器系统
、
空调系统
、
冰箱
、
电饭煲
、
电风扇等
家电产品以至于手持式高速高效的计算机和电子设备
,
均需要提供温度控制功能
。
以计
算机为例
,
当中的中央处理器的运行速度愈快
,
所消散的热量便愈多
,
为免计算机系统
过热而受损
,
有关系统必须加强温度过高保护功能
。
传统的温度采集电路相当复杂
,
需要经过温度采集
、
信号放大
、
滤波
、
AD
转换等一
系列工作才能得到温度的数字量
,
并且这种方式不仅电路复杂
,
元器件个数多
,
而且线
性度和准确度都不理想
,
抗干扰能力弱
。
现在常用温度传感器芯片不但功能损耗低
、
准
确率高
,
而且比传统的温度传感器有更好的线性表现
,
最重要的一点是使用起来方便
。
水温控制在工业及日常生活中应用广泛
,
分类较多
,
不同水温控制系统的控制方法
也不尽相同
,
其中以
PID
控制法最为常见
,
但是
,
常规调节三个参数的整定一般需要经
验丰富的工程技术人员来完成
,
步骤繁琐复杂
,
既耗时又耗力
,
而且当对象特征变化时,
又要重新整定
,
并且在现代工业控制过程中
,
许多被控对象机理复杂
,
这种情况下
,采
用常规
PID
调节器
,
三个参数的整定比较困难
,
为此本文提出了才有归一参数整定法
,
即只整定一个参数
,
这样减少了许多工作量
,
提高了工作效率
,
为实现简易的自整定控
制带来方便
。
关键词
:
单片机;
STC89C5
1;
温度控制器
;DS18B20;
2
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88007717/bg3.jpg)
1
、
前言
现代社会中
,
温度控制的应用越来越多
。
温度是与人们的生产生活密切相关的一个
物理
,
因此产生了各种各样的温度测方法
,
在工业领域内
,
对温度的测控十分广泛
。
在很
多工业应用的场合下
,
环境非常恶劣
,
人工直接操作
仪表很不现实
,
采用有线数据通
信的方式也有限制
,
在数据记录上也需要人工抄写
,
因此需要一种无线隔离的操作方式
。
而在实际温控过程中既要求系统的稳定性
,
又要求快速性
。
下面仅就在社会生产和生活
中用处比较广泛的几处应用加以阐释
。
(1)
在电子设备设计中
,
为防止系统损坏或性能降低
,
大都安装了用于监视危险
温度的传感器
,
在多个热点的系统中需要进行多点温度测量
。
微处理器
(CPU)
和数字
信号处理器
(DSP)
为高速芯片
,
可能产生过热即危险温度
。
另外一个热源是安装在机
箱后部散热器上的功率器件
。
风扇是用来散热的
,
但它的长时间运转也会造成过热
。
在
每一处都有放置一个温度传感器可以单独监视每一处温度
,
任一处温度超出了安全范
围
,
系统就可以通过减低时钟速度或关掉系统电源等手段防止发生问题
。
2
、
正文
单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名
,
具体说就是把中央处理器
CPU
(Central
Processing
Unit)
、
随机存储器
RAM
(Random
Access
Memory)
>
只度存储器
(Read
Only
Menory)
、
中断系统
、
定时器
/
计数器以及
I/O
(Input/Output)
口电路等
主要微型机部件
,
集成在一块芯片上
。
虽然单片机只是一个芯片
,
但从组成和功能上看,
它已经具有了计算机系统的属性
,
为此称它为单片微型计算机
SCMC
(Single
Chip
Microcomptuer)
,
简称单片机
。
通常所说的单片机系统都是为了实现某一控制应用需要
由用户设计的
,
是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统
。
在这个系统中
,
单片
机处于核心地位
,
是构成单片机系统的硬件和软件的基础
。
2.
1
设计方案论证
利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器
。
这些呈现规
律性变化的物理性质主要有体
。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分
,
品种繁多
。
按
3
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88007717/bg4.jpg)
测量方式可分为接触式和非接触式两大类
,
按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻
和热电偶两类
。
方案一
:
由于本设计是测温电路
,
可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应
,
在将随被
测温度变化的电压或电流采集过来
,
进行
A/D
转换后
,
就可以用单片机进行数据的处
理
,
在显示电路上
,
就可以将被测温度显示出来
,
这种设计需要用到
A/D
转换电路
,
感温电路比较麻烦
。
方案二
:
进而考虑到用温度传感器
,
在单片机电路设计中
,
大多都是使用传感器
,
所以这是
非常容易想到的
,
所以可以采用一只温度传感器
DS18B20,
此传感器
,
可以很容易直接
读取被测温度值
,
进行转换
,
就可以满足设计要求
。
从以上两种方案
,
两种都完全能够满足设计需要
,
很容易看出
,
采用方案二
,
电路
比较简单
,
软件设计也比较简单
,
故采用了方案二
。
2.2
计算部分
(1)
传统的分立式温度传感器(含敏感元件
);
(2)
模拟集成温度传感器/控制器
;
(3)
智能温度传感器
。
国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式
、
由集成化向智能化
、
网
络化的方向发展
。
在
20
世纪
90
年代中期最早推出的智能温度传感器
,
采用的是
8
位
A/D
转换器
,
其测温精度较低
,
分辨力只能达到
1°
Co
国外已相继推出多种高精度
、
高分辨
力的智能温度传感器
,
所用的是
9~12
位
A/D
转换器
,
分辨力一般可达
0.
5^0.
0625°
C
。
由美国
DALLAS
半导体公司新研制的
DS1624
型高分辨力智能温度传感器
,
能输出
13
位
二进制数据
,
其分辨力高达
0.
03125°
C,
测温精度为
±0.2
。
Co
为了提高多通道智能温
度传感器的转换速率
,
也有的芯片采用高速逐次逼近式
A/D
转换器
。
目前
,
智能温度传
感器的总线技术也实现了标准化
、
规范化
,
所采用的总线主要有单线
(1-Wire)
总线
、
I2C
总线
、
SMBus
总线和
spl
总线
。
温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通
信
。
2.3
设计部分
(二)单片机的选型
4
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88007717/bg5.jpg)
本课题设计的温度控制系统主控制芯片选型为
STC89C51
单片机
,
其特点如下
:
1.
STC89C51
单片机简介
目前
,
51
系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用
,
因此我们可以在许多单
片机应用领域中
,
配接各种类型的语音接口
,
构成具有合成语音输出能力的综合应用系
统
,
以增强人机对话的功能
。
STC89C51
单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片
机
,
在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分
。
每一个单片机包括
:
一个
8
位的微型处理器
CPU
;
一个
512K
的片内数据存储器
RAM
;
4K
片内程序存储器
;
四个
8
位并行的
I/O
接口
P0-P3,
每个接口既可以输入
,
也可以输出
;
两个定时器/记数器
;
五
个中断源的中断控制系统
;
一个全双工
UART
的串行
I/O
0
;
片内振荡器和时钟产生电
路
,
但石英晶体和微调电容需要外接
。
最高允许振荡频率是
12MHZ
O
以上各个部分通过
内部总线相连接
。
2.
STC89C51
单片机时序
STC89C51
单片机的一个执器周期由
6
个状态
(si
—
s6)
组成
,
每个状态又持续
2
个震
荡周期
,
分为
P1
和
P2
两个节拍
。
这样
,
一个机器周期由
12
个振荡周期组成
。
若采用
12MHz
的晶体振荡器
,
则每个机器周期为
lus,
每个状态周期为
l/6us
;
在一数情况下,
算术和逻辑操作发生在
N
期间
,
而内部寄存器到寄存器的传输发生在
P2
期间
。
对于单
周期指令
,
当指令操作码读人指令寄存器时
,
使从
S1P2
开始执行指令
。
如果是双字节
指令
,
则在同一机器周期的
s4
读人第二字节
。
若为单字节指令
,
则在
51
期间仍进行读,
但所读入的字节操作码被忽略
,
且程序计数据也不加
1
。
在加结束时完成指令操作
。
多
数
STC89C52
指令周期为
1
—
2
个机器周期
,
只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期
的指令
,
它们需
4
个机器周期
。
对于双字节单机器指令
,
通常是在一个机器周期内从
程序存储器中读人两个字节
,
但
Movx
指令例外
,
Movx
指令是访问外部数据存储器的单
字节双机器周期指令
,
在执行
Movx
指令期间
,
外部数据存储器被访问且被选通时跳过
两次取指操作
。
2.3.1
硬件设计
由于单片机具有以下的很多优点
,
被我们选定为制作该作品的首选芯片
单片机特点
:
(1)
高集成度
,
体积小
,
高可靠性
5
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