参考基于单片机at89s52的水温控制系统毕业论文

参考基于单片机at89s52的水温控制系统毕业论文内容摘要：

电路主要完成系统的上电复位和系统运行过程中的用户按键 复位功能。 复位电路可有简单的 RC电路构成。 本系统采用如下所示。 工作原理是：上电瞬间， RC电路充电， RESET引脚出现正脉冲，只要 RESET保持 10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位 ，如图 38所示。 R E S E T30 P FC30. 01 UR14K 7R24K 75V 图 38 单片机复位电路 对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第 9引脚对低电压为 0，可以用导线短时间和 +5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路没有问题。 单片机键盘与显 示电路 单片机键盘电路采用 矩阵键盘，但只用其中的四个键，分别为十位加，十位减，个位加，个位减。 在单片机系统中，常常用数码管作显示器，一般的显示器为 4位或 8位。 本系统使用数码管显示温度。 温度的显示 有两种，一种为设定温度需两位数码显示。 一种为检测到的温度，需要三 位数码管。 数码管显示电路有静态和动态显示两种。 本设计采用的属于数码管静态显示方式，共阳极数码管用 74HC595驱动。 也可用动态扫描的方式，但此时数码管需要三极管驱动， 10 就会占用较多的单片机端口，而前者只占用单片机 3个 I/O口，节省了很大部分的资源，所以显 示电路用 74HC595驱动的静态显示方式。 数码管 七段码如下所示： 显示 字符 共阳极段码 显示 字符 共阳极段码 0 0xc0 5 0x92 1 0xf9 6 0x82 2 0xa4 7 0xf8 3 0xb0 8 0x80 4 0x99 9 0x90 表 31 共阳极数码管段码表 静态显示方式亮度大，很容易做到显示不闪烁。 它的优点是 CPU不必繁忙的为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计较简单，从而使单片机有更多的时间处理其他事务。 电源电路部分 在该系统中 需要用到 +5V和 +15V的直流稳压电源，在我们生活中一般都是使用 220V的交流电，为获得高质量的直流稳压电源，这就需要我们进行电压转化。 其转化如下 图39。 220V 输出 图 39 直流稳压电路框图 这里的滤波是为了滤去外界电源输入带来的一些不稳定因素，比如说纹波的影响，而用一个大电容和一个小电容的组合，是为了分别滤去低频或高频的纹波。 电源部分电路如下图： 从变压器输出的交流电压经过整流、滤波后产生的不稳定直流电压，从稳压器的输入端 输入，在稳压器 的输出端就可得到稳定的直流电压输出。 正常工作时稳压器的输入、输出电压差为 23V，电容用来实现频率补偿。 图中 C1可防止由于输入引线较长而的电感效应而产生的自激。 C2用来 减少由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。 电解电容用来进一步减小 低频干扰 ，如下图 310。 整流 滤波 稳压 滤波 11 C20. 01 uC10. 33 uC547 00 uC847 00 uVI1VO3GND2U178 0 5R130 0B R 1B 80 C 10 0 0D1D I O D E LE DT R 1T R A N 2P 2 S+ 5 V 图 310 直流稳压电源电路图 执行部分电路 该部分电路主要解决弱电对强电的控制以及弱电与强电的隔离。 C10. 01 u fR130 0R215 0R333 0R439U2Z e r oC r o ssin g1264U1M O C 30 4 1L1加热丝+ 5 VP W M2 2 0 V 图 311 执行部分电路 在上 图 311所示中， MOC3041 是具有双向晶闸管输出的光电隔离器， U2是功率双向晶闸管 ，加热丝是负载，在 MOC3041 内部集成了发光二极管、过零检测电路和一个小功率双向晶闸管。 当单片机 PWM输出为 低电平“ 0” 时， MOC4031 中的 发光 二极管导通，发光二极管发光，由于过零检测电路的同步作用，内部的双向晶闸管在过零后马上导通，从而使功率双向晶闸管 U2导通，负载中有电流 通过，反之当 PWM 输出为高电平“ 1”时， U2 截止 ，负载中没有电流通过。 由于加热丝属于电感元件，故需在电路中接入一个 的电容来校正零电位。 12 第四章 水温控制系统软件电路设计 系统采用单片机作为控制单元 ，在系统硬件电路设计完成后，系统还要软件才能正常工作，系统性能的好坏，功能的完善与否，很大程度上取决于软件设计，本系统采用模块化编程，这样比较简单。 下面详细介绍该系统的软件设计部分。 软件设计总体框图 主程序流程图 主程序包括 AT89S52本身的初始化等，大体说来，本程序包括设置有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、 T1初始化、 CPU开中断、温度显示和键盘扫描等程序。 初始化后，各子程序顺序调用执行，但执行的频率应不相同，如显示子程序可控制为 1ms执行一次，而采样子程序只需 1s执行一次，进入子程序后首先判断时间计数器即可实现对子程序执行周期的控 制。 程序按照模块 化设计，所有功能都可通过调用子程序完成，主程序较简单，流程图如下图 42所示。 键值处理 PWM 波产生 键盘扫描 LED显示 AD采样及上传 光耦控制加热 主控程序模块 图 41 软件设计主题框图 13 N Y 图 42 主程序流程图 数据采集 转换 程序设计 在 一个数据采集系统中，通过传感器先将被测得的物理量变成模拟电压或电流信号，然后由 A/D转换器将此模拟量再转换成数字量后，即可确定被测物理量的数值。 为了使数据采集子程序具有一定通用性，将数据缓冲区首地址、被采集数据块长度、A/D转换器模拟输入通道地址以及 A/D转换器数据通道地址等作为子程序的运作参数，由主程序在调用该程序 前向子程序进行传递。 由于测量环境和测量元器件的影响，在测量一定 物理量数值时往往存在误差，所以我们采用多次测量求平均值的方法求得 其流程图如下图 43 光耦可控硅控制 取键值 系统初始化 键盘扫描，去抖处理 A/D 转换处理 键值处理 是否有数据采样处理 开始 开始 14 Y N 图 43 数据采集转换程序流程图 键盘 与显示 程序 设计 由于机械触点有弹性，在按下或弹起按键时会出现抖动，从最初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，如图 44 所示。 为了保证探险键识别的准确性，必须消除抖动。 消抖处理有硬件和软件两种方法：硬件消抖是利用加支抖动电路滤避免 产生抖动信号；软件消抖是利用数字滤波技术来消除抖动。 我们采用软件的方法，利用主程序循环扫描，主程序每循环一次扫描到的键值相同时，则说明是某键按下。 图 44 按键波形图 是否有温度采样。 AD 采样数据处理 转换成温度值 转换成十进制 LED 显示 结束 15 Y N Y N 图 45 键盘与显示程序流程图 光耦可控硅控制 程序 设计 光耦可控硅 是和单片机的 脚相连的，它的开断 取决于 脚的输出。 当输出大于零说明设定值小于等于实际输出值， 调节占空比， 这时 关闭电炉，同时关闭定时器的计时。 否则如果输出值小于设定值 1 摄氏度时就 调节占空比， 打 开电炉对水开始加热。 如果设定值与实际输出值差值在 1摄氏度以内时，我们就停止加热。 具体程序 见附录 1。 开始 是 否 有 确 认 键 按下。 刷新 LED 显示电路 是否有确认键按下 LED 显示 设置系统状态为温度确认状态 结束 16 第五章 系统的调试与 结果 分析 AD590 测温电路调试 AD590 的工作电压可以在 4V30V 的范围内选用，但某一工作电压一经确定后，应尽可能使其稳定，因为工作电压波动将引起 AD590 输出电流在一定 程度的相对漂移，造成测量误 差。 AD590 输出电流在远距离传输时，虽然它对导线产生的压降不敏感，但应避免传输导线回路受电磁干扰影响产生感应电势而导致回路电流变化造成测量误差。 由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电阻进行调整。 调整方法为：如图 35 把 AD590 放于冰水混合物中调节电位器 Rv2，各温度对应的 电流电压值 如下 表51所示： 摄氏温度 /℃ AD590电流 /uA 经 30K电压 /v 0 40 50 60 70 80 90 100 表 51 AD590测试电路电流、电压表 摄氏温度电路调试 摄氏温度电路调试方法 由于 AD590 测得的开氏温度必须转化为摄氏温度 （如图 35） ，当 T=50℃ 时和 T=0℃时，变换电路输出电压上限 Umax=5v,电压下限为 Umin=0V,实现的办法是 调整 Rv1。 当温度为 0℃ 时 ，通过 AD590的电流 为 ，此时 M1处电压为 ， 调节 Rv1 使 输出 M2 处 电压为 0V。 其余各温度所对应的输出电压 M2 处 具体对应数值如下表 52 所示 ： 温度 0 40 46 58 70 78 82 90 17 /℃ 理论值 /v 0 实测值 /v 0 绝对误差/v 0 表 52 温度与所对应的电压表 定标方法： a、断开温度转换电路 图中 M1 点，串入万用表，调节电位器 Rv2，使万用表读数为 ，取下万用表，接通 M1 点。 b、将 AD590 置于 50℃ 水中（封装后），调整 Rv1（此时不可再动 Rv2），使 M2 点电压为。 c、将 AD590 置于 0℃ 冰水混合物中，测试 M2 点电压为 0V。 d、 再将 AD590 置于 50℃ 水中，测试 M2 点电压应为 ，如有偏离，可微调电位器 Rv1，使 M2 值为。 e、 重复 b、 c、 d 过程 二到三次，就可使 M2 点电压保持 0℃ 时的 0V 和50℃ 的。 摄氏温度电路部分误差分析 电阻的精确度未达到要求。 运算放大器产生的漂移。 测量工具自身的精度问题。 控制电路的调试 控制电路调试方法 如图 311 所示 将 光耦 M0C3041 的 电压输入端加上 5V电压 将加热器 接在电路中 ，并给电路加 220V 电压 在 PWM输入端加低电平，观察加热器是否开始加热 在 PWM输入端加高电平，观察加热器是否停止加热 若控制电路满足 4 要求，则说明双向晶闸管能正常通断，控制电路能正常工作，否则检查各个芯片及其连接情况。 18 控制电路调试过程应注意的问题 由于加热器工作电压为 220v，因此在测试时应将电源与电路板连接处的导线用绝缘胶封住，避免造成危险。 测试结果及分析 对电路中各个模块调试完成后 ，将各模块连接进行联调，根据设定温度，检测温度以及温度计读数得出以下数据表 53： 设定温度 /℃ 动态稳定温度/℃ 温度计读数/℃ 最高显示温度 /℃ 超调量Mp/℃ 55 56 61 62 65。