水温控制系统

浙江师范大学 数理与信息学院 《单片机原理及应用》期末课程 题 目： 基于单片机的水温控制系统 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信041班 姓 名： 王 炜 学 号： 04610122 指导老师： 余 水 宝 成 绩： 11 自己的东西少，格式也欠 ( 2007.1 ) 目 录 第1节 引 言……………………………………………………………………………3 1.1​ 水温控制系统概述……………………………………………………………3 1.2​ 本设计任务和主要内容………………………………………………………3 第2节 系统主要硬件电路设计………………………………………………………4 2.1 单片机控制系统原理…………………………………………………………4 2.2 温度采样电路…………………………………………………………………4 2.2.1温度传感器的选取……………………………………………………4 2.2.2温度传感器AD590……………………………………………………5 2.2.3电路原理及参数计算…………………………………………………5 2.2.4 ADC0804性能描述……………………………………………………5 2.3 温度控制电路…………………………………………………………………5 2.4 主机控制部分…………………………………………………………………6 2.5 键盘及数字显示部分…………………………………………………………6 第3节 系统软件设计…………………………………………………………………8 3.1 主程序流图……………………………………………………………………8 3.2 主程序…………………………………………………………………………8 3.3 键盘和数字显示流程图………………………………………………………14 3.4 键盘显示程序…………………………………………………………………14 第4节 结束语…………………………………………………………………………23 参考文献…………………………………………………………………………24 基于单片机的水温控制系统 数理与信息工程学院 电信041班 王炜 指导教师：余水宝 第1节​  引 言 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。 但是利用AT89C51单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。 1.1 水温控制系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的截流角度出发，节省电能，保护环境。 1.2 本设计任务和主要内容 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，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。 本设计主要内容如下： 　 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 　　（2）环境温度降低时温度控制的静态误差≤1℃。 　　（3）用十进制数码管显示水的实际温度。 　　（4）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。 　　（5）温度控制的静态误差≤0.2℃。 　　 第2节​  系统主要硬件电路设计 2.1 单片机控制系统原理 图2-1 单片机控制系统原理框图 2.2 温度采样电路 系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。如图：2-2 图2-2 信号采集电路 2.2.1 温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，有以下几种： 一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃。此器件具有体积小、质量轻、线形 度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 2.2.2 温度传感器AD590 测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±0.3℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±0.01℃ 。AD590为电流型传感器温度每变化1℃其电流变化1uA在35℃和95℃时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。 2.2.3电路原理及参数计算 温度采样电路的基本原理是采用电流型温度传感器AD590将温度的变化量转换成电流量，再将电流量转换成电压量通过A/D转换器ADC0804将其转换成数值量交由单片机处理。 2.2.4 ADC0804性能描述 ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在0—5v，转换速度小于100us，转换精度0.39﹪。满足系统的要求。 如图2-3 A/D转换电路 由于系统控制的水温范围为35℃--95℃,所以当输出电压为零伏时AD590的输出电流为308.2uA,因此为了使Ui的电位为零就必须使电流 等于电流 等于308.2uA, 三端稳压7812的输出电压为12v所以取电阻R2=30k , R1=10k的电位器。又由于ADC0804的输入电压范围为0—5v ，为了提高精度所以令水温为95℃时 ADC0804的输入电压为5v（即 Uo=5v）。当水温为95℃时AD590的输出电流为368.2uA。因此取R5=81k , R5=5k的电位器。 2.3 温度控制电路 此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。MOC3041光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100Ω电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。控制部分电路图 如图2-4 部分控制电路。 如图 2-4 部分控制电路 2.4主机控制部分 此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。如图2-5 主机控制部分 如图2-5 主机控制部分 2.5键盘及数字显示部分 在设计键盘/显示电路时，我们使用单片机2051做为电路控制的核心，单片机2051具有一个全双工的串行口采用串口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。键盘/显示接口电路如图2-6。 图3-4-1中单片机2051的P1口接数码管的8只引脚，这样易于对数码管的译码，使数码管能显示设计者所需的各数值、小数点、符号等等。 单片机2051的P3.3、P3.4、P3.5接3-8译码器74L138，译码器的输出端直接接八个数码管的控制端和键盘，键盘扫描和显示器扫描同用端口这样能大大的减少单片机的I/O，减少硬件的花费。 图2-6 键盘/显示部分电路 键盘的接法的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机2051的端口资源有限，所以我们在设计中将传统的4*4的键盘接成8*2的形式（如图2-7），键盘的扫描除了和显示共用的8个端外，另外的两个端直接和2051的P3.2和P3.7相连。 图2-7键盘接线 如图2-7的接法已经完全用完了单片机的15个I/O口，有效的利用了单片机的资源。 第3节 系统的软件设计 3.1 系统主程序设计 3.2 主程序 主程序如下：ORG 0000H AJMP START ;主程序 ORG 000BH AJMP TIM0 ;T0中断子程序 ORG 0023H AJMP RT ;串口中断接受子程序 ORG 0100H START:MOV 50H,#00H ;初始化设定温度 MOV 51H,#00H MOV 52H,#00H MOV 53H,#00H MOV 54H,#0C6H ;发送第5个数码管字形码“C” MOV TMOD,#01H ;T0工作在MODE1 MOV TH0,#0ECH ;晶振12M，50ms中断一次 MOV TL0,#78H SETB TR0 MOV TMOD,#20H ;T1工作在MODE2 MOV TH1,#0E6H ;设波特率 MOV TL1,#0E6H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV IE,#92H ;允许T0,RI中断 MOV R6,#04H ;初始要接收的数据个数 MOV R1,#50H ;初始要接收数据的起始地址 MOV R4,#00H REY: MOV A,53H CJNE A,#00H,YES SJMP REY YES: MOV R3,#00H YES1: CLR P2.0 ;开始AD转换 CLR P3.6 SETB P3.6 ACALL DELAY J1: MOVX A,@R0 ACALL SJCL ;调用数据处理子程序 ACALL DISP DJNZ R3,MM ACALL FS ;调用串口发送子程序 AJMP YES MM: AJMP YES1 SJCL:MOV B,#60 MUL AB MOV 61H,A MOV A,B ADD A,#35 ACALL L10 MOV 60H,R5 ;存十进制高八位 （个位和十位） MOV A,61H MOV B,#9 MUL AB MOV 61H,B ;存十进制低八位 （小数点） RET L10: CLR C MOV R5,#00H ;初始化十进制转换的地位寄存器 MOV R4,#08H ;调整次数 NEXT:RLC A MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R2 DJNZ R4,NEXT RET DISP: MOV A,60H ANL A,#0F0H ;取D2的显示数据存入70H SWAP A MOV 70H,A MOV A,60H ANL A,#0FH ;取D1的显示数据存入71H MOV 71H,A MOV 72H,61H ;取D0的显示数据存入72H MOV R0,#70H ;取相应的字形码分别存入55-57H MOV DPTR,#TAB MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 55H,A INC R0 MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 56H,A INC R0 MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 57H,A MOV A,56H ADD A,#80H ;在D1字形码上加小数点 MOV 56H,A RET FS: MOV A,R0 PUSH ACC MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV R0,#54H ;设定发送起始地址 MOV R7,#04H LOOP:MOV SBUF,@R0 JNB TI,$ CLR TI INC R0 DJNZ R7,LOOP POP ACC MOV R0,A RET ;串口中断接受子程序 RT: PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR ES SJ: MOV @R1,SBUF INC R1 CJNE R4,#03H,MOVE SJMP MOVE1 MOVE :INC R4 CLR RI JNB RI, $ MOVE1:DJNZ R6,SJ MOV R4,#00H MOV R1,#50H ;重置接收起始地址 MOV R6,#04H ;重置接收个数 SETB ET0 SETB ES POP PSW POP ACC RETI ;T0中断子程序 TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#0ECH ;重设中断时间 MOV TL0,#78H CLR C ;ACALL JS MOV A,51H CJNE A,70H,Q1 ;最高位比 SJMP Q2 Q1: JC OFF SJMP ON Q2: MOV A,52H CJNE A,71H,Q3 Q3: JC OFF ON: CLR P1.4 CLR P1.2 RE: POP PSW POP ACC RETI OFF: SETB P1.4 SETB P1.2 SJMP RE DELAY:MOV R7,#50 DJNZ R7,$ RET TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H 3.3键盘显示程序 3.4 键盘显示程序 键盘显示程序如下： FLAGA BIT 4EH FLAGB BIT 4FH ORG 00H JMP START ORG 23H JMP UARTI START: CLR FLAGA CLR FLAGB MOV 30H,#07H ;系统显示 MOV 31H,#07H ;PPPPPPPP MOV 32H,#07H MOV 33H,#07H MOV 34H,#07H MOV 35H,#07H MOV 36H,#07H MOV 37H,#07H MOV R1,#90H MOV R0,#50H PP: CLR P3.3 ;P3.5P3.4P3.3=000 CLR P3.4 CLR P3.5 MOV A,30H MOV P1,A SETB P3.3 ;001 MOV A,31H MOV P1,A SETB P3.4 ;010 CLR P3.3 MOV A,32H MOV P1,A SETB P3.3 ;011 MOV A,33H MOV P1,A SETB P3.5 ;100 CLR P3.4 CLR P3.3 MOV A,34H MOV P1,A SETB P3.3 ;101 MOV A,35H MOV P1,A SETB P3.4 ;110 CLR P3.3 MOV A,36H MOV P1,A SETB P3.3 ;111 MOV A,37H MOV P1,A DJNZ R0,PP MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ DJNZ R1,PP ;系统显示 MOV SCON,#52H ;串行口方式2，允许接收，初态TI=1 MOV 30H,#0FH ;0 MOV 34H,#0FH MOV 33H,#93H ;C MOV 37H,#93H Z1: CLR P3.3 ;000 CLR P3.4 CLR P3.5 MOV A,30H MOV P1,A JB P3.2,Z11 ACALL DELAY ;JIAN CHU LI JNB P3.2,$ SETB FLAGA JMP Z2 Z11: JB P3.7,Z2 ACALL DELAY ;JIAN CHU LI JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z2 JB FLAGB,Z12 MOV 31H,#0C0H ; MOV R0,#0 SETB FLAGB JMP Z2 Z12: MOV 32H,#0C0H ; MOV R1,#0 CLR FLAGB Z2: SETB P3.3 ;001 MOV A,31H MOV P1,A JB P3.2,Z21 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z3 JB FLAGB,Z22 MOV 31H,#0F9H ; MOV R0,#1 SETB FLAGB JMP Z3 Z22: MOV 32H,#0F9H ; MOV R1,#1 CLR FLAGB JMP Z3 Z21: JB P3.7,Z3 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z3 JB FLAGB,Z23 MOV R0,#2 MOV 31H,#0A4H ; SETB FLAGB JMP Z3 Z23: MOV 32H,#0A4H ; MOV R1,#2 CLR FLAGB Z3: SETB P3.4 ;010 CLR P3.3 MOV A,32H MOV P1,A JB P3.2,Z31 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z4 JB FLAGB,Z32 MOV 31H,#0B0H ; MOV R0,#3 SETB FLAGB JMP Z4 Z32: MOV 32H,#0B0H ; MOV R1,#3 CLR FLAGB JMP Z4 Z31: JB P3.7,Z4 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z4 JB FLAGB,Z33 MOV 31H,#99H ; MOV R0,#4 SETB FLAGB JMP Z4 Z33: MOV 32H,#99H ; MOV R1,#4 CLR FLAGB Z4: SETB P3.3 ;011 MOV A,33H MOV P1,A JB P3.2,Z41 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z5 JB FLAGB,Z42 MOV 31H,#92H ; MOV R0,#5 SETB FLAGB JMP Z5 Z42: MOV 32H,#92H ; MOV R1,#5 CLR FLAGB JMP Z5 Z41: JB P3.7,Z5 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z5 JB FLAGB,Z43 MOV 31H,#82H ; MOV R0,#6 SETB FLAGB JMP Z5 Z43: MOV 32H,#82H ;0 MOV R1,#6 CLR FLAGB Z5: CLR P3.3 ;100 CLR P3.4 SETB P3.5 MOV A,34H MOV P1,A JB P3.2,Z51 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z6 JB FLAGB,Z52 MOV 31H,#0F8H ; MOV R0,#7 SETB FLAGB JMP Z6 Z52: MOV 32H,#0F8H ; MOV R1,#7 CLR FLAGB JMP Z6 Z51: JB P3.7,Z6 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z6 JB FLAGB,Z53 MOV 31H,#80H MOV R0,#8 SETB FLAGB JMP Z6 Z53: MOV 32H,#80H MOV R1,#8 CLR FLAGB Z6: SETB P3.3 ;101 MOV A,35H MOV P1,A JB P3.2,Z61 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z7 JB FLAGB,Z62 MOV 31H,#98H MOV R0,#9 SETB FLAGB JMP Z7 Z62: MOV 32H,#98H MOV R1,#9 CLR FLAGB JMP Z7 Z61: JB P3.7,Z7 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z7 MOV A,R0 MOV B,#10 MUL AB MOV B,R1 ADD A,B MOV SBUF,A CLR FLAGA CLR FLAGB Z7: SETB P3.4 ;110 CLR P3.3 MOV A,36H MOV P1,A Z8: SETB P3.3 ;111 MOV A,37H MOV P1,A JMP Z1 DELAY: MOV R7,#0F0H DL0: MOV R6,#0F0H DJNZ R6,$ DJNZ R7,DL0 RET UARTI: PUSH ACC PUSH PSW MOV DPTR,#TABLE MOV A,SBUF JNB RI,$ CLR RI MOV B,A ANL A,#00FH MOVC A,@A+DPTR MOV 36H,A MOV A,B ANL A,#0F0H MOV B,#10H DIV AB MOVC A,@A+DPTR MOV 35H,A MOV A,R1 POP PSW POP ACC RETI TABLE: DB 11H,7DH,23H,29H,4DH DB 89H,81H,1DH,01H,09H； 结 束 语 首先，通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次训练，相信在接下来的日子我们都会了，而且会做得更好。 我所写的系统主要根据目前节省能源的发展趋势和国内实际的应用特点和要求，采用了自动化的结构形式，实现对水温的自动检测和控制。 系统以单片机AT89C52为核心部件，单片机系统完成对水温信号的采集、处理、显示等功能;用Protel软件绘制电路原理图和PCB电路印刷板图，并在电路板厂制作控制主板;利用MCS51汇编语言编制,运行程序该系统的主要特点是: 1)适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同用户水温的要求，实现对水温的实时监控。避免了电力力资源的浪费，节省了能源。 2)将单片机以及温度传感器引入对水温的和处理中，单片机控制决策无需建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合对非线性、时变、滞后系统的控制，对水温控制系统采用单片机控制非常适合。 3)系统成本低廉，操作非常简单，可扩展性强，只要稍加改变，即可增加其他使用功能。 本系统对现代化的发展具有十分重要的意义： 首先，节省了能源，特别是最近几年，我国东部沿海地区电力资源缺口十分巨大，可以缓解部分电力资源压力。 其次，由于我过大部分电力资源是火力发电，因而从一定程度上节省了自然资源，以及保护了环境。 通过对本设计的思考，更加加深了对单片机的认识，熟练了单片机的编程，更对当前的温度传感器有了更深刻的认识与了解，但是由于此系统依赖温度传感器，因而对温度传感器的稳定性，线性等诸多方面有着严格的要求，但是传感器的性能越好，相对而言其价格也就越高，因而在此设计中，温度传感器我个人觉的还是存在遗憾，其次，由于采用了汇编语言，所以其编程过程复杂不易查错。最后由于时间紧迫，本设计还有诸多地方需要改进。 由于本设计是从保温部分节能为出发点而设计，因而在其加热部分还是存在很大能源浪费，因而在日后的开发应用中因当注意要，对其加热部分的选材的改进。 参考文献 [1]：大学生电子设计竞赛组委会、第五届全国电子设计竞赛获奖作品选编北京：北京理工大学出版社2003 [2]：大连理工大学 2C串行总线原理及其在单片机接口中的实现 作者： 唐鹏程 邹久朋 [3]：电子测量 电气测量技术和仪器 [4」武庆生，仇梅.单片机原理与应用.电子科技大学出版，1998,12 [5] 朱定华.单片机原理与接口技术.电子工业出版社，2001,4 [6] 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社，2003,7 [7」吴普特，牛文全，郝宏科.现代化高效节水灌溉设施.化学工业出版社，2002b,5