浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),浴室,水溫,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文介紹了以51單片機(jī)為核心的溫度控制器的設(shè)計(jì)，從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩方面作了較為詳盡的闡述。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，溫度調(diào)節(jié)，溫控系統(tǒng)，51單片機(jī) AbstractThis paper introduces a temperature control system that is based on the 51 single-chip computer．The hardware composition and software design are described in detail of this Control System of Water Temperature．Keywords ：Data acquisition Temperature regulation Control system of water temperature 51 Single-chip Computer目 錄1 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 單片機(jī)簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2.1 單片機(jī)的由來. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2.2 MSC-51 系列引腳圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.1設(shè)計(jì)要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3.2 總體設(shè)計(jì)方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.2.1 硬件電路總體設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3.2.2 軟件電路總體設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 4.1 傳感器的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 4.1.1 溫度傳感器的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 4.1.2 流量傳感器的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4.2 溫度調(diào)節(jié)器的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4.3 硬件電路設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.3.1 AD590 外圍電路設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.3.2 電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.3.3 鍵盤及顯示的設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.3.4 掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..14 5.1 系統(tǒng)定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2 程序框圖及主要程序功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.2.1 主程序模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155.2.2 溫度測量子程序框圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2.3 調(diào)整設(shè)定溫度子程序框圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17設(shè)計(jì)總結(jié). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 附錄（顯示子程序）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19致謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22PID 是比例，積分，微分的縮寫.比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù) Ti，Ti 越小，積分作用就越強(qiáng)。反之 Ti 大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD 或 PID 控制器。PID目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能 PID 控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的 PLC-5 等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 1、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量 )對(duì)控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系 統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系 統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字 來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控 制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。 4、PID 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)” 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay) 組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“ 微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD) 控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 5、PID 控制器的參數(shù)整定 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 對(duì)于溫度系統(tǒng)：P（%）20--60 ，I（分）3--10 ，D（分）0.5--3 對(duì)于流量系統(tǒng)：P（%）40--100，I（分）0.1--1 對(duì)于壓力系統(tǒng)：P（%）30--70 ，I（分）0.4--3 對(duì)于液位系統(tǒng)：P（%）20--80 ，I（分）1--5 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降 曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長 理想曲線兩個(gè)波，前高后低 4 比 1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低PID 與自適應(yīng) PID 的區(qū)別：首先弄清楚什么是自適應(yīng)控制在生產(chǎn)過程中為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，節(jié)約原材料，要求生產(chǎn)管理及生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。因此產(chǎn)生了一種最優(yōu)控制的方法，這就叫自適應(yīng)控制。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測參數(shù)，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時(shí)處于最佳狀態(tài)。自適應(yīng)控制包括性能估計(jì)（辨別）、決策和修改三個(gè)環(huán)節(jié)。它是微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來尚有一些難以解決的問題。 加入自適應(yīng)的 pid 控制就帶有了一些智能特點(diǎn)，像生物一樣能適應(yīng)外界條件的變化。 還有自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，就更加智能化了。http://www.czyb.net/czyb_Product_2676177.htmlAD 轉(zhuǎn)換（數(shù)碼顯示） 程序介紹：利用 ADC0809 模擬通道 3 輸入電壓，經(jīng)單片機(jī)處理后在數(shù)碼管上用相對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)顯示出來，0 —5V 對(duì)應(yīng)為 0--0FFH。 實(shí)際應(yīng)用例如：數(shù)據(jù)采集。 程序操作：程序?qū)懲晟想娺\(yùn)行后，用本機(jī)配帶的專用起微調(diào)圖 15 所示電位器，會(huì)在數(shù)碼管上看到隨不同電壓而變化的對(duì)應(yīng) 16 進(jìn)制值。也可以用萬用表實(shí) DC0809IN3 腳電壓，來檢驗(yàn)所對(duì)應(yīng)顯示的 16 進(jìn)制數(shù)。 程序?qū)嵗╝d.asm）: ORG 0000H MAIN1: ACALL DELAY ;延時(shí) ACALL AD ;呼叫 AD 子程序 ;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽高位低位送顯//////////////////// MOV 31H,30H MOV A,30H ANL A,#0FH MOV DPTR,#SETTAB MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A D1: JNB TI,D1 CLR TI ;////////////////////////////////////////////////// ;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽低位高位送顯//////////////////// MOV A,30H ANL A,#0F0H SWAP A MOV DPTR,#SETTAB MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A D2: JNB TI,D2 CLR TI ;////////////////////////////////////////////////// AJMP MAIN1 ;返回主程序 AD: MOV DPTR,#7F00H ;指向轉(zhuǎn)換地址 MOV A,#03H ;指向轉(zhuǎn)換口 MOVX @DPTR,A ;轉(zhuǎn)換 MOV R1,#64H D3: DJNZ R1,D3 ;等 100 微秒轉(zhuǎn)換完 MOVX A,@DPTR ;轉(zhuǎn)換后的值給 A MOV 30H,A ;轉(zhuǎn)換的值給 30H RET DELAY: ;延時(shí) MOV R2,#0FFH D14: MOV R3,#0FFH D12: DJNZ R3,D12 DJNZ R2,D14 RET SETTAB: DB 0FCH,60H,0DAH,0F2H,66H,0B6H,0BEH,0E0H, 0FEH,0F6H DB 0EEH,3EH,9CH,7AH,9EH,8EH END浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),學(xué)院、系 理工學(xué)院、電子系 專業(yè)名稱 通信工程專業(yè) 年 級(jí) 03 級(jí) 學(xué)生姓名 薛成鈞 指導(dǎo)教師 孫利麗,浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、單片機(jī)簡介 1.1 單片機(jī)的由來 單片機(jī)，專業(yè)名稱—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL 公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48，后來有了MCS-51，現(xiàn)在還有MCS-96 系列，我們經(jīng)常說的51 系列單片機(jī)就是MCS-51，它是一種8 位的單片機(jī)，而MCS-96 系列則是一種16 位的單片機(jī)。后來INTEL 公司把它的核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司，所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51 系列兼容單片機(jī)，目前在我國比較流行的就是美國ATMEL 公司的89C51，它是一種帶Flash ROM 的單片機(jī)。,1.2 MSC-51系列引腳圖,1． VCC（40）：電源+5V。 2． VSS（20）：接地，也就是GND。 3． XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它 的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2 上加外部時(shí)鐘信號(hào)。 4． PSEN（29）：片外ROM 選通信號(hào)，低電平有效。 5． ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM 編程 脈沖輸入端。 6． RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。 7． EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM 選擇端。 8． P0 口（39-32）：雙向I/O 口。 9． P1 口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0 口。 10． P2 口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0 口。 11． P3 口（10-17）：多用途口。,二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。本題目要求實(shí)現(xiàn)浴池的水溫自動(dòng)控制和用水量自動(dòng)檢測，要求水溫的給定溫度可以由操作面板上的鍵盤輸入，也可以由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)串行傳送輸入。,具體要求： 實(shí)現(xiàn)水溫和用水量的自動(dòng)控制 水溫設(shè)定溫度通過鍵盤輸入或遠(yuǎn)程串行通訊輸入 顯示溫度到小數(shù)點(diǎn)后1位；用水量到小數(shù)點(diǎn)后2位 水溫控制精度為±0.5℃,2.2總體設(shè)計(jì)方案 2.2.1 硬件電路總體設(shè)計(jì) 硬件電路主要有： 主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤控制電路、控制執(zhí)行電路、顯示電路以及掉電保護(hù)電路。,2.2.2 軟件電路總體設(shè)計(jì) 浴池水溫控制系統(tǒng)的軟件程序用匯編語言編寫，主要用來對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中的特定單元,然后一部分送去進(jìn)行LED顯示，另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較,通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。 1、主程序 構(gòu)造整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行初始化，分配好地址，合理調(diào)用子程序。,2、子程序 ⑴溫度傳感器和流量傳感器輸出為模擬信號(hào)，經(jīng)過ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后,再通過軟件換算為與其對(duì)應(yīng)的溫度和流量。 ⑵ 利用中斷子程序，單片機(jī)完成A/D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)濾波、顯示當(dāng)前溫度、與設(shè)定值進(jìn)行比較和調(diào)用PID算法子程序并輸出控制信號(hào)等功能。 ⑶ 鍵盤中斷子程序優(yōu)先級(jí)最高，系統(tǒng)要實(shí)時(shí)響應(yīng)該中斷，以便進(jìn)行相應(yīng)的功能控制。 ⑷顯示子程序用來顯示被測溫度和流量。,三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 器件選型 3.1.1 數(shù)據(jù)采集電路 溫度傳感器選用AD590 流量傳感器選用LWGY渦輪流量傳 感器 A/D轉(zhuǎn)換電路選用ADC0809 3.1.2 溫度調(diào)節(jié)電路 溫度調(diào)節(jié)器選用電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥 3.1.3 看門狗電路選用X5045芯片,3.2 電路設(shè)計(jì) 3.2.1 AD590外圍電路設(shè)計(jì),3.2.2 電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計(jì),該系統(tǒng)工作原理如下：現(xiàn)假設(shè)流人的熱水溫度為T熱、冷水溫度為T冷，混合水溫度為T混，顯然有T冷< T混< T熱。根據(jù)熱力學(xué)平衡方程，Q放=Q吸有， C水m熱(T熱一T混)=C水m冷(T混一T冷) (1) 由式(1)可以推出， (2) 式(2)可變?yōu)? (3),,,,顯然，由式(3)可知，在T熱、T冷一定的情況下，T混是的遞增函數(shù)。這樣，當(dāng)實(shí)測溫度T測小于設(shè)定溫度T設(shè)時(shí)，可通過控制兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量使得增大，就可以使T測逐漸逼近T設(shè)，最后達(dá)到溫度的調(diào)節(jié)。反之，T測大于T設(shè)時(shí)，通過控制兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使減小，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。,當(dāng)單片機(jī)檢測到的T測< T設(shè)時(shí)，需要調(diào)節(jié)兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使增大，這只需使控制熱水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout1(控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1)增大，控制冷水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout2(控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥2)不變或減小，就能實(shí)現(xiàn)的增大，達(dá)到調(diào)節(jié)水溫的目的。,3.2.3 鍵盤及顯示的設(shè)計(jì) 鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，低電平有效。圖中按鍵AN1，AN2，AN3，AN4的功能定義如表 按鍵AN2與P2.2( EXTINT)相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級(jí)定為最高；按鍵AN3和AN4分別與P1.3和P1.4相連，采用軟件查詢的方式；AN1則為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。,功能表如下,鍵盤數(shù)字電路硬件部分電路圖,四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.2.1 主程序模塊 4.2.2 溫度測量子程序框圖 4.2.3 調(diào)整設(shè)定溫度子程序框圖 顯示子程序,顯示子程序： 程序?qū)嵗╝d.asm）: ORG 0000H ‘偽指令，指明以下程序的起始地址 MAIN1: ‘標(biāo)號(hào) ACALL DELAY ; 延時(shí) ACALL AD ; 調(diào)用呼叫AD子程序,;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽高位低位送顯 MOV 31H,30H ‘將數(shù)據(jù)從30H口送到31H存儲(chǔ)單元備份 MOV A,30H ‘將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)A寄存器，將28送A，28=1CH ANL A,#0FH ‘和00001111與00011100，屏蔽高4位得 00001100 MOV DPTR,#SETTAB ‘將數(shù)據(jù)表的首地址給DPTR MOVC A,@A+DPTR ‘取字符數(shù)據(jù)送A MOV SBUF,A ‘將顯示的字符數(shù)據(jù)送SBUF，SBUF是與LED顯示連接的接口 D1: JNB TI,D1 ‘TI不為0則轉(zhuǎn)移到D1 CLR TI ‘TI清零,;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽低位高位送顯 MOV A,30H ‘取數(shù)據(jù)，例如28，“1E”送A寄存器 ANL A,#0F0H ‘和11110000與，得高4位0001 SWAP A ‘低4位與高4位互換，將0001送到A寄存器的低4位，得00000001 MOV DPTR,#SETTAB ‘取字符數(shù)據(jù)首地址送DPTR MOVC A,@A+DPTR ‘將查到的字符數(shù)據(jù)送A寄存器 MOV SBUF,A ‘將字符送SBUF顯示 D2: JNB TI,D2 ‘TI不為0則轉(zhuǎn)移到D2，D2是 標(biāo)號(hào) CLR TI ‘TI清0 AJMP MAIN1 ‘返回主程序,AD: MOV DPTR,#7F00H ‘指向轉(zhuǎn)換地址 MOV A,#03H ‘指向轉(zhuǎn)換口 MOVX @DPTR,A ‘轉(zhuǎn)換 ‘把從端口30H得到的數(shù)據(jù)送到地址為7F00的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)換 MOV R1,#64H ‘64H減到0所需時(shí)間是100微秒 D3: DJNZ R1,D3 ‘等100微秒轉(zhuǎn)換完 MOVX A,@DPTR ‘轉(zhuǎn)換后的值給A MOV 30H,A ‘轉(zhuǎn)換的值給30H RET,DELAY: ;延時(shí) MOV R2,#0FFH D14: MOV R3,#0FFH D12: DJNZ R3,D12 DJNZ R2,D14 RET ‘返回 SETTAB: DB 0FCH,60H,0DAH,0F2H,66H,0B6H,0BEH,0E0H, 0FEH,0F6H DB 0EEH,3EH,9CH,7AH,9EH,8EH END,五、設(shè)計(jì)總結(jié) 本設(shè)計(jì)針對(duì)水溫控制系統(tǒng)模型，提出了一種基于51單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案。理論上分析，本設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)該具有工作穩(wěn)定，控制精度高的特性，改進(jìn)的PID算法超調(diào)量大大降低；軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高了通用性。該設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能 。,,,,,內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 1 頁 一、緒論溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)場遇到的過程控制，許多生產(chǎn)過程是以溫度作為被控參數(shù)。溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)。本文是以 51 單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)，通過各種電路輔助完成硬件電路設(shè)計(jì)，并且把程序模塊化，方便固化到硬件電路中，有較高的可實(shí)現(xiàn)性。二、單片機(jī)簡介2.1 單片機(jī)的由來單片機(jī)，專業(yè)名稱—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL 公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48，后來有了MCS-51，現(xiàn)在還有MCS-96 系列，我們經(jīng)常說的51 系列單片機(jī)就是MCS-51，它是一種8 位的單片機(jī)，而MCS-96 系列則是一種16 位的單片機(jī)，96系列根適合高速運(yùn)行的場合 。后來INTEL 公司把它的核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司，所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51 系列兼容單片機(jī)，比如飛利浦的87 LPC 系列，偉邦的W78L系列，達(dá)拉斯的DS87 系列，現(xiàn)代的GSM97 系列等等，目前在我國比較流行的就是美國ATMEL 公司的89C51，它是一種帶Flash ROM 的單片機(jī)。Flash ROM 是一種快速存儲(chǔ)式只讀存儲(chǔ)器，這種程序存儲(chǔ)器的特點(diǎn)就是既可以電擦寫，而且掉電后程序還能保存，編程壽命可以達(dá)到幾千至幾萬次，所以我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是可以反復(fù)燒寫的。單片機(jī)開發(fā)的整個(gè)過程，這個(gè)過程包括第一步—編輯源代碼，第二步—編譯源代碼，第三步—程序仿真，第四步—芯片燒寫（亦稱編程）。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁 2.2 MSC-51系列引腳圖 1． VCC（40）：電源+5V。2． VSS（20）：接地，也就是GND。3． XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2 上加外部時(shí)鐘信號(hào)。4． PSEN（29）：片外ROM 選通信號(hào)，低電平有效。5． ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM 編程脈沖輸入端。6． RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。7． EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM 選擇端。8． P0 口（39-32）：雙向I/O 口。9． P1 口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0 口。10． P2 口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0 口。11． P3 口（10-17）：多用途口。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁 三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。本題目要求實(shí)現(xiàn)浴池的水溫自動(dòng)控制和用水量自動(dòng)檢測，要求水溫的給定溫度可以由操作面板上的鍵盤輸入，也可以由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)串行傳送輸入。具體要求： ?實(shí)現(xiàn)水溫和用水量的自動(dòng)控制?水溫設(shè)定溫度通過鍵盤輸入或遠(yuǎn)程串行通訊輸入?顯示溫度到小數(shù)點(diǎn)后 1 位；用水量到小數(shù)點(diǎn)后 2 位?水溫控制精度為±0.5℃3.2 總體設(shè)計(jì)方案 3.2.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)硬件電路主要有：主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤控制電路、控制執(zhí)行電路、顯示電路以及掉電保護(hù)電路。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示：圖3-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖51單片機(jī)A/D 轉(zhuǎn)換傳感器鍵盤LED 顯示器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥數(shù)據(jù)采集 信息顯示發(fā)布溫度調(diào)節(jié)鍵盤控制看門狗電路內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁 單片機(jī)采用功能強(qiáng)大的51單片機(jī)作為控制核心，用溫度傳感器檢測水溫，與設(shè)定值對(duì)比后，由單片機(jī)做出決策，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水溫。用流量傳感器檢測用水量，并將兩個(gè)參數(shù)在LED進(jìn)行顯示。人機(jī)交換模塊用鍵盤和液晶顯示器構(gòu)成友善的人機(jī)交互界面?？垢蓴_模塊使用看門狗芯片X5045，其看門狗功能將對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行起到有效的監(jiān)視作用，內(nèi)含512 B串行EPR0M，具有掉電非易失特性，在本系統(tǒng)中作數(shù)據(jù)備份用。3.2.2 軟件電路總體設(shè)計(jì)浴池水溫控制系統(tǒng)的軟件程序用匯編語言編寫，主要用來對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中的特定單元,然后一部分送去進(jìn)行 LED 顯示，另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較,通過 PID 算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。1、主程序構(gòu)造整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行初始化，分配好地址，合理調(diào)用子程序。2、子程序⑴溫度傳感器和流量傳感器輸出為模擬信號(hào)，經(jīng)過 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后,再通過軟件換算為與其對(duì)應(yīng)的溫度和流量。⑵ 利用中斷子程序，單片機(jī)完成 A/D 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)濾波、顯示當(dāng)前溫度、與設(shè)定值進(jìn)行比較和調(diào)用 PID 算法子程序并輸出控制信號(hào)等功能。⑶ 鍵盤中斷子程序優(yōu)先級(jí)最高，系統(tǒng)要實(shí)時(shí)響應(yīng)該中斷，以便進(jìn)行相應(yīng)的功能控制。⑷顯示子程序用來顯示被測溫度和流量。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 傳感器的選擇4.1.1 溫度傳感器的選擇集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了AD590電流型溫度傳感器，它的穩(wěn)定性和線形度均較好(重復(fù)性優(yōu)于0.1℃，其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1℃ 的測量精度，利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn)，通過非線形補(bǔ)償，可以達(dá)到0.1℃測量精度)。AD590的外觀如圖4-1。圖 4-1 AD590 的外觀圖AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： —流過器件（AD590）的電流，單位為 mA； T—熱力學(xué)溫度，單位為 K。2、AD590 的測溫范圍為-55℃～+150℃。3、AD590 的電源電壓范圍為 4V～30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻為 710M 。?5、精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在-內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。圖 4-2(a) 是 AD590 的封裝形式，圖 4-2(b)是 AD590 用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。圖 4-2 AD590 封裝形式及應(yīng)用電路AD590 測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。由于 AD590 精度高、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。4.1.2 流量傳感器的選擇在該系統(tǒng)中，選擇 LWGY 渦輪流量傳感器測量浴室用水量。該傳感器與顯示儀表配套組成渦輪流量計(jì)。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長操作簡單等特點(diǎn)。廣泛地應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。LWGY 渦輪流量傳感器外形如圖 4-3。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁 圖 4-3 LWGY 渦輪流量傳感器外形圖LWGY 渦輪流量傳感器的特定和技術(shù)參數(shù)等如下：(一)特點(diǎn)：★ 壓力損失小，葉輪具有防腐功能?！?具有較高的抗電磁干擾和抗震動(dòng)能力，性能可靠，工作壽命長。★ 采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，整機(jī)功能強(qiáng)，功耗低，性能優(yōu)越。具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能流量顯示器。修正公式精度優(yōu)于±0.02%。★ 儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在 LCD 屏上，LCD 屏直觀清晰，可靠性高?！?采用 EEPROM 對(duì)累積流量、儀表系數(shù)進(jìn)行掉電保護(hù)。保護(hù)時(shí)間大于 10 年。(二)主要技術(shù)參數(shù):★ 準(zhǔn)確度：0.5 級(jí)、1.0 級(jí)；★ 使用條件：1、環(huán)境溫度-20℃～50℃；2、相對(duì)溫度：5%～95%；3、被測介質(zhì)溫度：-20℃～120℃；4、大氣壓力：86Kpa～106Kpa；5、防爆等級(jí)：ibⅡBT4；★ 信號(hào)傳輸距離：傳感器至顯示器的距離可達(dá) 1000m。(三)電氣特性：1、 顯示方式：（1） LWGY 遠(yuǎn)傳顯示：脈沖輸出（配顯示儀表） ；（2） LWY 現(xiàn)場顯示：7 位 LCD 顯示累積流量，單位（m3）7 位 LCD 顯示瞬時(shí)流量，單位（m3/h） ；（3） LWGB 渦輪流量變送器：（配顯示儀表） 。2、 輸出功能：（1） LWGY 脈沖輸出，p-p 值由供電電源確定；（2） LWY 可帶脈沖輸出或 4~20mA 兩線制電流輸出；（3） LWGB 4~20mA 兩線制電流輸出。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁 3、 供電電源：（1） LWGY：DC5~24V；（2） LWY：3V 鋰電池安裝于儀表內(nèi)部可連續(xù)使用八年以上；（3） LWGB：DC24V。(四)儀表結(jié)構(gòu)及安裝方式：LWGY 渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 4-4 所示：圖 3-4 LWGY 渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)圖LWGY 渦輪流量傳感器的安裝圖如圖 4-5 所示：圖 3-5 LWGY 渦輪流量傳感器安裝圖1、 儀表安裝采用法蘭連接、螺紋連接及夾裝式；內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁 2、 時(shí)液體流動(dòng)方向應(yīng)與傳感器外殼上指示流向的箭頭方向一致，且上游直管段應(yīng)≥20DN，下游直管段應(yīng)≥5DN（DN 為管道內(nèi)徑） 。3、 傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離外界磁場，如不能避免，應(yīng)采取必要的措施；4、 為了檢修時(shí)不至影響液體的正常輸送，應(yīng)在傳感器兩端的直管段外安裝旁通管道（如圖 2-5） ；5、 傳感器露天安裝時(shí)，請(qǐng)做好放大器插頭的防水處理；6、 傳感器與顯示儀表的接線，應(yīng)根據(jù)放大器的電源來選擇接線方式。4.2 溫度調(diào)節(jié)器的選擇該系統(tǒng)中的溫度調(diào)節(jié)器使用的是上海大禹泵閥制造有限公司的 ZDSJP／M 型電子式精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥，該閥由低流阻直通單座閥，或與低流阻套筒閥配用德國進(jìn)口PS 系列和日本工裝 3610 系列直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)有伺服放大器，只要有輸入控制信號(hào)(4—20mADC 或 1—5VDC)及單相電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的電動(dòng)控制。具有體積小、重量輕、連線簡單、流量大、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金、環(huán)保、輕工、教學(xué)和科研設(shè)備等行業(yè)的工業(yè)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中。ZDSJP／M 型電子式精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外形如圖 4-6。 圖 4-6 ZDSJP／M 型電子式精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥外形圖ZDSJP／M 型電子式精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的技術(shù)參數(shù)和性能如下：（1）閥體：形式： 直通倒 S 鑄造閥 公稱通徑：DN20 ～200mm內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁 公稱壓力：PN1.6 4.0 6.4Mpa連接形式：JB78-59 JB/T79.-94 凹式材料：HT200 ZG270-500 ZG1Gr18Ni9Ti ZGOCr18Ni12Mo2Ti （2）上閥蓋：常溫型：-40～+200℃散熱型：+200～+450℃壓蓋形式： Driven stud填料：V 型聚四氟乙烯,柔性石墨,石棉紡織填料4.3 硬件電路設(shè)計(jì)4.3.1 AD590 外圍電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集電路主要由AD590，MC1403，0P07，74LS373組成。考慮到溫度信號(hào)為低電平緩變信號(hào)，對(duì)A／D轉(zhuǎn)換速度要求不高，為此，選用實(shí)效價(jià)廉的ADC0809，而且，還可以根據(jù)需要擴(kuò)展測量8路溫度信號(hào)。為了達(dá)到測量高精度的要求，選用溫度傳感器AD590，AD590具有較高精度和重復(fù)性。超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器0P07將溫度一電壓信號(hào)進(jìn)行放大，便于A／D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提高溫度采集電路的可靠性。模擬電路硬件部分見圖4-7。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁 圖4-7 模擬電路硬件部分示意圖就本系統(tǒng)來說，需要實(shí)時(shí)采集水溫?cái)?shù)據(jù)，然后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)中的特定單元，然后一部分送去顯示；另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制溫度調(diào)節(jié)器。4.3.2 電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計(jì)電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計(jì)如圖4-8所示：4-8 電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計(jì)圖內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁 該系統(tǒng)工作原理如下：現(xiàn)假設(shè)流入的熱水溫度為T熱、冷水溫度為T冷，混合水溫度為T混，顯然有T冷< T混< T熱。根據(jù)熱力學(xué)平衡方程，Q放=Q吸有，C水m熱(T熱一T混)=C水m冷(T混一T冷) (1)由式(1)可以推出，(2)??熱 熱 冷 冷混 冷 熱式(2)可變?yōu)?(3)T?熱 +冷 m熱混 =（ ）1冷顯然，由式(3)可知，在T熱、T冷一定的情況下，T混是 的遞增函數(shù)。這樣，當(dāng)?實(shí)測溫度T測小于設(shè)定溫度T設(shè)時(shí)，可通過控制兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量使得 增大，就?可以使T測逐漸逼近T設(shè)，最后達(dá)到溫度的調(diào)節(jié)。反之，T測大于T設(shè)時(shí)，通過控制兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使 減小，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。?當(dāng)單片機(jī)檢測到的T測< T設(shè)時(shí)，需要調(diào)節(jié)兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使 增大，這只需使?控制熱水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout1(控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥1)增大，控制冷水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout2(控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥2)不變或減小，就能實(shí)現(xiàn) 的增大，達(dá)到調(diào)節(jié)水溫的目的。由于電磁閥為感性負(fù)載，因此采用光電隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光電隔離電路如圖4-9所示。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁 圖4-9 電磁閥控制電路4.3.3 鍵盤及顯示的設(shè)計(jì)鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，低電平有效。圖2-10中按鍵AN1，AN2，AN3，AN4的功能定義如表4-1所示。按鍵AN2與P2.2( EXTINT)相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級(jí)定為最高；按鍵AN3和AN4分別與P1.3和P1.4相連，采用軟件查詢的方式；AN1則為硬件復(fù)位鍵，與R、C構(gòu)成復(fù)位電路。表4-1 按鍵功能顯示采用3位半共陽LED靜態(tài)顯示方式測量溫度，顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)后一位，這樣可以只用RXD口來輸出顯示數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了單片機(jī)端口資源，在P1.2口和TXD的控制下通過74LS164來實(shí)現(xiàn)3位靜態(tài)顯示。數(shù)字電路硬件部分見圖4-10。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁 圖4-10 數(shù)字電路硬件部分電路圖內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁 五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)定義系統(tǒng)定義是指在軟件設(shè)計(jì)前，首先要進(jìn)一步確定系統(tǒng)完成的任務(wù)，然后結(jié)合硬件結(jié)構(gòu)，確定軟件所要完成的任務(wù)細(xì)節(jié)，其軟件定義內(nèi)容有：1.定義各輸入/輸出的功能、信號(hào)類別、電平范圍、與系統(tǒng)接口方式、占用口地址、讀取的輸入方式等。2.定義分配存儲(chǔ)器空間，包括系統(tǒng)主程序、常數(shù)表格、功能子程序快的劃分、入口地址表。3.系統(tǒng)運(yùn)行過程的現(xiàn)實(shí)、結(jié)果顯示、錯(cuò)誤顯示等。5.2 程序框圖及主要程序功能合理的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)出一個(gè)性能優(yōu)良的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，必須充分重視。在程序設(shè)計(jì)方法上，模塊化程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中常用的方法。模塊化設(shè)計(jì)便于調(diào)試和設(shè)計(jì)，容易完成，可供多個(gè)程序共享。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)方法確定后，根據(jù)系統(tǒng)功能定義，可先畫出程序粗框圖，再對(duì)粗框圖進(jìn)行擴(kuò)充和具體化，再繪制出詳細(xì)的程序流程圖。程序流程圖設(shè)計(jì)出以后，便可著手編制具體程序。經(jīng)調(diào)試正常之后，固化到芯片中，便完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁 5.2.1 主程序模塊內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁 在主程序中首先給定PID算法的參數(shù)值，然后通過循環(huán)顯示當(dāng)前溫度，并且設(shè)定鍵盤外部中斷為最高優(yōu)先級(jí)，以便能實(shí)時(shí)響應(yīng)鍵盤處理；軟件設(shè)定定時(shí)器T0為5秒定時(shí)，在無鍵盤響應(yīng)時(shí)每隔5秒響應(yīng)一次，以用來采集經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換的溫度信號(hào)；設(shè)定定時(shí)器T1為嵌套在T0之中的定時(shí)中斷，初值由PID算法子程序提供。5.2.2 溫度測量子程序框圖內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁 5.2.3 調(diào)整設(shè)定溫度子程序框圖NY開始按鍵延時(shí)去抖動(dòng)NY按鍵仍按下將設(shè)定溫度增加 1 度增加到最大否？恢復(fù)為初始值按鍵仍按下否？返回延時(shí) 5 秒開始按鍵延時(shí)去抖動(dòng)內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)針對(duì)水溫控制系統(tǒng)模型，提出了一種基于51單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案。理論上分析，本設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)該具有工作穩(wěn)定，控制精度高的特性，改進(jìn)的PID算法超調(diào)量大大降低；軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高了通用性。該設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁 附錄：程序清單：顯示子程序：程序?qū)嵗╝d.asm）: ORG 0000H ‘偽指令，指明以下程序的起始地址MAIN1: ‘標(biāo)號(hào)ACALL DELAY ; 延時(shí) ACALL AD ; 調(diào)用呼叫 AD 子程序 ;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽高位低位送顯 MOV 31H,30H ‘將數(shù)據(jù)從 30H 口送到 31H 存儲(chǔ)單元，備份MOV A,30H ‘將數(shù)據(jù)存儲(chǔ) A 寄存器，將 28 送 A，28=1CHANL A,#0FH ‘和 00001111 與 00011100，屏蔽高 4 位得 00001100MOV DPTR,#SETTAB ‘將數(shù)據(jù)表的首地址給 DPTRMOVC A,@A+DPTR ‘取字符數(shù)據(jù)送 AMOV SBUF,A ‘將顯示的字符數(shù)據(jù)送 SBUF，SBUF 是與 LED 顯示連接的接口D1: JNB TI,D1 ‘TI 不為 0 則轉(zhuǎn)移到 D1CLR TI ‘TI 清零;////////////////////////////////////////////////// ;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量屏蔽低位高位送顯 MOV A,30H ‘取數(shù)據(jù)，例如 28， “1E”送 A 寄存器 ANL A,#0F0H ‘和 11110000 與，得高 4 位 0001SWAP A ‘低 4 位與高 4 位互換，將 0001 送到 A 寄存器的低 4 位，得 00000001MOV DPTR,#SETTAB ‘取字符數(shù)據(jù)首地址送 DPTRMOVC A,@A+DPTR ‘將查到的字符數(shù)據(jù)送 A 寄存器MOV SBUF,A ‘將字符送 SBUF 顯示D2: JNB TI,D2 ‘TI 不為 0 則轉(zhuǎn)移到 D2，D2 是 標(biāo)號(hào)CLR TI ‘TI 清 0;////////////////////////////////////////////////// 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 21 頁 AJMP MAIN1 ‘返回主程序 AD: MOV DPTR,#7F00H ‘指向轉(zhuǎn)換地址 MOV A,#03H ‘指向轉(zhuǎn)換口 MOVX @DPTR,A ‘轉(zhuǎn)換 ‘把從端口 30H 得到的數(shù)據(jù)送到地址為 7F00 的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)換MOV R1,#64H ‘64H 減到 0 所需時(shí)間是 100 微秒D3: DJNZ R1,D3 ‘等 100 微秒轉(zhuǎn)換完 MOVX A,@DPTR ‘轉(zhuǎn)換后的值給 A MOV 30H,A ‘轉(zhuǎn)換的值給 30H RET DELAY: ;延時(shí) MOV R2,#0FFH D14: MOV R3,#0FFH D12: DJNZ R3,D12 DJNZ R2,D14 RET ‘返回SETTAB: DB 0FCH,60H,0DAH,0F2H,66H,0B6H,0BEH,0E0H, 0FEH,0F6H DB 0EEH,3EH,9CH,7AH,9EH,8EH END內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 22 頁 致 謝在本次論文的完成過程中，十分感謝我的論文指導(dǎo)老師孫利麗老師，正是她的幫助和指導(dǎo)才解決我完成論文過程中遇到的很多困難。孫老師熱情細(xì)致，耐心有佳，在完成論文的過程中我接觸了很多新的知識(shí)，多謝老師幫我查找資料，耐心輔導(dǎo)。同時(shí)也感謝我的學(xué)長趙進(jìn)同學(xué)的幫助，他們也給了我很大的幫助，特此謝謝各位。內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 23 頁 參 考 文 獻(xiàn)[1]陸 坤等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M] .成都：電子科技大學(xué)出版社，1997[2]何立民等. 單片機(jī)應(yīng)用文集[M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991[3]余永權(quán)等. 單片機(jī)模糊邏輯控制[M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.7[4]張鄂亮等. MSC-51 MCS-96 系列單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M] .武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001[5]現(xiàn)代電子工程. 2003 年. 第 1 期