浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計,浴室,水溫,控制系統(tǒng),設(shè)計 浴室水溫控制系統(tǒng)設(shè)計,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 03 級 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,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)是一種時序電路，必須有脈沖信號才能工作，在它 的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個電容和一個晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時，需在XTL2 上加外部時鐘信號。 4． PSEN（29）：片外ROM 選通信號，低電平有效。 5． ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端/EPROM 編程 脈沖輸入端。 6． RST/VPD（9）：復(fù)位信號輸入端/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 2.1設(shè)計要求 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)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。本題目要求實現(xiàn)浴池的水溫自動控制和用水量自動檢測，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)程計算機(jī)串行傳送輸入。,具體要求： 實現(xiàn)水溫和用水量的自動控制 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)點后1位；用水量到小數(shù)點后2位 水溫控制精度為±0.5℃,2.2總體設(shè)計方案 2.2.1 硬件電路總體設(shè)計 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 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)輸出去控制電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。 1、主程序 構(gòu)造整個程序的結(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，經(jīng)過ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后,再通過軟件換算為與其對應(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等功能。 ⑶ 鍵盤中斷子程序優(yōu)先級最高，系統(tǒng)要實時響應(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 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 3.2.1 AD590外圍電路設(shè)計,3.2.2 電動單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計,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)實測溫度T測小于設(shè)定溫度T設(shè)時，可通過控制兩個電動調(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，通過控制兩個電動調(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，需要調(diào)節(jié)兩個電動調(diào)節(jié)閥，使增大，這只需使控制熱水電動調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout1(控制電動調(diào)節(jié)閥1)增大，控制冷水電動調(diào)節(jié)閥的DAC0832的輸出Vout2(控制電動調(diào)節(jié)閥2)不變或減小，就能實現(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 鍵盤采用軟件查詢和外部中斷相結(jié)合的方法來設(shè)計，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 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 ACALL DELAY ; 延時 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存儲單元備份 MOV A,30H ‘將數(shù)據(jù)存儲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 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 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)計總結(jié) 本設(shè)計針對水溫控制系統(tǒng)模型，提出了一種基于51單片機(jī)的設(shè)計方案。理論上分析，本設(shè)計的控制器應(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)計基本實現(xiàn)了預(yù)期的功能 。,,,,,