毕业设计（论文）基于单片机的智能水温监控系统

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1、重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学自考本科毕业论文专 业： 通信工程 论文题目： 智能水温监控系统设计 准考证号： 姓 名： 指导教师： 工作单位或家庭地址： 重庆邮电大学 联系电话： XI重庆邮电大学自考毕业设计（论文）重庆邮电大学通信工程(本科)专业毕业设计（论文）任务书学 生 姓 名 准考证号码 专 业 通信工程 指导教师姓名 指导教师单位 重庆邮电大学 一、 设计题目：智能水温监控系统设计二、设计（论文）要求：本设计要求为一升水由1kw的电炉加热，要求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调整，以保持设定的温度基本不变。主要研究要

2、求：具有通信能力，可接受其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。采用适当的控制方法实现当设定温度与环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。温度控制的静态误差1。三、设计（论文）的主要内容：该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。四、主要参考资料：1 舒庆莹，凌玲模拟电子技术基础实验M武汉理工大学出版社，2008年2月2 谢自美.电子线路设计、实验、测试M.华中科技大学出版社, 2006年8月.3 徐瑞华.单片机原理与接口技术M.人民邮电出版社,2008年10月.4 阎石.数字电子

3、技术基础M.高等教育了出版社,2006年5月.5 孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用M.电子工业出版社,2007年8月.6 余小平.电子系统设计M.北京航空航天大学出版社,2007年03月. 7 孙玉军.Protel DXP电路设计技术M.冶金工业出版社,2008年6月.8 刘崇新.电路学习指导与习题分析M.高等教育出版社,2006年12月.9 吴友宇.模拟电子技术基础M.清华大学出版社, 2009 年05 月.10 黄锦安,付文红,蔡小玲.电路与模拟电子技术M.机械工业出版社, 2009年01月.11熊李艳,周美玲.Visual Basic程序设计M.人民邮电出版社,2011年3月.12 许浩

4、.Visual Basic串行通信工程开发实例导航M.人民邮电出版社,2003年.13刘炳文.Visual Basic程序设计教程M.人民邮电出版社,2009年3月.14吴慎山.电子线路设计与实践M.电子工业出版社, 2005年09月.15 吴健.AVT单片机实用C语言程序设计与典型M.中国电力出版社，2008年11月.16张军.电子元器件检测与维修M.科学出版社,2009年1月.17 霍罡.可编程序控制器模拟量及PID算法应用案例M.高等教育出版社,2008. 指导教师（签名）部门负责人（签 名）（校外设计请加盖单位公章） 年 月 日 重 庆 邮 电 大 学自考本科毕业设计（论文）开题报告

5、考 号 姓 名 导师单位 重庆邮电大学 导师姓名 填表日期 2011 年 9 月 论文题目智能水温监控系统设计课题调查与文献阅读1、选题背景：在人类的生活环境中，温度扮演着及其重要的角色。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都得考虑着温度的因素。温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，如电热水器、自动饮水机等，都要用到水温控制系统。高校的发展同样要求用现代化手段提升现有的实验设备，为学生提供更多更好更现代化的实验条件。因此我们应该应用电子专业知识，实现温度控制的自动

6、化，提高工业企业自动化水平。2、技术现状：目前的水温控制系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关等组成的传输系统。这种系统需要布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸复杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的系统就很有必要。3、未来发展单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微

7、型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2.在工业控制中的应用。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3.在家用电器中的应用。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材

8、、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。4、选题研究的方法文献研究法：查阅相关专业书籍，搜集相关文献，同时进行网络检索；在此基础上整理、分析采用单片温度控制系统的相关理论知识与实践过程，总结需要运用的相关技术，分析其技术重点。实践研究法：在单片机实训室掌握单片机的I/O接口与控制电路。从它的软件、硬件、等方面进行全面分析与总结。以此为参考，为温度控制系统提供良好的基础。理论分析与实验方法理论分析：1、水温控制系统构架的熟悉。2、单片机最小系统构架的理解。3、硬件与软件的选择与配置。4、系统安装、测试与维护。实验方法：

9、1、智能水温控制系统的构建。2、实验参数的设置。3、运行测试与分析。注：此页不够可增加。工作进度计划1、第一、二周根据任务书要求，对相关资料进行收集、整理，撰写开题报告。2、第三、四周根据整理后的资料写出文章大纲，并提交指导老师检查、讨论。3、第五、六、七周根据大纲撰写论文的初稿，并提交指导老师审阅、修改。4、第八、九周根据指导老师给的修改意见完成论文的中稿。5、第十周修正论文内容及格式，定稿。6、第十一、十二周熟悉论文并打印论文，做好答辩课件，准备答辩。学生签字： 年 月 日指导教师意见 签字： 年 月 日 部门意见 负责人签字： 年 月 日说明：1. 开题报告工作是毕业设计的重要环节，务必

10、高度重视。2. 开题报告在毕业设计的第三周内完成，并由导师和导师所在部门负责人签字。重庆邮电大学通信工程(本科)专业毕业设计（论文）指 导 教 师 意 见指导教师评语：建议成绩 （分数）指导教师（签名） 年 月 日 重庆邮电大学通信工程(本科)专业毕业设计（论文）评 阅 教 师 意 见评阅教师评语：建议成绩 （分数）评阅教师（签名） 年 月 日 重庆邮电大学通信工程(本科)专业毕业设计（论文）答 辩 记 录一、 学生介绍设计（论文）情况：二、提问及答辩情况：提问一：答 辩：提问二：答 辩：提问三：答 辩：提问四：答 辩：提问五：答 辩：记 录（签名） 年 月 日 重庆邮电大学通信工程(本科)专

11、业毕业设计（论文）答辩小组意见答辩小组评语：答辩成绩 （分数）（校外加盖单位公章）毕业设计总评成绩：指导教师给定 建议成绩（1）评阅教师给定 建议成绩（2）答辩小组给定 答辩成绩（3）毕业设计总评成绩（1）0.3（2）0.3（3）0.4答辩小组结论性意见：答 辩 小 组 负 责 人（签名） 院答辩委员会负责人 （签名） （校外设计请加盖单位公章）年 月 日 摘 要本设计以89C52单片机为核心，采用温度传感器AD590，A/D采样芯片ADC0804，可控硅MOC3041及PID算法对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输

12、出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。本系统的特点在于采用PC机及普通键盘实现了多机通信。【关键词】：单片机 温度传感器 可控硅 PID算法ABSTRACTThe single computer AT89C52 is used as a core in this design. Some important IC sush as AD590 ADC0804 MOC3041 was used in this system.we ad

13、opt PID to control the temperature. The system include four part-The previous model ,The last model ,keybord model ,The main control model. Adopt annularity pulse distributor to come true to Stepper Motor speed regulation , the corner under the control of. Display having realized time , the temperat

14、ure here on the basis, And realize under the control of, display to the electric motor by PC machine.【Key words】：SCM temperature sensors SCR PID algorithm 目 录第一章 需求分析1第一节 研究背景1第二节 技术现状1第三节确定研究2第二章 方案论证3第一节 总体方案论证3第二节 模块方案论证4一、控制方法论证4二、系统组成论证5三、单片机系统选择6四、温度控制方案论证6五、键盘显示电路论证7第三章 系统硬件设计8第一节 系统总体设计框图8第二

15、节 温度采样电路8第三节 温度控制电路10第四节 主机控制部分11第五节 键盘及数字显示部分11第六节 微机控制及图形显示部分13第四章 系统的软件设计15第一节主程序流程图15第二节 键盘显示程序16第三节 PID算法17第五章 系统调试与测试结果分析19第一节 系统测试仪器19第二节 测试方法19第三节 测试结果19结 论21致 谢22参考文献23附 录I附录一 主系统电路原理图I附录二 键盘与显示电路原理图II附录三 程序IIIXVIII第一章 需求分析第一节 研究背景在人类的生活环境中，温度扮演着及其重要的角色。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢

16、铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都得考虑着温度的因素。温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，如电热水器、自动饮水机等，都要用到水温控制系统。高校的发展同样要求用现代化手段提升现有的实验设备，为学生提供更多更好更现代化的实验条件。因此我们应该应用电子专业知识，实现温度控制的自动化，提高工业企业自动化水平。第二节 技术现状目前的水温控制系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关等组成的传输系统。这种系统需要布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸复杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误

17、差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的系统就很有必要。近年来，单片机以其功能强、体积小、使用方便、性能价格比较高等优点,在实时控制、自动测试、智能仪表、计算机终端、遥测通讯、家用电器等许多方面得到了广泛的应用。用单片机对温度进行实时检测和控制来解决工业及日常生活中对温度的及时自动控制，是现代温控系统发展的趋势。第三节 确定研究随着科技的不断发展和人们不同的需求，温度控制在人们的生活中出现的频率较多，因此对各大车站、机场饮用水温度控制系统设计成为我的设计课题。以AT89C52单片机为核心，采用温度传感器AD590，A

18、/D采样芯片ADC0804，可控硅MOC3041及PID算法对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。本系统的特点在于采用PC机及普通键盘实现了多机通信。第二章 方案论证第一节 总体方案论证方案一：此方案是采用传统的模拟控制1方法（方案框图如图1-1），选用模拟电路2，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，

19、决定加热或者不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法，而且不易实现对系统的控制及对温度的显示，人机交换性能差。信号放大温度预置比较器信号放大控制开关数据采集图1-1 模拟控制框图方案二：采用单片机AT89C52为核心3。采用了温度传感器AD590采集温度变化信号，A/D采样芯片ADC0804将其转换成数字信号并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。该水

20、温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑电路4中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。比较两种方案，方案二明显的改善了方案一的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案二。第二节 模块方案论证本电路以单片机为基础核心，系统由前向通道

21、模块、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。现将各部分主要元件及电路做以下的论证：一、控制方法论证由于水温控制系统的控制对象具有热存储能力大，惯性也较大的特点。水在容器内的流动或热量传递都存在一定的阻力，因而可以归于具有纯滞后的一阶大惯性环节。一般来说，热过程大多具有较大的滞后，它对任何信号的响应都会推迟一段时间，使输出与输入之间产生相移。对于这样一些存在大的滞后特性的过渡过程控制，一般来说可以采用以下几种控制方案。1、输出开关量控制对于惯性较大的过程可以简单地采用输出开关量控制的方法。这种方法通过比较给定值与被控参数的偏差来控制输出的状态：开关或者通断，因此控制过程十分简单，

22、也容易实现。但由于输出控制量只有两种状态，使被控参数在两个方向上变化的速率均为最大，因此容易硬气反馈回路产生振荡，对自动控制系统会产生十分不利的影响，甚至会因为输出开关的频繁动作而不能满足系统对控制精度的要求。因此，这种控制方案一般在大惯性系统对控制精度和动态特性要求不高的情况下采用。2、比例控制（P控制）比例控制的特点是控制器的输出与偏差成比例，输出量的大小与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，抗干扰能力强，过渡时间短，但过程终了存在余差。因此它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、允许被控量在一定范围内变化的系统。使用时还应注意经过一段时间后需将累积误差消除。3、比例积分控制（PI控制）由于

23、比例积分控制的特点是控制器的输出与偏差的积分成比例，积分的作用使得过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。虽然加大比例度可以使稳定性提高，但又使过渡时间加长。因此，PI控制适用于滞后较小、负荷变化不大、被控量不允许有余差的控制系统，它是工程上使用最多、应用最广的一种控制方法。4、比例积分加微分控制（PID控制）比例积分加微分控制的特点是微分的作用使控制器的输出与偏差变化的速度成正比例,它对克服对象的容量滞后有显著的效果。在比例基础上加上微分作用，使稳定性提高，再加上积分作用，可以消除余差。因此，PID控制适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。 结合本例题设计任务与要求

24、，由于水温系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求。但从以上对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用。另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。二、系统组成论证就控制器本身而言，控制电路可以采用及经典控制理论和常规模拟控制系统实现水温的自动团结。但随着计算机与超大规模集成电路的迅速发展，以现代控制理论和计算机为基础，采用数字控制、显示、A/

25、D与D/A转换，配额后执行器与控制阀构成的计算机控制系统，在过程控制过程中得到越来越广泛的应用。由于本例是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统（DDC）。三、单片机系统选择 方案一：采用AT8031芯片，其内部没有程序存

26、储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。方案二：本方案的CPU模块采用AT2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。方案三：采用AT89C52单片机，AT89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器。AT89C52与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能，功能强、灵活性高而且价格低廉。AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。其内部有8KB单元的程序存储器，32个外部双向输入/输出（I/

27、O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。系统运行中需要存放的中间变量较少，可不必再扩充外部RAM。正好满足系统多机通信时所用。比较以上三种方案，综合考虑单片机的各部分资源，因此此次设计选用方案三。四、温度控制方案论证传感器5的选取目前市场上温度传感器繁多就此提出了以下两重选取方案：方案一：用热敏电阻：通过电阻的变化来获得电压的变化，起价格虽然便宜但是精度不是很高。对于一个精度要求高的系统不宜采用方案二：用AD590：键盘输入一个需要控制的温度，通过单片机AT89C2051的串口把数据传送到AT89C52，AT89C52通过数据比较，PID

28、分析，T0，T1产生PWM波来控制电炉是否继续加热还是停止加热。通过AD590温度传感器采集温度，由于AD590是电流传感器，经过电阻转换为电压。虽然价格较高但是精度高。经比较，我们选择方案二。五、键盘显示电路论证控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观部分，所以此部分电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。方案一：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进行控制单片机的输出。方案二：采用单片机AT2051与地址译码器74LS138组

29、成控制和扫描系统，并用AT89C2051的串口对主电路的单片机进行通信，这种方案既能很好的控制键盘及显示又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格便宜的特点。方案一虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的成本和电路整体的性能，我们采用方案二。第三章 系统硬件设计本电路总体设计包括五部分：主机控制部分（AT89C52）、前向通道（温度采样电路）、后向通道（温度控制电路）、键盘和数字显示部分、微机控制及图形显示。第一节 系统总体设计框图本系统以AT89C52单片机为核心，采用了温度传感器AD590，A/D采样芯温度传感器AD采样电路键盘显示电路微机控制系统AT89C52控制

30、系统图形显示数值显示功率放大电路开关控制电路电炉片ADC0804，可控硅MOC3041及PID算法实现对温度的精确控制。系统框图如图2-1。图2-1 系统框图第二节 温度采样电路系统的信号采集电路6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。温度采样电路5原理图6如图2-2。图2-2 温度采样电路原理图（1）AD590性能描述。测量范围在-55- +150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在510V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

31、.2uA。（2）ADC0804性能描述。ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在05v，转换速度小于100us，转换精度0.39。满足系统的要求。（3）电路原理及参数计算7。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。如图2-2温度采样电路原理图。UbAUc图 2-2 温度采样电路原理图图中三端稳压7812作为基准电压,由运放虚短虚断可知运放的反向输入端Ui的电压为零伏。当输出电压为零伏时(即Uo=0v) 列出A点的结点方程如下: （3-1）由于系统控制

32、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所以由方程(3-1)得 (3-2)由方程(3-2)的取电阻R2=30k , R1=10k的电位器。由方程(3-2)的取电阻R2=30k , R1=10k的电位器。由于ADC0804的输入电压范围为05v ，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）。此时列出A点的结点方程如下: （3-3）当水温为95时AD590的输出电流为368.2uA。由方程式（3-3）得R4+R5=83.33k

33、因此取R5=81k , R5=5k的电位器。第三节 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。100电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。其温度控制电路9如图2-3。图2-3 温度控制电路第四节 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AT89C52。单片机AT89C52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。第五节 键盘及数字

34、显示部分在设计键盘/显示电路时，我们使用单片机AT89C2051做为电路控制的核心，单片机AT89C2051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10功能。键盘/显示接口电路如图2-4。图2-4 键盘/显示接口电路图2-4中单片机AT89C2051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AT89C2051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。键盘接法

35、的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机AT89C2051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2-5键盘接线），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2-5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。图2-5 键盘接线第六节 微机控制及图形显示部分为了使系统具有更好的人机交换界面，在系统设计中我们通过Visual Basic 语言11设计了微机控制界面。通过系统与微机的通信大大的提高了系统的各方面性能12。其控制界面见图2-6。图2-6的微机控制界面，具有温度控制及显示的功

36、能。图中左半部分为水温的实测温度和给定温度的数值显示及对主系统（89C52部分）的控制界面，右半部分为水温的实测温度的逐点采样及图形显示13，通过此界面可以更直观的显示温度的变化，并且通过对图形的保存能方便的打印出水温的变化曲线。图2-6 微机控制界面由于单片机AT89C52串行口为TTL电平，而PC机为RS232电平，因此系统采用了MAX232电平转换芯片。由于系统设计了多机通信的功能，即主系统（AT89C52）和键盘及数字显示部分的通信、主系统（AT89C52）和PC机的通信，所以在设计电路时要特别注意多机通信的时序及竞争问题14，针对此类问题在设计中特别的在两根串行通信线上增加了如图2-

37、7的与门电路。图2-7 与门电路如图2-7由于主机部分发送两个从机都可以接受，因此主机的发送部分（及主机TXD）不存在竞争问题。而两个从机可能同时向主机发送各类控制信息，因此会存在竞争问题。其实图2-7为一个与门电路，图中R1为提升电阻，D1、D2为开关二极管，当pc TXD（或2051 TXD）中有一个为低电平时主机RXD为低电平，同时另一个分机无效，当pc TXD（或2051 TXD）中有一个为高电平时主机RXD为高低电平16。第四章 系统的软件设计本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整或定闹设置程序三大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块

38、作介绍。第一节 主程序流程图主程序流程图15如图3-1所示，程序主要完成以下的几部分任务：（1）初始化。设定各参数的初始值，设定各中断及定时器。（2）接收/发射。此部分程序主要完成数据的控制及显示，其主要通过AT89C52单片机的全双工串行口完成和键盘部分的双向通信。（3）PC机通信。此部分完成与微机控制接口RS232的联接及通信的控制。（4）数值转换子程序。由于主程序中用到了很多的数值转换及数值的运算（如十进制转换成十六进制、双字节与单字节的除法运算等等），为了程序调用的方便，特地将其编写成子程序的形式。开 机 机系统初始化显示清零，各记数指针清零，设定定时器及中断否是调用相映的中断程序判断

39、是否有中断？PID算法PWM波产生接收及发射串显示数据PC机通信子程序各类数值转换子程序图3-1 主程序流程图第二节 键盘显示程序图3-2定水温、显示温度、确定、取消、清零、输出，均为各种子程序，1、2、3、4、5、6代表个子程序的应用程序。开机 机系统初始化显示清零，各记数指针清零否判断是否有键按下？是消除颤抖取消输出输 出清 零确定单步显示温度设定水温123456图3-2 键盘显示程序第三节 PID算法PID算法17为此温控系统的性能好坏的决定性因数，程序流程图如图3-3所示。PID为控制中最为成熟的一种算法，其一般算式及模拟控制规律表达式如下： 上式中为控制器的输出；为偏差，即设定值与反

40、馈值之差；为控制器的放大系数，即比例增益；为控制器的积分常数；为控制器的微分时间常数。PID算法的原理即调节、三个参数使系统达到稳定。由于PID的一般算式不易与单片机的处理，因此我们在设计中采用了增量型PID算法。数字PID增量型控制算式如下式：式中，为比列系数；=为积分系数；由上式可得：由上式中的即输出PWM波的导通时间。 图3-3 PID算法第五章 系统调试与测试结果分析第一节 系统测试仪器1、系统测试仪器及设备双路跟踪稳压稳流电源DH1718E-5。伟福E6000/L仿真器。数字万用表。P4 CPU2.4内存261.616RAM Haier机。0100温度计、调温电热杯、秒表。第二节 测

41、试方法（1）在调温电热杯中放入1升清水，电热杯和控制系统相连，给系统上电，系统进入准备工作状态。（2）用温度计测量及调节水杯中清水，水温为35，给系统调零。分别设定温度为40、45、60、75、80，观察设定温度和实际温度，并记录数据。填写表4-1。观察水温变化的动态情况，并记温度稳定的时间。填写表4-2。第三节 测试结果（1）给定温度与实测温度的数据对比如表4-1。从表4-1中的数据可知，系统的误差基本稳定在正负1基本满足系统的设计要求。表4-1 误差分析表设定温度（）实测温度（）绝对误差（）相对误差（）设定温度（）实测温度（）绝对误差（）相对误差（）13535004606111.64240

42、4112.435757411.3334544-1-2.276808111.22（2）温度稳定和时间的关系。设定温度为50，每隔30s记录实测温度表4-2。表4-2 温度稳定速度关系表（设定温度50）测量时间（分）0.5分1分1.5分2.0分2.5分3.5分4.0分实测温度35374043485255测量时间（分）4.5分5.0分5.5分6.0分6.5分实测温度5249515051从表4-2中的数据可知，系统运行5分钟时系统基本达到稳定。由微机逐点采样所的曲线图如图4-1所示。50图4-1 温度变化图结 论本论文设计了一种用AT89C52单片机为核心的水温控制。通过用一块52芯片外加扩展系统及一

43、些相应的功能部件，经过预研、硬件设计、绘制原理图、系统软件的设计等一系列操作，最后组成一个水温的设定、检测、显示和控制的自动调节系统，使系统达到要求的性能指标，实现预期目的。本文给出了该设计方法的原理说明和具体的设计电路，叙述了系统硬件线路的设计要点和结构以及软件的设计要点，同时给出了各个重要子程序的流程图。本设计的不足之处还有待进一步完善，使其更好的服务于控制应用中。本设计的主要特点有:（1）模块化设计，扩展性强。模块化设计，使控制器具有一定的通用性，而且运行安全可靠。只要对控制器稍加改变就可以实现别的控制功能。（2）成本低，易于推广。所有的元器件都采用了通用型产品，使得设计出来的产品及维修

44、都相当方便，可以有效地降低成本。（3）操作简单，控制器正面只有一排数码管和16个按键，人们只要通过16个按键设定好水温后，就不需做其他操作了。（4）体积小，安装方便，反应灵敏，控制精度高。本控制器还不够完善，有许多值得改进的地方，以下几个方面有待进一步提高:（1） 目前本控制器采用的是动态显示，当单片机执行其他程序，没执行显示程序时，数码管就会熄灭，不能稳定地显示数值。采用静态显示，使温度数值显示更加稳定连续。（2）进一步提高测量测度，提高系统集成度和可靠性。控制算法的种类有很多，不断试验找出控制精度更高，更加有效的控制算法。致 谢历时三个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无

45、数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其是我的论文指导老师-裴二荣老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。参考文献 1 舒庆莹，凌玲模拟电子技术基础实验M武汉理工大学出版社，2008年2月2 谢自美.电子线路设计、实验、测试M.华中科技大学出版社, 2006年8月.3 徐瑞华.单片机原理与接口技术M.人民邮电出版社,2008年10月.4 阎石.数字电子技术基础M.高等教育了出

46、版社,2006年5月.5 孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用M.电子工业出版社,2007年8月.6 余小平.电子系统设计M.北京航空航天大学出版社,2007年03月. 7 孙玉军.Protel DXP电路设计技术M.冶金工业出版社,2008年6月.8 刘崇新.电路学习指导与习题分析M.高等教育出版社,2006年12月.9 吴友宇.模拟电子技术基础M.清华大学出版社, 2009 年05 月.10 黄锦安,付文红,蔡小玲.电路与模拟电子技术M.机械工业出版社, 2009年01月.11熊李艳,周美玲.Visual Basic程序设计M.人民邮电出版社,2011年3月.12 许浩.Visual Basi

47、c串行通信工程开发实例导航M.人民邮电出版社,2003年.13刘炳文.Visual Basic程序设计教程M.人民邮电出版社,2009年3月.14吴慎山.电子线路设计与实践M.电子工业出版社, 2005年09月.15 吴健.AVT单片机实用C语言程序设计与典型M.中国电力出版社，2008年11月.16张军.电子元器件检测与维修M.科学出版社,2009年1月.17 霍罡.可编程序控制器模拟量及PID算法应用案例M.高等教育出版社,2008.附 录附录一 主系统电路原理图附录二 键盘与显示电路原理图附录三 程序#include#includesbit p35=P35;sbit p37=P37;un

48、signed char dier,dier1,cewen,sheding;unsigned char g,x,s,g0,x0,s0;char *m,*p;char shouqu=0; /数码显示char kaiji8=0xa4,0x78,0xf8,0x86,0xa4,0x78,0xf8,0x86; /开机数码显示char a7=0x78,0xf8,0x86,0xa4,0x78,0xf8,0x86; /温度设置数码显示第一位闪烁char a17=0xe7,0xeb,0xef,0xf3,0xf7,0xfb,0xff; /控制位char b7=0xa4,0xf8,0x86,0xa4,0x78,0xf

49、8,0x86; /温度设置数码显示第二位闪烁char b17=0xe3,0xeb,0xef,0xf3,0xf7,0xfb,0xff; /控制位char c7=0xa4,0x78,0x86,0xa4,0x78,0xf8,0x86; /温度设置数码显示第三位闪烁char c17=0xe3,0xe7,0xef,0xf3,0xf7,0xfb,0xff; /控制位code char e10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /0-9数码显示 /键盘扫描code char key_code=0xcf,0xcb,0xc7,0xc3,0xdf

50、,0xdb,0xd7,0xd3,0x6f,0x6b,0x67,0x63,0x7f,0x7b,0x77,0x73;code char ksp18=0xe3,0xe7,0xeb,0xef,0xf3,0xf7,0xfb,0xff; /38译码器code char ksp28=0xc3,0xc7,0xcb,0xcf,0xd3,0xd7,0xdb,0xdf; /P35=0code char ksp38=0x63,0x67,0x6b,0x6f,0x73,0x77,0x7b,0x7f; /P37=0void delay(unsigned int t)/延时程序 unsigned char i,j; for(

51、i=0;it;i+) for(j=0;j150;j+);char keypad_scan() /键盘扫描 char key,i; key=0; for(i=0;i8;i+) P3=ksp1i; if(p35=0) delay(200); if(p35=0) key=ksp2i; else if(p37=0) delay(200); if(p37=0) key=ksp3i; return(key);char gotkey() /键盘数值读取 char temp,i; temp=keypad_scan(); for(i=0;i=15;i+) if(temp=key_codei) return(i)

52、; return(16);void xianshi1(char j) /第一次按键显示 第二位闪烁 int i; for(i=0;i7;i+) P1=mi; P3=pi; delay(5);P1=ej;P3=dier1; delay(4); c0=ej; b0=ej;dier=a0;dier1=0xe7;m=b;p=b1; void xianshi2(char j) /第二次按键显示 第三位闪烁 int i; for(i=0;i7;i+) P1=mi; P3=pi;delay(5); P1=ej; P3=dier1; delay(4); c1=ej&0x7f; a0=ej&0x7f; m=c; p=c1; dier=b1; dier1=0xeb;void xianshi3(char j) /第三次按键显示 第一位闪烁 int i; for(i=0;i7;i+) P1=mi; P3=pi;del