智能化水温控制系统

1、智能化水温控制系统水温控制系统大纲现此刻，人们的生活越来越重申智能化以及低碳化，无论是智能化还是低碳化，生活在人们都希望自己的电器越来越智能，即能依照人们的意愿，低功耗的实现功能。水温控制作为人们生活以及工业的重要组成部分，可否实现智能化以及低功耗化十分重要。水温控制系统以stc89c51作为核心的温度控制系统，将ds18b20作为温度感觉器，可直接反响数字量的温度信息并能够调治精度；以继电器以及螺旋加热管作为加热模块；以发光二级管以及蜂鸣器作为声光告警装置；以数码管作为温度显示模块。程序上利用pid调治算法，多次调治其中参数，使得温度控制更加精确。该系统拥有简单、成本低、质量安全可靠的特色。

2、相信无论是在生活还是生产中都会有不错的应用远景。要点词智能化温度控制stc89c51ds18b20pid调治算法一任务以及要求设计并制作一个水温自动控制系统，水温能够在必然范围内由人工设定，能够实现自动报警功能。1.基本内容以下：（1）温度设定范围为：4090，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10进制数码管显示水的实质温度。2.发挥要求：（1）温度控制范围扩大，最小区分度减小。（2）温度控制的静态误差0.2。（3）特色与创新。二方案设计及其论证水温的控制，必定先精确地获取温度，所以温度传感器的选择就特别重要。平时，温度所测量的是模拟量，模拟量的变换

3、涉及到a/d的变换。温度传感器把温度传达给办理器核心，办理器核心经过解析，判断可否满足办理的条件，进行相关的办理。可实现的动作包括以下几项：达到设定温度，进行声光报警；温度低，进行加热办理。其中温度的设定就要利用到键盘。声光报警就需要用到发光二级管以及蜂鸣器。经以上解析，能够将温度控制系统分为以下几个模块：1.温度传感器温度传感器应拥有精度足够高、办理速度足够快、体积小等特色。采用ds18b20温度传感器。ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器，拥有3引脚to92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位a/d变换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度

4、用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件拥有体积小、质量轻、线形度好、性能牢固等优点其各方面特色都满足此系统的设计要求。更重要的是采用该温度传感器后不用采用a/d变换。节约了大量的工作量。2.键盘显示按键主要涉及到温度的调治以及模式的变换。显示部分主要涉及到水温的实时显示，以及功能模式的显示。按任务功能需求采用独立键盘，而且利用mcu对键盘进行扫描。这种方案既能很好的控制键盘及显示，又为mcu大大的减少了程序的复杂性，而且拥有体积小，简单易做的特色。显示部分依照任务要求采用4位数码管设计，来显示水温以及工作模式等。也拥有简单、可靠的特色。3.cpu核心cpu主要控制水温以及其他模块

5、的协调工作。是该水温控制系统的核心。依照对方案的解析，采用简单易用的stc89c52单片机，其内部有4kb单元的程序储藏器，不需外面扩展程序储藏器，而且它的i/o口也足够本次设计的要求。拥有简单方便、成本低以及可靠的特色。经以上解析，只要合理设计电路以及正确编写程序，以上几个模块在mcu以及程序的调治下能协调工作，共同完成水温的控制，从而达到任务要求。三理论解析与计算各个模块要在mcu的调治下合理有序的工作，那么系统必定采用合理高效的控制系统。这就要涉及到过程控制，过程控制指对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。过程控制可分为：模拟控制系统、微机过程控制系统以及数字控制系统ddc。模拟

6、控制系统中被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，获取误差，模拟调治器依必然控制规律使操作变量变化，以使误差趋近于零，其输出经过执行器作用于过程。微机过程控制系统以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是经过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。现此刻在生产以及实践中运用最多的是ddc(directdigitalcongtrol)系统：图3-1ddc系统组成框图ddc(directdigitalcongtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微型计算机经过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并依照确定的控制规律(算法)进行计算，经过输出通道直接

7、去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。由于计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。其中控制规律即为pid调治，本系统中为软件实现。涉及到的理论计算以下：1.模拟pid控制规律的失散化表一.模拟pid控制规律的数字化公式模拟形式失散化形式2.数字pid控制器的差分方程式中为比率项为积分项为微分项四系统设计方案1.工作模式本着智能化以及依照题目要求，将系统设计有以下两个个工作模式：a.测定水温以及显示水温；b.设定水温并保温；其中a为默认工作状态，即开机工作状态，工作内容为实时测量水温并在数码管上显示。b为设定温度并保温。由用户设定必然的温度，系统自动工作，加热到设定温度后声光报警，声

8、光报警装置可独立开关，若是不切断电源或切换模式，系统将自动竟然保温模式。其中温度的设定有键盘控制。无论在那种工作模式，一旦复位键按下，将回到默认工作模式。在b工作模式下而且显示实质水温时，按下加键能够显示用户设定温度。依照以上的解析总结以下：2.电路设计依照以上的解析，能够将整个系统分为以下几个部分：单片机最小系统，测温电路，功率电路，沟经过零检测电路，显示电路，系统框图以下：（1）89c52最小系统最小系统采用将c52mcu以及独立键盘、数码管集成在一块板上的工作方式。其中p0口接数码管。其他包括复位电路、独立键盘、晶振电路。其电路以以下图5-1所示：图5-1最小系统（2）18b20测温电路

9、测温电路是使用ds18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据，电路十分简单。它能够达到0.5的固有分辨率，使用读取温度的暂存寄存器的方法还能够达到0.2以上的精度。ds18b20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口dq，外供电源线vdd，共用地线gnd。外面供电方式(vdd接+5v，且数据传输总线接4.7k的上拉电阻，其接口电路如图5-2所示：图5-2控制电路（3）功率电路功率电路主若是继电器模块，包括三极管以及电阻组成控制部分，与mcu进行通信。pnp管的导通控制着继电器的常闭触点的接通与否。继电器常闭触点连接着外面加热电路。

10、其中继电器的电感部分连接着二极管，起着引流保护pnp管的作用。其电路以以下图6-1：图6-1功率电路（4）声光报警电路声光报警电路采用蜂鸣器以及二极管串通的形式，经过pnp三极管控制电路通断。利用p3.7来与mcu通信。以以下图6-2：图6-2声光报警电路（5）红外接收装置该部分为创新部分，采用红外接收装置来接受红外遥控器的信号，这样就可以经过无线方式进行信息的传达。经过遥控器能够设定温度，切换工作模式等。工作原理为红外遥控器产生红外信号，红外接收头接收到红外信号后，其内部电路把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在必然的水平，而无论红外发射器和接收器的距离远近。交流讯号进入带通滤波器

11、，带通滤波器能够经过30khz到60khz的负载波，经过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。最后将数字信号传输到mcu，mcu做出相应的反响。其电路以以下图7-1：图7-1红外接收装置五软件设计说明（1）总流程本系统是采用盘问方式来显示和控制温度的。其中加入了红外以及键盘等的其他控制器件语句。总流程图以以下图7-2：图7-2总流程图（2）工作时序工作时序由初始化模块、测温、显示等模块组成。详尽工作时序以以下图8-1：图8-1工作时序（3）主要程序1.主函数以下：#include#includeunsignedcharchoice;unsignedchark

12、ey_down;#includeds18b20.h#includepid.h#includexianshi.h#includekeyscan.h#includeinfrared.hvoidmain()unsignedinttmp;unsignedcharcounter=0;p2|=0 x07;/初始化按键pidbegin();/初始化pidinit_infrared();/初始化红外readtemperature();/预读一次温度hello();/显示hello，障蔽85cwhile(1)/检测红外线if(irok=1&im0=0 x00)proc_infrared();if(counter

13、-=0)tmp=readtemperature();counter=20;key_scan();/扫描键盘proc_key();/刷新显示缓存if(choice=0)update_disbuf(tmp);elseupdate_disbuf(set_tmpbuf);if(pid_on)compare_temper();elsehigh_time=0;low_time=100;2.pid算法温度控制程序#ifndef_pid_h_#define_pid_h_#include#include#includestructpidunsignedintsetpoint;/设定目标desiredvalueu

14、nsignedintproportion;/比率常数proportionalconstunsignedintintegral;/积分常数integralconstunsignedintderivative;/微分常数derivativeconstunsignedintlasterror;/error-1unsignedintpreverror;/error-2unsignedintsumerror;/sumsoferrorsstructpidspid;/pidcontrolstructureunsignedintrout;/pidresponse(output)unsignedintrin;/

15、pidfeedback(input)sbitoutput=p34;unsignedcharhigh_time,low_time,count=0;/占空比调治参数unsignedcharset_temper=33;voidpidinit(structpid*pp)memset(pp,0,sizeof(structpid);unsignedintpidcalc(structpid*pp,unsignedintnextpoint)unsignedintderror,error;error=pp-setpoint-nextpoint;/误差pp-sumerror+=error;/积分derror=pp

16、-lasterror-pp-preverror;/当前微分pp-preverror=pp-lasterror;pp-lasterror=error;return(pp-proportion*error/比率+pp-integral*pp-sumerror/积分项+pp-derivative*derror);/微分项/*温度比较办理子程序*/compare_temper()unsignedchari;/ea=0;if(set_tempertemper)if(set_temper-temper2)high_time=100;low_time=0;elsefor(i=0;iget_temper();

17、rin=s;/readinputrout=pidcalc(&spid,rin);/performpidinterationif(high_timehigh_time=(unsignedchar)(rout/1600);elsehigh_time=100;low_time=(100-high_time);elseif(set_temperif(temper-set_temper0)high_time=0;low_time=100;elsefor(i=0;iget_temper();rin=s;/readinputrout=pidcalc(&spid,rin);/performpidinterat

18、ionif(high_timehigh_time=(unsignedchar)(rout/20000);elsehigh_time=0;low_time=(100-high_time);/ea=1;/*t0中断服务子程序，用于控制电平的翻转,40us*100=4ms周期/voidserve_t0()interrupt1using1if(+countoutput=1;elseif(countoutput=0;elsecount=0;th0=0 x2f;tl0=0 xe0;voidpidbegin()tmod=0 x01;th0=0 x2f;tl0=0 x40;ea=1;et0=1;tr0=1;h

19、igh_time=50;low_time=50;pidinit(&spid);/portion=10;/egral=8;spid.derivative=6;spid.setpoint=100;/setpidsetpoint#endif3.ds18b20子程序#ifndef_ds18b20_h_#define_ds18b20_h_sbitdq=p35;/定义通信端口unsignedints;unsignedchartemper;/晶振22mhzvoiddelay_18b20(unsigned

20、inti)while(i-);/初始化函数init_ds18b20(void)unsignedcharx=0;dq=1;/dq复位delay_18b20(4);/稍做延时dq=0;/单片机将dq拉低delay_18b20(100);/精确延时大于480usdq=1;/拉高总线delay_18b20(40);/读一个字节readonechar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i0;i-)dq=0;/给脉冲信号dat=1;dq=1;/给脉冲信号if(dq)dat|=0 x80;delay_18b20(10);return(dat);wr

21、iteonechar(unsignedchardat)/写一个字节unsignedchari=0;for(i=8;i0;i-)dq=0;dq=dat&0 x01;delay_18b20(10);dq=1;dat=1;readtemperature(void)/读取温度unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;/ea=0;init_ds18b20();writeonechar(0 xcc);/跳过读序号列号的操作writeonechar(0 xbe);/读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度a=readonechar();b=readonechar();init_ds18b20();/启动下一次温度变换writeonechar(0 xcc);/跳过读序号列号的操作writeonechar(0 x44);/启动温度变换t=(b*256+a)*25;b=(bs=(uns