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日期:
2011年01月06日
一、课程设计的基本任务及引言
通过指导学生循序渐进地独立完成数字电路的设计任务,加深学生对理论知识的理解,有效地提高了学生的动手能力,独立分析问题、解决问题能力,协调能力和创造性思维能力。
重提高学生在数字电路应用方面的实践技能,树立严谨的科学作风,培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。
学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节,初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能,逐步熟悉开展科学实践的程序和方法
在一些温控系统电路中,广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路,转换成A/D转换器能接收的模拟量,再经过采样/保持电路进行A/D转换,最终送入单片机及其相应的外围电路,完成监控。
但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。
本设计利用单片机结合DS18B20水温控制系统设计,因此,本系统用一种新型的可编程温度传感器(DS18B20),不需复杂的信号调理电路和A/D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理,实现方便、精度高,可根据不同需要用于各种场合。
二、课程设计目的及设计任务要求
目的:
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。
利用单片机stc89c58实现水温的智能控制,使水温能够在40-90度之间实现控制温度调节。
利用仪器读出水温,并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度(其方式是加热或降温),而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。
任务:
设计制作一个水温自动控制系统,控制对象为1L净水,容器为搪瓷器皿。
水温可以在一定范围内由人工设置,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。
要求:
1)温度设定范围为40℃~90℃,最小区分度1℃,标定温差
1℃。
2)环境温度降低时(例如电风扇降温)温度控制的静态误差
3)用十进制数码显示实际温度
三.系统功能
1.可以对温度进行自由设定,到那时必须在0-100摄氏度单位内,设定时可以适时的显示说设定的温度值,温度是可以自由设置的,传感器的检测值与设定的温度比较,可以显示在八段数码管上。
2.温度由1台1000w电炉来实现,如果温度不在40-90度之间,则在LED上显示“888”,表示错误。
3.为了提高设计效率,减少简单的底层设计时的重复连线、调试等过程,所以在具体实施过程中可采用现成的综合设计实验系统箱来完成。
该综合设计实验系统箱涵盖了单片机、数字逻辑可编程器件、模拟可编程器件A/D、D/A转换等器件的EDA实验平台,并使其具有适合教学实验用途等特点。
系统框图如图6-3-2
图中单片机和FPGA是整个系统的核心,系统的控制和数据处理工作主要由这两部分完成,系统的外围电路包括:
键盘、LGD数码管、A/D、D/A、模拟可编程电路、时钟源,以及扩展接口。
所以本课题若采用该系统的模块化设计思路,再适当配以外围温度传感电路,就非常简练、清晰,且易于操作。
若要进行扩展也轻而易举。
例如,1)在设定温度发生突变(由40℃提高到60℃时),自动打印水温随时间变化的曲线。
2)增加语音报温电路等。
4.能够保持不间断显示水温,显示位数3位,分别为十位,个位,和小数位。
四.系统设备
最小系统板
DS18B20数字温度传感器(集成了A/D转换功能)
1000W电炉
温度计
继电器
风扇
盛水器皿
五.温度控制总体方案与原理
1.系统模块图
系统模块分为:
DS18B20模块,显示模块,继电器模块,键盘输入模块,DS18B20可以被编程,所以箭头是双向的,CPU(89c58)首先写入命令给DS18B20,然后DS18B20开始转换数据,转换后通过89c58来处理数据。
数据处理后的结果就显示到数码管上。
<
单片机DS18B20水温控制系统设计总体图>
2.系统模块总关系图
本系统的执行方法是循环查询执行的,键盘扫描也是用循环查询的办法,由于本系统对实时性要求不是很高,所以没有用到中断方式来处理。
六.温度转换核心及其算法
温度传感器DS18B20原理与特性本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换,大大简化了电路的复杂度,以及算法的要求。
首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能:
DSl8B20的管脚及特点DS18B20可编程度传感器有3个管脚。
如:
左图,
GND为接地线,DQ为数据输入输出接口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。
VDD为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,范围3.O~5.5V。
本文使用外部电源供电。
主要特点有:
1.用户可自设定报警上下限温度值。
2.不需要外部组件,能测量-55~+125℃范围内的温度。
3.-10℃~+85℃范围内的测温准确度为±
0.5℃。
4.通过编程可实现9~l2位的数字读数方式,可在至多750ms内将温度转换成12位的数字,测温分辨率可达0.0625℃。
5.独特的单总线接口方式,与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。
七.输出系统
1.继电器模块
下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图,我们只用到了继电器的图,继电器和单片机的I/O口进行通讯。
(蜂鸣器可以用来报警)
2.显示模块
该显示模块采用74ls164串行显示驱动三个8断数码管。
芯片系统
本系统采用的是stc89c58芯片。
下面是它的引脚图。
八.软件设计说明
本系统采用的是循环查询方式,来显示和控制温度的。
1.总模块的流程图
2.各个模块的流程图
读取温度DS18B20模块的流程
键盘扫描处理流程
九.操作指引
按键功能
1.Enter→P1.5(k2)
2.Up→P1.6(k3)
3.Down→P1.7(k4)
4.Save→P1.4(k1)
显示温度
1.未插DS18B20时,数码管显示错误888.8.
2.插入DS18B20是,数码管显示当前温度XX.X
设定温度
1.按下Enter,数码管温度显示停止,显示的数字变的比以前亮。
2.这时可以按Up和Down来调节当前温度。
3.调节好后,按save退出。
这时数字变的又暗了,数码管继续显示当前温度
继电器随着设定的温度,依据情况跳变。
十.设计心得
我认为这个设计的收获是相当大的。
通过我们大家一起齐心协力,从平时做的实验、老师上课的讲例、书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下终于完成了本次设计。
应该说这是通过我们大家的共同努力和动脑完成的,虽然设计内容并不是很复杂,但是我觉得这次的设计的过程相当重要,学到了很多,收获了很多。
我觉得课程设计反映的是一个从理论得到实际应用的过程,但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。
小组成员的配合、相处,以及自身的动手动脑和努力,都是以后工作中需要的。
所以我认为这次课程设计的意义很深,和其他同学的合作、相处、学习的过程很愉快,另外还要感谢老师的耐心辅导。
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