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1、2022智能化水温控制系统 水温限制系统摘要现如今，人们的生活越来越强调智能化以及低碳化，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，即能根据人们的意愿，低功耗的实现功能。水温限制作为人们生活以及工业的重要组成部分，能否实现智能化以及低功耗化非常重要。水温限制系统以STC89C51作为核心的温度限制系统，将DS18B20作为温度感应器，可干脆反馈数字量的温度信息并可以调整精度；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调整算法，多次调整其中参数，使得温度限制更加精确。该系统具有简洁、成本低、质量平安牢
2、靠的特点。信任无论是在生活还是生产中都会有不错的应用前景。关键词 智能化 温度限制 STC89C51 DS18B20 PID调整算法一任务以及要求设计并制作一个水温自动限制系统，水温可以在肯定范围内由人工设定，可以实现自动报警功能。1.基本内容如下：（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限制的静态误差1。（3）用10进制数码管显示水的实际温度。2.发挥要求：（1）温度限制范围扩大，最小区分度减小。（2）温度限制的静态误差0.2。（3）特色与创新。二方案设计及其论证水温的限制，必需先精确地获得温度，所以温度传感器的选择就特别重要。通常，温度所测量的是
3、模拟量，模拟量的转换涉及到A/D的转换。温度传感器把温度传送给处理器核心，处理器核心经过分析，推断是否满意处理的条件，进行相关的处理。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，进行加热处理。其中温度的设定就要利用到键盘。声光报警就须要用到发光二级管以及蜂鸣器。经以上分析，可以将温度限制系统分为以下几个模块：1.温度传感器温度传感器应具有精度足够高、处理速度足够快、体积小等特点。采纳DS18B20温度传感器。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有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转换精度，测温辨别率可达0
4、.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出远端引入。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满意此系统的设计要求。更重要的是采纳该温度传感器后不用采纳A/D转换。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整以及模式的转换。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。按任务功能需求采纳独立键盘，并且利用MCU对键盘进行扫描。这种方案既能很好的限制键盘及显示，又为MCU大大的削减了程序的困难性，而且具有体积小，简洁易做的特点。显示部分根据任务要求采纳4位数码管设计，来显示水温以及工作模式等。也具有简洁、牢靠的特点。3.CPU核心CPU主要
5、限制水温以及其他模块的协调工作。是该水温限制系统的核心。依据对方案的分析，采纳简洁易用的STC89C52单片机，其内部有4KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。具有简洁便利、成本低以及牢靠的特点。经以上分析，只要合理设计电路以及正确编写程序，以上几个模块在MCU以及程序的调整下能协调工作，共同完成水温的限制，从而达到任务要求。三理论分析与计算各个模块要在MCU的调整下合理有序的工作，那么系统必需采纳合理高效的限制系统。这就要涉及到过程限制，过程限制指对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动限制。过程限制可分为：模拟限制系统、微机过程限制系统以及数字
6、限制系统DDC。模拟限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，得到偏差，模拟调整器依肯定限制规律使操作变量改变，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。微机过程限制系统以微型计算机作为限制器。限制规律的实现，是通过软件来完成的。变更限制规律，只要变更相应的程序即可。现如今在生产以及实践中运用最多的是DDC(DirectDigitalCongtrol)系统： 图3-1DDC系统构成框图 DDC(DirectDigitalCongtrol)系统是计算机用于过程限制的最典型的一种系统。微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并依据确定的限制规律(算法)进
7、行计算，通过输出通道干脆去限制执行机构，使各被控量达到预定的要求。由于计算机的决策干脆作用于过程，故称为干脆数字限制。其中限制规律即为PID调整，本系统中为软件实现。涉及到的理论计算如下：1.模拟PID限制规律的离散化表一.模拟PID限制规律的数字化公式模拟形式离散化形式2.数字PID限制器的差分方程式中 为比例项 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根据题目要求，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。由用户设定肯定的温度，系统自动工
8、作，加热到设定温度后声光报警，声光报警装置可独立开关，假如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限制。不管在那种工作模式，一旦复位键按下，将回到默认工作模式。在B工作模式下并且显示实际水温时，按下加键可以显示用户设定温度。依据以上的分析总结如下：2.电路设计依据以上的分析，可以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，沟通过零检测电路，显示电路，系统框图如下：（1）89C52最小系统最小系统采纳将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。其电路如下图5-1所示：图5-1最
9、小系统（2）18B20测温电路测温电路是运用DS18b20数字式温度传感器，它无需其他的外加电路，干脆输出数字量，可干脆与单片机通信，读取测温数据，电路非常简洁。它能够达到0.5的固有辨别率，运用读取温度的暂存寄存器的方法还能达到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。外部供电方式(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限制电路（3）功率电路功率电路主要是继电器模块，包括三极管以及电阻组成限制部分，与MCU进行通信。PNP管的导通限制着继电器的常闭触点的接通与否。继电器
10、常闭触点连接着外部加热电路。其中继电器的电感部分连接着二极管，起着引流爱护PNP管的作用。其电路如下图6-1：图6-1功率电路（4）声光报警电路声光报警电路采纳蜂鸣器以及二极管串联的形式，通过PNP三极管限制电路通断。利用P3.7来与MCU通信。如下图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，采纳红外接收装置来接受红外遥控器的信号，这样就可以通过无线方式进行信息的传递。通过遥控器可以设定温度，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，限幅器把脉冲幅度限制在肯定的水平，而不论红外放射器和接收器的距离远近
11、。沟通信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出凹凸电平，还原动身射端的信号波形。最终将数字信号传输到MCU，MCU做出相应的反应。其电路如下图7-1：图7-1红外接收装置五软件设计说明（1）总流程本系统是采纳查询方式来显示和限制温度的。其中加入了红外以及键盘等的其他限制器件语句。总流程图如下图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。详细工作时序如下图8-1：图8-1工作时序（3）主要程序1.主函数如下：#include#includeunsignedcharchoice;unsignedcharkey_，北京：电子工业出版社，2022本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页