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1、目 录 目目 录录 引言引言 .1 1方案论证与设计方案论证与设计 .2 1.1测量部分 .2 1.2驱动控制部分 .2 1.3温度加热部分 .3 2原理分析与硬件电路图原理分析与硬件电路图 .3 2.1主板的设计与制作 .3 2.2继电器 .4 2.3键盘 .4 2.4I2C 电路图.5 3软件设计与流程软件设计与流程 .6 3.1程序结构图 .6 3.2中断流程图 .6 4系统测试与误差分析系统测试与误差分析 .6 4.1测试结果 .6 4.2误差分析 .7 5总总 结结 .7 参考文献参考文献 .7 附录附录 .7 水温控制系统 1 水温控制系统水温控制系统 摘要摘要：该水温控制系统采用
2、单片机 EasyARM1138 进行温度实时采集与控制, 由液 晶屏显示模块，键盘控制模块，水温测控模块，继电器模块，报警模块组成。温度 信号由“一线总线”数字化温度传感器 DS18B20 提供，温度设定范围为 4090， 最小区分度为 0.02。水温实时控制采用继电器控制电热丝进行升温、降温控制。 系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。 关键词关键词：EasyARM1138、DS18B20、水温实时控制 Abstract: This water temperature control system uses the Single Chip Microcomputer to
3、carry on temperature real-time gathering and controlling. It is shown a mold piece by the LCD screen, the keyboard controlled a mold piece, the water temperature measures to control a mold piece, after electric appliances mold piece, report to the police a mold piece to constitute. The temperature s
4、ignal is turned temperature by“front-line total line“ number to spread the feeling machine DS18 B20 to provide, the temperature sets the scope as 4090 , and the minimum distinction degree is 0.02 .Control when water temperature was solid the adoption gave or got an electric shock hot silk to carry o
5、n heat, reducing the heat a control after the electric appliances control. The system has higher diagraph accuracy and control accuracy, can complete to heat and reduce the heat a control. Keywords: EasyARM1138、DS18B20、the water temperature real-time control system 引言引言 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中
6、也用到温度 检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同 场合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常需要对某些系统进行温度的 监测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件 条件就确定了。下面介绍如何用“单片机模型法”实现系统温度的自动控制。用这 种方法控温，使整个系统灵活、可靠性高，系统达到热平衡较快，而且精度也比较 高，融合了前面列举方法的优点，而且更加简单方便。此方案优点是电路简单并且 可以满足题目中的各项要求的精度。 水温控制系统 2 1方案论证与设计方案论证与设计 本题目是设计一个水温控制系统，对象为 1 升净水，加热器为
7、400 瓦电热炉。 要求能在 40 摄氏度至 90 摄氏度范围内设定控制水温，水温可以在一定范围内由人 工设定，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保持设定温度基本不变。静态控 制精度为 0.2 摄氏度。并具有较好的快速性与较小的超调，以及十进制数码管显示、 温度曲线打印、语音播报温度等功能。 1.1测量部分测量部分 方案一： 采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重 复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二： 采用温度传感器 DS18B20，DSl8B20 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数指 示器件的温度信息经过单线接
8、口送入 DSl8B20 或从 DSl8B20 送出，因此从主机 CPU 到 DSl8B20 仅需一条线(和地线)。DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不 需要外部电源。温度敏感器件 DSl8B20 的测量范围从-55到+125，增量值为 0.5，可在 l s(典型值)内把温度变换成数字。 通过对比，DSl8B20 数字温度传感器能够满足我们对水温的精确控制，因此， 我们采用方案二。 1.2驱动控制部分驱动控制部分 方案一： 此方案采用 89C51 单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各 种控制算法和逻辑控制。但是 89C51 需外接模数转换器来满足数据采样，对外围 电路来说，
9、比较复杂，且软件实现也较麻烦。另外，51 单片机需要用仿真器来实 现软硬件调试，较为繁琐。 方案二： 此方案采用 Easy ARM1138 单片机实现，该单片机具有强大的 MCU 内核，丰 富的外设资源，内嵌 USB 接口的下载仿真器，外围电路设计简明，调试时无需任 何连线和跳线，操作极为方便。另外，该单片机内置四个 32 位 Timer，2 路 I2C， 支持 100kbps 标准模式、400kbps 快速模式，内置看门狗定时器（WatchDog Timer） ，确保芯片可靠运行。 通过对比，Easy ARM1138 单片机克服了外围电路比较麻烦的缺陷，避免了仿 水温控制系统 3 真器的使用
10、，而且功能多样化，综合各方面因素，我们采用方案二。 1.3温度加热部分温度加热部分 方案一： 单纯控制加热器工作，利用单片机单纯控制加热器不利用对温度的控制，包括 延迟时间，加热时间等等造成了实验精度低，不利于控制。 方案二： 闭环控制： 应用 PID 算法中的比例调节。它是本系统实现闭环控制的核心。比例调节作 用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用 以减少偏差。设 P（当前）为当前温度下的功率，P0为电热炉功率 400w， 通过对比，方案二实验精度高且利于控制，因此采用方案二。 2原理分析与硬件电路图原理分析与硬件电路图 2.1主板的设计与制作主板的设计与
11、制作 系统主板硬件采用以 Easy ARM1138 单片机为核心，配以 12M 赫兹晶振，复 位电路，液晶屏显示接口通过单片机的 PF 口实现。所有这些设计成主板作为单片 机最小系统。我们所用的单片机 Easy ARM1138 是美国 ARM 公司推出的一种新型 单片多位芯片，具有精度高、抗干扰能力强、成本低、工作温度宽、噪声低、功耗 低的特点。 水温控制系统 4 2.2继电器继电器 2.3键盘键盘 12 XTAL 1 6.0MC C622P PD1 VCC KEY-INT R4 472 R3 472 VCC SDA SCL DIG0 DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 DIG6
12、 DIG7 SE G0 SE G1 SE G2 SE G3 SE G4 SE G5 SE G6 SE G7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J8 KEY-LE D SE G0 SE G1 SE G2 SE G3 SE G4 SE G5 SE G6 SE G7 DIG0 DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 DIG6 DIG7 PG2 PA6/I2C1SCL PA7/I2C1SDA C522P 义义义0x70 SE G_A 23 SE G_B 24 SE G_C 1 SE G_D 2 SE G_E 7 SE G_F 8 SE G_G 9
13、SE G_H 10 VCC 16 OSC2 18 OSC1 17 /RES 15 DIG0 6 DIG1 5 DIG2 4 DIG3 3 DIG4 22 DIG5 21 DIG6 12 DIG7 13 SDA 20 SCL 19 INT 14 GND 11 U3 ZL G7290 水温控制系统 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J4 KEY K1 F1 K2 F2 K3 F3 K4 F4 K5 F5 K6 1 K7 2 K8 3 K9 4 K10 5 K11 6 K12 7 K13 8 K14 9 K15 0 K16 + K17 - K18 UP K19 * K20 . K21 义
14、义 K22 LE FT K23 DOWN K24 RIGHT K25 义义 义义义义义义义义义 SE G3 SE G4 SE G5 SE G6 DIG0 DIG1 DIG2 DIG3 DIG4 0x11 0x12 0x13 0x14 0x15 0x19 0x1A 0x21 0x22 0x23 0x24 0x25 0x1B 0x1C 0x1D 0x29 0x2A 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x2B 0x2C 0x2D 2.4I2C 电路图电路图 I2C 是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方便简化，器件封装形 式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个 I
15、2C 总线器件同时接到 I2C 总线上，所有 I2C 兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象， 使它们可以经由 I2C 总线互相直接通信。 VCC X1 32768Hz C7 12P VCC C6 0.1F/6V D1 4148 SCL SDA SCL SDA 0xA2 OSCI 1 OSCO 2 /INT 3 VSS 4 SDA 5 SCL 6 CLKOUT 7 VDD 8 U4 PCF8563 0xA0 A0 1 A1 2 NC 3 VSS 4 SDA 5 SCL 6 WP 7 VDD 8 U5 AT24C256 水温控制系统 6 3软件设计与流程软件设计与流程 3.1程序结构
16、图程序结构图 程序结构 液晶 屏显 示 键盘 扫描 键值 处理 AD采样及上传 获得当前温度 读取 时间 3.2中断流程图中断流程图 4系统测试与误差分析系统测试与误差分析 4.1测试结果测试结果 测试方式：采用加热方式，通过读取液晶屏数据和实际测量值。 灯亮表示加热，灯灭表示加热停止。 测试结果如表所示： 组号123456 目标温度 /405060708090 实际温度 /39.5040.1249.6350.3459.7160.3268.7970.6378.8581.2188.3292.87 误差/0.500.370.321.211.212.87 水温控制系统 7 4.2误差分析误差分析 由
17、以上的测量结果可见，系统基本上达到了所要求的指标。但是，外界环境温 度的变化、加热系统本身的物理性质以及控制算法都会对温度的控制产生影响。 5总总 结结 该水温控制系统实现了题目的基本要求并在基本要求的基础上作了改进，用液 晶显示屏代替了数码管，使该设计更具人性化。采用比例控制方法，当设定温度突 变（由 40提高到 60）时，减小系统的调节时间和超调量。 参考文献参考文献 1 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版 社，1998 2 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1994 3 阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989 4 廖常初.现场总线概述J.电工技术，1999. 附录附录