熱水器壓力和溫度控制器VIP

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)智能儀表課程設(shè)計（論文） 題目:熱水器壓力和溫度控制器院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時間：2011.12.26-2012.1.6摘要本論文主要講述了以AT89S52為主的熱水器溫度和壓力控制系統(tǒng)。本次設(shè)計中應(yīng)用了以單片機(jī)為主，PT100和HM10位傳感器的簡約型熱水器溫度和壓力控制系統(tǒng)。主控制器中的單片機(jī)芯片采用的是AT89S52。溫度傳感器PT100將探測到的水溫的數(shù)據(jù)信號傳到單片機(jī)中，經(jīng)過單片機(jī)來判斷溫度是否達(dá)到我們所需要的預(yù)先設(shè)定的溫度。本設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)中選用了精度較高的PT100作為溫度傳感器，相對于普遍的DS18

2、B20，PT100的精度更高一些，壓力傳感器部分采用了德國HELM公司生產(chǎn)的高精度壓阻式壓力傳感器，具有兼容性好，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。顯示部分采用比較便捷簡便的CH451，省去了顯示部分的復(fù)雜連接電路。關(guān)鍵詞：熱水器、溫度控制、壓力控制 目錄第1章 緒論1第2章 課程設(shè)計方案22.1系統(tǒng)的主要任務(wù)和主要功能22.2 系統(tǒng)工作的基本原理22.3 總體設(shè)計方案與比較2方案論證22.3.2 方案比較與選擇32.4元器件選擇4第3章 硬件電路設(shè)計53.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計53.2 AT89S52單片機(jī)引腳圖53.2溫度傳感器電路（PT100）63.2 LED顯示電路的硬件設(shè)計7第4章 軟件設(shè)計8第5章 設(shè)計總

3、結(jié)9參考文獻(xiàn)10附 錄11附 錄12 第1章 緒論幾年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些熱水器控制器，但大多數(shù)控制器存在著諸如性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤操作；溫度、壓力檢測、控制誤差大；顯示器有時出現(xiàn)亂碼；與電輔助加熱裝置不能很好配合等弊端。從而必然會催生性能比較穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、智能型的熱水器控制器。在現(xiàn)代社會中，熱水器控制電路的原理不僅應(yīng)用于生活方面，其運(yùn)用也涉及到了生產(chǎn)各個方面。隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到熱水器控制電路的影子，其將更好的服務(wù)于社會。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的

4、飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。用單片機(jī)來設(shè)計電熱水器控制器具有新穎、價廉、安全、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，并且在國產(chǎn)電熱水器上獲得了成功應(yīng)用。本設(shè)計的一些方法也適用于冰箱、空調(diào)等家用電器的電腦控制設(shè)計中。目前，單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。該熱水器控制器電路的設(shè)計主要由單片機(jī)、液晶顯示器、PT100等配件構(gòu)成；操作簡便，運(yùn)行成本低，同時免除了令用戶不滿控溫精度低、可靠性差、功能單一等局面。第2章 課程設(shè)計方案2.1系統(tǒng)的主要任務(wù)和主要功能該熱水器控制器電路主要實(shí)現(xiàn)對水溫和壓力的檢測和控制，并滿足不同用戶的個性需求。其有以下功能：(1)水溫的測量和

5、顯示；(2)壓力的測量與顯示及報警；(3)用戶設(shè)定功能(如水溫設(shè)定，水量設(shè)定，加熱定時，進(jìn)出水定時等)；(4)對電加熱管的控制功能；(5)一些功能鍵(如自動進(jìn)、出水，壓力設(shè)置，水溫設(shè)置，把所設(shè)定值清零等)；2.2 系統(tǒng)工作的基本原理熱水器控制電路有單片機(jī)、鍵盤、液晶顯示器、水溫傳感器（PT100）、壓力傳感器（HM10）等硬件組成，然后和軟件結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)熱水器控制電路的功能。該設(shè)計的主要原理是：主控制器中的單片機(jī)芯片采用的是AT89S52。溫度傳感器PT100將探測到的水溫的數(shù)據(jù)信號傳到單片機(jī)中，經(jīng)過單片機(jī)來判斷溫度是否達(dá)到我們所需要的預(yù)先設(shè)定的溫度。如果沒有達(dá)到，單片機(jī)就會發(fā)出一個指令啟動熱

6、得快對水進(jìn)行加熱。如果水溫達(dá)到我們預(yù)先設(shè)定的溫度值，單片機(jī)通過溫度傳感器PT100接收到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行判斷，就會使熱得快停止加熱。如果溫度高于我們預(yù)先設(shè)定的溫度值，單片機(jī)也會通過溫度傳感器PT100 接受到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行判斷，使熱得快不加熱，等水溫慢慢的冷卻下來到達(dá)我們預(yù)先設(shè)定的溫度值。如果溫度要稍許的低于（高于）我們預(yù)先設(shè)定的溫度值，單片機(jī)會馬上給控制熱得快電路一個指令，啟動（停止）加熱電路，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的控制。當(dāng)然控制水溫主要用到了PID算法，這樣實(shí)現(xiàn)了精確的控制水的溫度。控制壓力主要通過壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時，探針就會通過壓力傳感器HM10把信號傳到單片機(jī)，通過單片

7、機(jī)的處理判斷來給壓力控制電路指令，從而判斷是否開啟報警電路。 2.3 總體設(shè)計方案與比較2.3.1方案論證方案一： 此方案采用單片機(jī)程序控制進(jìn)行設(shè)計。包括鍵盤、數(shù)碼顯示、開關(guān)控制電路、加熱裝置、進(jìn)水出水裝置等部分，起原理如圖2所示。采用AD590溫度傳感器和壓力傳感器分別對溫度信號采集和水位信號采集，將他們轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號，通過信號放大后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并通過LED數(shù)碼顯示管顯示，將采集的數(shù)據(jù)與單片機(jī)預(yù)置溫度（水位）或鍵盤鍵入的所需溫度（水位）進(jìn)行比較，用單片機(jī)對溫度和水位進(jìn)行的控制。圖1 方案一原理圖方案二：此方案在方案一的基礎(chǔ)上做了很大的改進(jìn)。用數(shù)字型溫度傳感器PT100和壓力傳感器

8、進(jìn)行溫度和水位的采集的信號直接送入單片機(jī)中，再由單片機(jī)程序來進(jìn)行控制。另外該方案還包括鍵盤、液晶顯示電路、自動控制進(jìn)水和出水的裝置以及加熱裝置等。溫度直接通過PT100完成溫度數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。壓力由HM10把信號傳遞給單片機(jī)，由液晶顯示器把水溫和水位顯示出來，并且還將采集到的數(shù)據(jù)與鍵盤鍵入的所設(shè)定的溫度和壓力進(jìn)行比較，再由單片機(jī)對加熱裝置和報警裝置進(jìn)行控制。其原理如圖2所示。2.3.2 方案比較與選擇方案一：采用AD590溫度傳感器進(jìn)行溫度采集同樣有方案一中的問題，即信號采集、放大與傳輸過程中的失真不可避免，數(shù)碼管不能同時顯示水溫和水位，因而也不予采用。方案二：選用的數(shù)字型溫度傳感

9、器（PT100）能較好的避免前述缺點(diǎn)，另外還設(shè)有輸入設(shè)備鍵盤以及顯示設(shè)備液晶顯示器。這樣既可以同時顯示當(dāng)前水溫，當(dāng)前水位，設(shè)定水溫，設(shè)定水位于一個界面液晶顯示屏上，從而可以更加直觀明了，使人機(jī)對話更加容易，同時也方便了用戶的操作和控制。經(jīng)比較后最終選擇方案二。溫度傳感器LED顯示CH451單片機(jī)壓力傳感器鍵位選擇報警開關(guān)晶振電路溫度控制復(fù)位電路圖2 方案二原理框圖2.4元器件選擇AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，所以，本次設(shè)計采用AT89S52.pt100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為

10、：當(dāng)PT100溫度為0時它的阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。工作于-4085(主機(jī)范圍，不是外接的傳感器范圍)工業(yè)級PT100熱電阻采集模塊，按顯示方式分有不帶LCD顯示的WD系列(WD-PT100、WD-PT1000)和帶LCD顯示的LM系列(LM-PT100、PT1000)兩類。采集溫度范圍為200200，顯示精度0.1。HM10高精度壓阻式壓力傳感器，是采用德國HeLM公司先進(jìn)的硅壓阻力敏元件封裝在不銹鋼殼體內(nèi)組裝調(diào)試而成，外殼和接口材料均為不銹鋼，介質(zhì)兼容性好，

11、性能穩(wěn)定可靠，精度高，密封墊端面密封。 所以，本次設(shè)計中，主機(jī)芯片采用AT89S52，溫度傳感器采用PT100，壓力傳感器采用HM10。第3章 硬件電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)的硬件以單片機(jī)AT89S52為控制核心，液晶顯示電路，PT100水溫檢測電路，溫度壓力間接控制電路等。3.2 AT89S52單片機(jī)引腳圖圖3.1 AT89S51單片機(jī)引腳圖主機(jī)的復(fù)位方式采用按鍵復(fù)位，根據(jù)用戶的意愿或想法可以隨時復(fù)位，以防止熱水器產(chǎn)生誤差，晶振電路采用12MHZ的晶振。3.2溫度傳感器電路（PT100）圖3.2 PT100前置放大電路如采用電阻式傳感器作為被測對象，傳感元件的引出線有以下幾種方式：二

12、線制、三線制和四線制采用二線制接法（圖1），雖然導(dǎo)線電阻會給測量帶來影響，但在測量精度要求不高、測量儀器與被測傳感元件距離較近時，常采用二線制但如果金屬電阻本身的阻值很小，那末引線的電阻及其變化也就不能忽視，例如對于Pt100鉑電阻，若導(dǎo)線電阻為1 ，將會產(chǎn)生2.5的測量誤差為了消除或減少引線電阻的影響，通常的辦法是采用三線聯(lián)接法加以處理，如圖2所示工業(yè)熱電阻目前大多采用的都是三線制接法在三線制接線電路中，傳感元件的一端與一根導(dǎo)線相接，另一端同時接兩根導(dǎo)線傳感元件在與電橋配合時，與傳感元件相接的三根導(dǎo)線粗細(xì)要相同，長度要相等，阻值要一致（圖中r1，r2，r3即為引線電阻）其中一根引線與測量儀表

13、連接，由于測量儀表的內(nèi)阻很大，可認(rèn)為流過r2的電流接近于零另兩根引線分別與電橋的兩個相鄰臂相連，這樣引線電阻對測量就不會造成影響3.2 LED顯示電路的硬件設(shè)計溫度壓力信號經(jīng)過單片機(jī)處理之后，需要在顯示電路中直觀地顯示出來。所以，需要選用合適的顯示設(shè)備及顯示電路，來實(shí)現(xiàn)對變壓器內(nèi)溫度的實(shí)時顯示。在本設(shè)計中，采用動態(tài)LED驅(qū)動方式來實(shí)時顯示變壓器內(nèi)的溫度。本次設(shè)計的現(xiàn)實(shí)電路采用CH451為顯示芯片，CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及uP監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼、閃爍、位移等功能；同時還可以進(jìn)行64

14、鍵的鍵盤掃描；CH451通過可以級聯(lián)的串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且提供上電復(fù)位和看門狗等監(jiān)控功能。圖3.3顯示電路CH451可以動態(tài)驅(qū)動8個共陰數(shù)碼管，所有數(shù)碼管的相同段引腳（段A-段G以及小數(shù)點(diǎn)）并聯(lián)后通過串接的限流電阻R1連接CH451的段驅(qū)動引腳SEG0-SEG7，各數(shù)碼管的陰極分別由CH451的DIG0-DIG7引腳進(jìn)行驅(qū)動。串接限流電阻R1的阻值越大則段驅(qū)動電流越小，數(shù)碼管的顯示亮度越低，R1的阻值一般在60歐姆到1000歐姆之間，在其他條件相同的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇較大的阻值。在數(shù)碼管的面板布局上，建議數(shù)碼管從左到右的順序是N1靠左邊，N8靠右邊，一邊匹配字左右移動命令和字左右

15、循環(huán)移動命令。第4章 軟件設(shè)計從溫度傳感器出來的電流信號，經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以接收的信號之后，需要對單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對溫度信號采集、計算和實(shí)時顯示。本設(shè)計中，軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。軟件上，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種功能，并保證控制精度，軟件設(shè)計必須實(shí)現(xiàn)功能占CPU時間的分配上做到有主有次，既要保證完整性，又要保證實(shí)時性。溫度控制器在軟件上采用AT89S52開發(fā)，用模塊化結(jié)構(gòu)。本章給出軟件設(shè)計的流程圖。初始化用戶鍵盤選擇傳感器掃描溫度傳感器壓力傳感器比設(shè)定值高比設(shè)定值高加熱開始聲光報警，開蓋降壓溫度顯示壓力顯示YYNN開蓋降溫第5章 設(shè)計總結(jié)本系統(tǒng)以AT89S52單

16、片機(jī)為控制核心。用單片機(jī)做為控制器具有新穎、價廉、安全、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。本文的一些方法也適用于冰箱、空調(diào)等家用電器的電腦控制設(shè)計中。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍵盤識別、液晶顯示、溫度水位讀取以及水溫水位的自動控制等多種功能。并且采用了PID算法，液晶顯示器顯示，高精度溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的目的。用液晶顯示器代替了發(fā)光二級管或數(shù)碼管顯示，使該控制器更加新穎、更加直觀。便于用戶的操作也達(dá)到了用戶的特殊需求。本設(shè)計主要闡明用AT89S52單片機(jī)來控制溫度和水位及其顯示原理，當(dāng)然在設(shè)計中還存在一些不足之處，像定時加熱、定時進(jìn)水、無極調(diào)節(jié)水位以及保溫裝置的設(shè)計等。參考文獻(xiàn)1 孫涵芳等.單片機(jī)原理及應(yīng)用M .北京：北京

17、航空航天大學(xué)出版社，20072 徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(2)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20083 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社，2006.54 周航慈等.智能儀器原理與設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.35 何立明.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009附 錄總電路圖附 錄#include <absacc.h>#include <REG52.h>#include <stdio.h>#include <intrins.h>#define ulo

18、ng unsigned long#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define para1 0x20;#define dat1 DBYTE0x30#define dat2 DBYTE0x31#define LCMDW XBYTE0xF0FF#define LCMCW XBYTE0xF1FF#define com DBYTE0x32#define O_Y DBYTE0x33#define O_X DBYTE0x34#define code_1 DBYTE0x35sbit ACC_0=ACC0;sbit ACC_1=ACC1;

19、sbit ACC_3=ACC3;sbit csh=P32;sbit jsh=P31;sbit swen=P33;sbit DQ=P34;sbit L1=P23;sbit L2=P35;sbit L3=P22;sbit L4=P23;sbit s_a=P27;sbit s_b=P26;sbit s_c=P25;sbit s_d=P24;unsigned char w_s=1,s_s=1，buzzk=0,bflag=0;unsigned char t=0,tb=0,ts=0,tg=0,shs=13,shz=11,s_tb=0,s_ts=0,s_tg=0,s_sh=13,kk,mm=0,p=0;/*

20、讀取溫度函數(shù)*/unsigned int read_temperature(void) unionunsigned char c2; unsigned int x; temp; ow_reset(); /總線復(fù)位 write_byte(0xCC); / 發(fā)Skip ROM命令 write_byte(0xBE); / 發(fā)讀命令 temp.c1=read_byte(); /溫度低8位 temp.c0=read_byte(); /溫度高8位 ow_reset(); write_byte(0xCC); /Skip ROM write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 temp.x<<=

21、4; return (temp.c0); /return temp.x/2;void ST01(void) doACC=LCMCW; while(ACC_0=0&&ACC_1=0); void PR12(void) ST01();LCMCW=com;void PR11(void) ST01();LCMDW=dat2;PR12();void PR1(void) ST01();LCMDW=dat1;PR11();void ST3(void) doACC=LCMCW; while(ACC_3=0); void chushi_1(void) dat1=0x00; dat2=0x00;c

22、om=0x40;PR1();/*設(shè)文本顯示區(qū)域首地址*/ dat1=para1;dat2=0x00;com=0x41;PR1();/* 設(shè)文本顯示區(qū)域?qū)挾?*/ dat1=0x00;dat2=0x08;com=0x42;PR1(); /*設(shè)圖形顯示區(qū)域首地址*/ dat1=para1;dat2=0x00;com=0x43;PR1(); /*設(shè)圖形顯示區(qū)域?qū)挾?/ com=0xa7;PR12(); /*光標(biāo)形狀設(shè)置*/ com=0x80;PR12(); /*顯示方式設(shè)置邏輯"或"合成*/ com=0x9c;PR12(); /*顯示開關(guān)設(shè)置 開文本和圖形顯示*/ /*清顯示子程

23、序*/void CLEAR(void) unsigned char i,j; dat1=0x00;dat2=0x00;com=0x24;PR1(); com=0xb0;PR12(); for(i=0;i<205;i+) /* 205 */ for(j=0;j<=40;j+) /* 40 */ ST3();LCMDW=0x00; com=0xb2;PR12(); /*PID計算*/float PIDCalc( PID *pp, int NextPoint ) int dError, Error; Error = pp->SetPoint*10 - NextPoint; / 偏差

24、 pp->SumError += Error; / 積分 dError = pp->LastError - pp->PrevError; / 當(dāng)前微分 pp->PrevError = pp->LastError; pp->LastError = Error; return (pp->Proportion * Error / 比例項(xiàng) + pp->Integral * pp->SumError / 積分項(xiàng) + pp->Derivative * dError / 微分項(xiàng) );/*PID輸出值的處理*/void active()if(fOut

25、<=0) jwen=1; /溫度高于設(shè)定值，關(guān)閉熱得快 else if(fOut>30*stPID.Proportion)/溫度低于設(shè)定值2攝氏度 jwen=1; /打開電熱得快 /*PID控制*/unsigned int get_temperature(void) float fT; fT= read_temperature(); tb=fT/100; ts=fT/10%10; tg=fT%10; yej(); stPID.Proportion = 1; / 設(shè)置PID比例值 stPID.Integral = 0.5; / 設(shè)置PID積分值 stPID.Derivative =

26、0.0; / 設(shè)置PID微分值 fOut = 100*PIDCalc ( &stPID,(int)(fT*10) ); / PID計算 active();int scan(void) int i,j,r=16,key=16; for(i=0;i<=3;i+) P1|=0xff; P1&=(0x01<<i); /i行輸出為0 for(j=4;j<8;j+) if(P1&(0x01<<j)=0) /j行為0 delay(30); if(P1&(0x01<<j)=0) key=P1&0xff; switch(ke

27、y) case 0xe7: r=0;break; case 0xee: r=1;break; case 0xde: r=2;break; case 0xbe: r=3;break; case 0xed: r=4;break; case 0xdd: r=5;break; case 0xbd: r=6;break; case 0xeb: r=7;break; case 0xdb: r=8;break; case 0xbb: r=9;break; case 0xd7: r=10;break; case 0xb7: r=11;break; case 0x7e: r=12;break; case 0x7

28、d: r=13;break; case 0x7b: r=14;break; case 0x77: r=15;break; default : r=16;break; return r;/*水溫控制*/void std2(void) uchar ii,ws=0,i=16; w_s=0; s_s=1;s_tb=0;s_ts=0;s_tg=0; yej();while(1) if(i<10) ii=i;delay(6000);delay(6000);i=scan(); if(ws=2)&(ii=i)s_tb=s_ts;s_ts=s_tg;s_tg=i;yej();ws+;break;

29、if(ws=1)&(ii=i)s_ts=s_tg;s_tg=i;yej();ws+;i=scan();continue; if(ws=0)&(ii=i)s_tg=i;yej();ws+;i=scan();continue; if(i=10)break; if(i=11)ws=0;s_tb=0;s_ts=0;s_tg=0;yej(); i=scan();if(s_tb>1)s_tb=1;s_ts=0;s_tg=0; else if(s_tb=1)&&(s_ts>0)|(s_tb=1)&&(s_tg>0)=1) s_tb=1;s_ts=0;s_tg=0; else ;w_s=1;s_s=1;/*探測壓力*/ void control(void) switch(shz) case 9: jsh=0; if(s_a=0)shs=13; if(s_b=0)