《《計算機控制技術》課程設計說明書太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《計算機控制技術》課程設計說明書太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計（20頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 I 課程設計任務書 學生姓名： 專業(yè)班級： 自動化 0801 指導教師： 工作單位： 自動化學院 題 目: 太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計 初始條件： 設計一個太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水溫的自動檢測及低于某一溫度時自動 啟動輔助加熱裝置。同時用戶可以自定義加熱溫度。 要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要 求） 1. 構(gòu)建計算機控制系統(tǒng)的硬件、軟件框架，并詳細說明理由及思路； 2. 顯示水溫，電加熱水溫可任意設定； 3. 設置溫度參數(shù)后，自動啟動電輔助設備加熱； 4.說明書撰寫格式應符合課程設計說明書統(tǒng)一書
2、寫格式 。 時間安排： 1.系統(tǒng)框架、控制方案設計，2 天； 2.硬件系統(tǒng)設計，3 天； 3.軟件系統(tǒng)設計，3 天； 4.編寫設計報告，3 天。 指導教師簽名： 年 月 日 系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 II 摘要 在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同在太陽能熱利用技術中，太陽能熱水器是技術上比較成熟、造價比較低廉的產(chǎn)品，同 時給人們提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。時給人們提供不耗能源、保護環(huán)境、絕對安全的熱水而受到人們的歡迎。 目前目前 ,太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階
3、段太陽能熱水器控制器還一直處于研究與開發(fā)階段 ,市面在售的控制器絕大部分市面在售的控制器絕大部分 只具備溫度和水位顯示功能只具備溫度和水位顯示功能 ,不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配有電加不具備溫度水位的自動控制功能。雖然有的控制器配有電加 熱輔助裝置熱輔助裝置 ,但都不是全智能型的但都不是全智能型的 ,給用戶使用帶來許多不便。單片機控制系統(tǒng)是對其水給用戶使用帶來許多不便。單片機控制系統(tǒng)是對其水 溫與水位的不同進行檢測和控制。溫與水位的不同進行檢測和控制。 本文設計了一個基于集成溫度傳感器本文設計了一個基于集成溫度傳感器 AD590 的溫度測試儀設計（的溫度測試儀設計（ LCD）
4、 ，它的主要功，它的主要功 能是利用集成溫度傳感器能是利用集成溫度傳感器 AD590 作為傳感元件，集成放大器作為放大電路，作為傳感元件，集成放大器作為放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換器作轉(zhuǎn)換器作 為數(shù)據(jù)采集器件，單片機作為數(shù)據(jù)處理器件，數(shù)碼管作為顯示器件。設計最終目的為了為數(shù)據(jù)采集器件，單片機作為數(shù)據(jù)處理器件，數(shù)碼管作為顯示器件。設計最終目的為了 要實現(xiàn)一個能對重量信息進行實時數(shù)據(jù)采集、處理及顯示，并可用鍵盤設定閾值。要實現(xiàn)一個能對重量信息進行實時數(shù)據(jù)采集、處理及顯示，并可用鍵盤設定閾值。 關鍵詞：單片機關鍵詞：單片機 太陽能熱水器太陽能熱水器 溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng) 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說
5、明書 III 目錄 摘要 .II 引言 .1 1 設計目的與要求 .2 1.1 設計目的 .2 1.2 設計要求 .2 2 設計思路 .3 3 硬件設計 .4 3.1 傳感器的選擇 .4 3.2 放大電路 .4 3.3 數(shù)據(jù)采集電路 .5 3.4 顯示電路 .6 3.5 按鍵部分 .8 3.6 加熱部分 .9 4 軟件設計 .10 4.1 總程序流程設計 .10 4.2 監(jiān)控子程序的設計 .11 4.3 顯示子程序的設計 .11 4.4 鍵盤掃描子程序的設計 .12 總結(jié)體會 .13 參考文獻 .14 附錄 1：總電路圖 .15 附錄 2：本科生課程設計成績評定表 .16 武漢理工大學計算機控
6、制技術課程設計說明書 IV 引言 在世界范圍內(nèi)，太陽能熱水器技術已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不 斷地沖擊電熱水器市場和燃氣熱水器市場。2000 年太陽能熱水器取代 47000 套家用電熱 水器；2000 年日本太陽能熱水器的擁有量將翻一番；以色列更是明文規(guī)定，所有新建房 屋必須配備太陽能熱水器。目前，我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國 家。 然而，目前市場上太陽能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復雜、控制不 方便等問題，很多控制器具有溫度和水位顯示功能，卻不具有溫度控制功能，致使熱水 器陰天的時候不能方便使用。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時間不能 控
7、制而產(chǎn)生過燒，從而浪費電能。 目前市場上存在三種樣式的熱水器：電熱水器、燃氣熱水器和太陽能熱水器。近年 來，在一氧化碳中毒事故中，由燃氣熱水器造成的約占 1/3；電熱水器的大規(guī)模用電，并 不能給人們的正常生活帶來便利，作為后來者的太陽能熱水器，因其安全性好、節(jié)能、 綠色環(huán)保等優(yōu)點，近幾年呈現(xiàn)出爆發(fā)式的發(fā)展趨勢。 選擇太陽能熱水器這個課題，可以讓我更好的認知可持續(xù)發(fā)展問題，看清目前的能 源現(xiàn)狀，以及各國在節(jié)約能源上的措施，在太陽能革新上運用的新技術。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 2 太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計 1 設計目的與要求 1.1 設計目的 通過本次課程設計使學生初步了解
8、計算機控制技術在生產(chǎn)生活中的應用領域，了解 如何將計算機技術和自動控制理論應用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設計出所需要的計算機控制 系統(tǒng)。這是對學生學習計算機控制技術基本功的綜合訓練。本課程設計以太陽能熱 水器溫度控制系統(tǒng)的設計為例，運用課程所學內(nèi)容，進行一次計算機控制系統(tǒng)的設計演 習，使學生具備一定的開發(fā)計算機控制系統(tǒng)的能力。 設計過程中會涉及到一些檢測，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理顯示等模塊，如何選擇元器件 以及熟練掌握這些器件的使用也是課程設計的一個目的。 1.2 設計要求 本課題設計的基于單片機的太陽能熱水器在軟件程序的控制下完成溫度實時顯示功 能，并能完成溫度設定等功能，具體實現(xiàn)的功能目標為： （1）
9、顯示水溫，電加熱水溫可任意設定； （2） 設置溫度參數(shù)后，自動控制電輔助設備加熱。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 3 2 設計思路 為保證一天 24 小時都能提供熱水，系統(tǒng)設計思路如下：當日照條件比較好的時候由 太陽能對水進行加熱，水自動升溫，當用戶用水時發(fā)現(xiàn)水溫過高時可以利用冷熱水出水 閥來調(diào)節(jié)從而降低水溫到適宜溫度；若日照條件比較差（比如夜晚或者陰雨天）時，CPU 根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù),當發(fā)現(xiàn)水溫低于 30 時,自動啟動電加熱并通過自動控制 使水溫恒定。如果當用戶用水時覺得 30 不理想，想要更高的水溫，這時可以啟動手動 加熱，設定需要的溫度,系統(tǒng)啟動電加熱裝置加熱到設定
10、溫度并保持恒定。設定溫度的范 圍控制為在 30 至 65 。 數(shù)據(jù)處 理模塊 AT89C52 數(shù)碼管 顯示模 塊 溫度采 集模塊 電加熱 模塊 鍵盤輸 入模塊 圖 2.1 系統(tǒng)框圖 其中水溫采集模塊用到 AD590 集成溫度傳感器； 電加熱模塊用電阻絲加熱，通過繼電器控制器開通與關斷； 水溫由兩個 LED 數(shù)碼管顯示，水溫有效值最多可顯示為 99。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 4 3 硬件設計 3.1 傳感器的選擇 本此次課設選用的傳感器型號是 AD590 溫度傳感器。AD590 是單片集成兩端感溫電 流源。它的主要特性有： 1、AD590 的輸出電流 I=(273+T)A(T
11、為攝氏溫度 )，因此量測的電壓 V 為(273+T) A 10K= (2.73+T/100)V，即流過器件的電流（uA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度 （開爾文）度數(shù)。式中： I流過器件（AD590）的電流，單位為 uA； T熱力學溫度， 單位為 K； 2、AD590 的測溫范圍為-55+150 ； 3、AD590 的電源電壓范圍為 4V30V。電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流變化 1uA，相當于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反 接也不會被損壞。 3.2 放大電路 本設計利用集成溫度傳感器 AD590，因為其輸出電流是以絕對溫度零度（-
12、273） 為基準，每增加 1，它會增加 1A 輸出電流，因此在室溫 25時，其輸出電流 Iout=（273+25 ）=298 A。由于一般電源供應教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我 們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓 V1 需調(diào)整至 2.73V，接下來我們使用差動放大器其輸出 Vo 為（100K/10K）（V2-V1）=T/10，如果 現(xiàn)在為攝氏 28，輸出電壓為 2.8V，輸出電壓接 AD 轉(zhuǎn)換器，那么 AD 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字 量就和攝氏溫度成線形比例關系。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 5 溫度傳感器放大電路圖如圖 3.1。 圖 3.1 溫度傳感器的放
13、大電路 3.3 數(shù)據(jù)采集電路 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三 態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時， 才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 在此實驗中我們用 0 到 5V 變化的滑動變阻器代替溫度傳感器的 0 到 5V 電壓。 武漢
14、理工大學計算機控制技術課程設計說明書 6 實驗電路圖如圖 3.2 所示。 模擬的電信號由 ADC0809 的 IN0 口進入，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 D 為： D=Vo255/5 (3-1) 圖 3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 3.4 顯示電路 顯示部分為兩個八段數(shù)碼管，分時顯示當前溫度和用戶設顯示部分為兩個八段數(shù)碼管，分時顯示當前溫度和用戶設 定的溫度值。當用戶未設定溫度值時，數(shù)碼管不閃爍，始終顯定的溫度值。當用戶未設定溫度值時，數(shù)碼管不閃爍，始終顯 示當前溫度，當用戶設定了溫度值時，數(shù)碼管閃爍并分時顯示示當前溫度，當用戶設定了溫度值時，數(shù)碼管閃爍并分時顯示 當前溫度值和設定的值。當前溫
15、度值和設定的值。 LED 數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。數(shù)碼管由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。 右圖為右圖為 LED 數(shù)碼管外形和引腳圖，其中數(shù)碼管外形和引腳圖，其中 7 只發(fā)光二極管分別對只發(fā)光二極管分別對 圖 3.3 八段數(shù)碼 管 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 7 應應 a-g 筆段，構(gòu)成筆段，構(gòu)成 “日日 ”字形，另一只發(fā)光二極管字形，另一只發(fā)光二極管 DP 作為小數(shù)點，因此這種作為小數(shù)點，因此這種 LED 顯示顯示 器稱為八段數(shù)碼管。器稱為八段數(shù)碼管。 （如圖（如圖 3.3 所示）所示） 表表 3.1 所示為共陰極所示為共陰極 LED 所顯示的不
16、同字符的字段碼，測量范圍為所顯示的不同字符的字段碼，測量范圍為 099 0C，當溫度，當溫度 超出范圍時，顯示器均顯示超出范圍時，顯示器均顯示 F。 表表 3.1 共陰極共陰極 LED 字符段碼字符段碼 顯示字符 共陰極字段碼 0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7FH 9 6FH F 71H 當單片機應用系統(tǒng)中的當單片機應用系統(tǒng)中的 LED 顯示器位數(shù)較多時，為了簡化電路降低成本，本設計采顯示器位數(shù)較多時，為了簡化電路降低成本，本設計采 用動態(tài)顯示的方式。其接線圖如圖用動態(tài)顯示的方式。其接線圖如圖 3.4。 動態(tài)掃描顯示控制方式
17、就是逐個地循環(huán)點亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一動態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個地循環(huán)點亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一 位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線 處于段開狀態(tài)，同時段選線上輸出相應位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個瞬間，處于段開狀態(tài)，同時段選線上輸出相應位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個瞬間， 8 位位 LED 中只有選通的那一位中只有選通的那一位 LED 顯示出字符，而其它顯示出字符，而其它 7 位則是熄滅的。同樣，在下一瞬位則是熄滅的。同樣，在下一瞬 間，只
18、顯示下間，只顯示下 1 位位 LED。如此繼續(xù)下去，等。如此繼續(xù)下去，等 8 位位 LED 都顯示完畢后，在循環(huán)進行。雖然都顯示完畢后，在循環(huán)進行。雖然 這些字符是在不同的瞬時輪流點亮的，但由于人眼的視覺殘留效應，看到的是這些字符是在不同的瞬時輪流點亮的，但由于人眼的視覺殘留效應，看到的是 8 位穩(wěn)定位穩(wěn)定 顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采顯示的字符，與靜態(tài)顯示的效果完全一樣。所以為了簡化電路、降低成本，此系統(tǒng)中采 用動態(tài)顯示方式。用動態(tài)顯示方式。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 8 圖 3.4 數(shù)碼管顯示電路 3.5 按鍵部分 采用矩陣鍵
19、盤方式輸入設計鍵盤控制電路部分，分別定義按鍵名稱為數(shù)字0到9，以及“設置” 、 “取消” 、 “確定” ，其鍵盤結(jié)構(gòu)圖3.5所示： 圖 3.5 矩陣鍵盤 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 9 3.6 加熱部分 加熱部分采用三極管控制繼電器，通過繼電器控制電熱絲加熱。此加熱方式可以通過軟件設計控制 電熱絲的加熱時間。繼電器的選擇要考慮到電熱絲的功率。其電路原理如圖 3.6 所示： 圖 3.6 加熱電路圖 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 10 4 軟件設計 4.1 總程序流程設計 按下設定鍵？ 當前 T30 啟動電加熱 斷開電加熱 當前 T30 啟動電加熱 斷開電加熱 當前 T設
20、定值 當前 T設定值 中斷：按下取消設置 鍵 初始化 開始 圖 4.1 總流程圖 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 11 4.2 監(jiān)控子程序的設計 數(shù)據(jù)采樣子程序是將調(diào)理過的傳感器采樣數(shù)據(jù)通過 IN0 通道把模擬量通過 A/D 轉(zhuǎn)換 成數(shù)字量然后暫存起來。 采樣的流程框圖如圖 4.2： 開啟轉(zhuǎn)換 延時等待 暫存結(jié)果 返回 圖 4.2 數(shù)據(jù)采樣的流程圖 4.3 顯示子程序的設計 顯示部分主要是顯示當前溫度值和用戶設定的溫度值。顯示程序嵌入在主程序中，當基本數(shù)值顯 示過程如圖 4.3： 圖 4.3 顯示子程序流程 送入單片機的數(shù) 字量溫度值 轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管中 相應碼值 送顯示 武漢理工大學計
21、算機控制技術課程設計說明書 12 4.4 鍵盤掃描子程序的設計 鍵盤掃描子程序是用與閾值的輸入和設定。開始設定閾值，按兩次數(shù)字鍵，輸入閾 值，如果輸入三次則重新輸入，輸入結(jié)束后按 D 鍵確定。 圖 4.4 鍵盤掃描的流程圖 按下設定？ 按鍵？ 判斷按鍵次數(shù) 超過兩次？ 鍵值處理 按下確定？ N Y N Y Y N N N N Y 開始 結(jié)束 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 13 總結(jié)體會 本次課程設計是對所學知識的一次綜合性運用。其中包括對模擬電子技術基礎、數(shù) 字電子技術基礎、單片機等知識的運用。在設計的過程中我發(fā)現(xiàn)了自身知識的不足，也 發(fā)現(xiàn)我們必須具備專業(yè)基礎知識，才能成功的設計出
22、一件合格的東西。這次課程設計收 獲很多，體會也很深刻，并且對我們所學的東西也產(chǎn)生了濃厚的興趣。設計過程中，學 到了很多新的東西，PROTEL 軟件繪制電路原理圖，以及一些仿真軟件的應用。當然最重 要的是學到了關于基本電子設計的一些基本方法，同時也加深了對一些常用的電子元件 的理解及其基本用法的掌握。除此之外，我覺得在這次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)團隊精神 的重要性，很多時候一個人的力量是有限的，一個人不可能什么都會，什么都能自己解 決，還是有需要他人幫助的時候，我覺得人與人之間的相互幫助很有必要，這樣不僅能 幫助大家很快的解決問題，不僅能提高我們每個人的實際水平，還能培養(yǎng)我們的團隊合 作精神，這些能
23、力對于我們今后的學習和工作都很有幫助。 由于時間關系，本次設計中還有不盡完善之處。希望在以后的學習生涯中不斷的完 善和改進。 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 14 參考文獻 1 李念強主編. 單片機原理及應用M. 北京：機械工業(yè)出版社, 2007 2 孫育才主編. MCS-51 系列單片微型計算機及其應用. 東南大學出版社, 1997 3 張濤,王金崗主編. 單片機原理與接口技術M. 冶金工業(yè)出版社, 2007 4 閻石主編. 數(shù)字電子技術基礎M. 高等教育出版社. 1997 5 王長胤，文軍主編. 單片單板機原理及應用M. 武漢大學出版社, 1993 6 王俊杰主編. 基于 89C
24、51 單片機的太陽能熱水器智能控制器的設計J. 鄭州輕工業(yè) 學院學報: 自然科學版, 2005（8）: 67-68 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 15 附錄 1：總電路圖 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 17 姓 名 黎德剛 性 別 男 專業(yè)、班級 自動化 0801 班 課程設計題目：太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計 課程設計答辯或質(zhì)疑記錄： 成績評定依據(jù)： 評 分 項 目 分值 評分 1選題合理、目的明確 10 2設計方案正確，具有可行性、創(chuàng)新性 20 3設計結(jié)果：參數(shù)清晰，數(shù)據(jù)正確 20 4態(tài)度認真、學習刻苦、獨立完成任務 20 5設計報告規(guī)范化、參考文獻充分、無原則性錯誤 20 6答辯 10 總分 100 最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 武漢理工大學計算機控制技術課程設計說明書 I 附錄 2：本科生課程設計成績評定表 指導教師簽字： 年 月 日
《計算機控制技術》課程設計說明書太陽能熱水器溫度控制系統(tǒng)的設計
