基于單片機(jī)的水浴溫度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計
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畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目 基于單片機(jī)的水浴溫度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計
專 業(yè) 名 稱 電 子 信 息 工 程
班 級 學(xué) 號 0 7 8 2 0 5 3 3 3
學(xué) 生 姓 名 羅 東 祥
指 導(dǎo) 教 師 葉 愛 華
填 表 日 期 2011年 3 月9日
一、選題的依據(jù)及意義:
本設(shè)計使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行檢測水浴溫度。單片機(jī)具有集成度高,通用性好,功能強(qiáng),特別是體積小,重量輕,耗能低,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。單片機(jī)主要應(yīng)用于各控制領(lǐng)域,用來實(shí)現(xiàn)對信號的檢測、數(shù)據(jù)的采集以及對應(yīng)用對象的控制。由于單片機(jī)擴(kuò)展了各種控制功能,如A/D、PWM、計數(shù)器的捕獲/比較邏輯、高速I/O口、WDT等,已突破了微型計算機(jī)傳統(tǒng)的內(nèi)容,所以對水浴溫度能更好的控制。
溫度、壓力,流量和液位是四種最常見的過程變量。其中溫度是一個非常重要的過程變量,因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形,結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。尤其本設(shè)計,溫度是用戶沐浴時最關(guān)心的,水浴溫度高了用戶受不了,低了容易感冒。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全,產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。目前,在很多場合下,水浴溫度控制已成為非常關(guān)鍵的因素,許多物理特性的變化都直接反映在溫度的升降上,因此對水浴溫度的檢測的意義越來越大。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(含文獻(xiàn)綜述)
隨著社會的發(fā)展,水浴溫度檢測系統(tǒng)對各設(shè)備的要求越來越高,水浴溫度控制設(shè)備受到人們的重視,其可靠性、穩(wěn)定性受到用戶的關(guān)注。
水浴作為一種溫度校核設(shè)備,廣泛地應(yīng)用在溫度傳感器、溫度測量器具的檢測及校核中,是化工、航天、生產(chǎn)等領(lǐng)域中有關(guān)計量單位的主要設(shè)備。國產(chǎn)的水浴一般采用傳統(tǒng)的PID 控制方法,存在以下主要缺陷:一是達(dá)到設(shè)定溫度并且進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間長,一般情況下,從開機(jī)到進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)需要1-2小時,環(huán)境條件有變化時過渡過程時間會更長。造成了時間和能源的浪費(fèi),降低了工作效率。二是控制精度低,往往不能滿足高精度檢測的要求。三是由于沒有制冷設(shè)備,所以不能進(jìn)行0℃至室溫范圍內(nèi)的溫度校核。四是操作復(fù)雜,工作人員不容易掌握合理設(shè)置方法,從而造成過渡過程時間的進(jìn)一步延長和控制精度的進(jìn)一步降低。目前國外的同類設(shè)備,性能較好,但價格十分昂貴,不能滿足廣大用戶的需求。針對上述存在的問題,應(yīng)該采用89C52單片機(jī)作為核心部件,使用新型集成電路設(shè)計出新穎的硬件電路,利用檢測理論設(shè)計出了具有智能補(bǔ)償技術(shù)的系統(tǒng)軟件。
現(xiàn)在國內(nèi)水浴溫度檢測系統(tǒng)的發(fā)展并不是十分規(guī)范,這是由很多水浴溫度檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家沒有按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),也沒有取得相應(yīng)的生產(chǎn)許可證造成的。經(jīng)過國家近十年的發(fā)展,許多要求、條件都有所變化。為使市場競爭進(jìn)一步規(guī)范化,技術(shù)人員能及時掌握本領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)情況并了解系列內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)之間的相互關(guān)系,制定新的行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。因此,水浴溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該朝著既能有效抑制大滯后的影響,又對被控對象參數(shù)的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,且實(shí)現(xiàn)簡單,可靠性好的方向發(fā)展。
三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案
在系統(tǒng)軟件的設(shè)計中我們充分考慮了與硬件電路的有機(jī)結(jié)合,系統(tǒng)組成及工作原理是水浴由水箱溫度傳感器和控制電路組成。水浴溫度檢測系統(tǒng)原理如圖1所示首先通過溫度傳感器鉑熱電阻將水箱內(nèi)溫度的變化變換成電阻的變化送到測量電路,經(jīng)電橋電路變換成微弱的電壓信號,在放大電路中完成溫度設(shè)置及放大信號的功能,以滿足A/D電路的要求,然后經(jīng)A/D電路送到單片機(jī)。單片機(jī)對接收到的信號與設(shè)定信號進(jìn)行比較,輸出一個控制量,當(dāng)設(shè)置溫度低于開機(jī)時的水箱內(nèi)溫度時,單片機(jī)輸出一個開關(guān)量信號,使系統(tǒng)處于工作狀態(tài),此時加熱部分工作。同時用LED顯示當(dāng)前溫度。當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后,電路發(fā)出提示信號。
水浴溫度檢測系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
由水浴溫度檢測硬件圖可知,系統(tǒng)軟件設(shè)計應(yīng)該采用模塊化設(shè)計,在主程序模塊下分成若干彼此獨(dú)立的分模塊,如A/D模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊等,各模塊的功能如下:
1)單片機(jī)控制電路模塊:是整個系統(tǒng)的核心部分。通過中央處理器CPU及本身接口,能夠?qū)崿F(xiàn)對外部數(shù)據(jù)的讀出、處理、寫入。
2)溫度采集電路模塊:利用ICL7650把鉑熱電阻的電壓進(jìn)行放大,然后通過AD0804進(jìn)行采樣,再采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
3)溫度控制電路模塊:主要是由升溫裝置、降溫裝置,通過單片機(jī)控制構(gòu)成。
4)鍵盤顯示電路模塊:由HD7279來驅(qū)動8個數(shù)碼管和16個鍵盤。
5)聲光報警電路模塊:由發(fā)光二極管和蜂鳴器來完成聲光報警的。
軟件各程序作用的說明:
1、主程序:對系統(tǒng)進(jìn)行初始化,對棧點(diǎn)的設(shè)定,定義顯緩區(qū),初始化顯示和對鍵盤掃描。
2、濾波子程序:把采樣得到的10個數(shù)據(jù)求平均值,提高溫度采樣的精度。
3、溫度采樣程序:在濾波的基礎(chǔ)上得到采樣值。
4、A/D轉(zhuǎn)換程序:先啟動ADC0804,待模擬信號轉(zhuǎn)換完了之后,將數(shù)據(jù)進(jìn)行BCD調(diào)整,得出數(shù)字信號。
5、顯示程序:先選中HD7279,延時之后調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)子程,查表后顯示。
系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。
圖2 水浴溫度檢測軟件圖
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
本設(shè)計主要采用STC89C52單片機(jī),完成溫度檢測系統(tǒng)的下位機(jī)部分,實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度的上限值,下限值,并利用溫度傳感器對水浴溫度進(jìn)行實(shí)時采集。該溫度檢測系統(tǒng)可對水浴溫度進(jìn)行實(shí)時檢測和顯示及進(jìn)行溫度控制,在檢測控制的同時可以進(jìn)行聲光報警,整個系統(tǒng)是由溫度傳感器電路,電壓放大電路, A/D 轉(zhuǎn)換電路,最小系統(tǒng)電路,鍵盤顯示電路,報警電路控制電路組成。溫度控制范圍:25℃~100℃,控溫精度+1℃。
工作進(jìn)度:
第1~2周:資料查找、方案論證、英文資料翻譯、開題報告撰寫。
第3~10周:電路原理設(shè)計,線路板制作、安裝,硬件設(shè)計,初步調(diào)試。
第11~15周:軟硬件聯(lián)調(diào),實(shí)驗(yàn)測試。
第16~18周:畢業(yè)論文撰寫,答辯。
五、參考文獻(xiàn)
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