單片機+NTC3435熱敏電阻的水溫自動加熱系統設計

ID:362076 · 發表于 2019-8-7 13:41

【功能設計】
使用IAP15W4K58S4單片機、數碼管和NTC3435熱敏電阻、DC12V直流加熱棒（帶驅動板）組成一個自動加熱系統。可以手動設定目標溫度（30℃~90℃），設置步進1攝氏度。
請使用者僅用于參考學習，不要用于商業。
【使用流程描述】
1.上電程序會輪流顯示設定溫度和實際溫度。配有指示燈表示當前所顯示的是哪一個。
2.任意時刻按下增加或減少按鍵，程序進入設置模式，顯示設定值并保持。后臺加熱仍然以原設置值為準。
3.當按下確定鍵且設定溫度在有效范圍內時，程序裝載新設置值并進行自動調整，否則恢復原值。按下取消鍵也恢復原值。
4.降溫操作通過被動散熱進行，所以會比較慢。
5.后續需求有所變化，增加一個串口輸出，傳遞設置值和實際值給遠端單片機顯示。
【主機參數設置】
0.MCU型號IAP15W4K58S4，頻率11.0592MHz，下載程序時注意勾選“在程序區的結束處添加重要測試參數”。
1.ADC使用片內ADC，10位精度，使用內部基準源校正采集值。
2.PID部分借用他人程序，針對此設計做了調整
。參考程序來源已不可考，故不貼出。
3.NTC電阻采用B值3435防水型號，其查表程序為本人所寫，詳情請查閱對應C文件（移植很方便）。
4.串口設置9600 8N1。
【從機參數設置】
1.型號STC15W408AS，頻率11.0592MHz。
2.從機使用IIC轉并口的轉接板連接LCD1602，極大地節約了IO口的使用。

這個小板原本為在Arduino上使用而設計的，但是既然遵守IIC協議，并且只是PCF8574芯片通信，那么51也可以才對。經過查找，在百度貼吧上找到了使用其驅動LCD1602的程序，并且重新排版編寫使之清晰明了，工程中的LCD1602_IIC.c即為此轉接板的驅動程序。

【實物快照】

顯示部分會隨著主機的顯示進行更新

白天照的不清晰，數碼管由于直連IO推挽方式驅動所以有些段選有殘影。單片機PWM和加熱部分之間使用MOS管驅動，供電12V。

【主機主程序】

#include"STC15.H" //單片機寄存器定義
#include"Binary.H" //提供二進制輸入
#include<intrins.h> //提供_nop_函數
#include"NTC3435.c" //提供NTC查詢表
sbit Key_Add=P1^5;//設定值+
sbit Key_Subtract=P1^6;//設定值-
sbit Key_Submit=P1^7;//確定修改
sbit Key_Cancel=P5^5;//取消修改
sbit LED_Red=P3^6;//用于指示當前顯示的溫度為設定值
sbit LED_Green=P3^7;//用于指示當前顯示的溫度為測得值
sbit S1=P4^5;
sbit S2=P4^2;
sbit S3=P4^4;//數碼管位選
sbit PWM_FC=P1^0;//PWM輸出引腳
//初始化變量
unsigned int code Voltage_BandGap_ROM _at_ 0xe7f7;//58K程序空間的MCU
//全局變量表
unsigned char smgduan[18]={0xfa,0x22,0xb9,0xab,0x63,0xcb,0xdb,0xa2,0xfb,0xeb,0xf3,0x5b,0x19,0x3b,0xd9,0xd1,0x01};
unsigned char Display_Temperature_Act[3]={0,0,0};//溫度測得值顯示數組
unsigned char Display_Temperature_Set[3]={0,0,0};//溫度設定值顯示數組
int Temperature_Act=32; //溫度測得值
int Temperature_Set=40; //溫度設定值
int Shadow_Temperature_Set=40; //溫度設定值影子值
unsigned int T0_Cnt_1=0; //定時器0周期計數1：顯示輪詢
unsigned int T0_Cnt_2=0; //定時器0周期計數2：PID控制
unsigned char T0_Cnt_3=0; //定時器0周期計數3：串口發送
bit En_Display_Standby=1; //顯示輪詢有效標志位
bit Do_T0_3=0; //串口發送標志
bit flag_display_mode=0; //顯示標志位
bit Temperature_Set_Choose=0;//溫度設置值數據來源選擇，用于PID設置，該值為0時數據參考來自設置變量，該值為1時數據參考來源來自影子變量
bit flag_Key_Add=0; //按鍵動作執行標志位
bit flag_Key_Subtract=0; //按鍵動作執行標志位
bit flag_Key_Submit=0; //按鍵動作執行標志位
bit flag_Key_Cancel=0; //按鍵動作執行標志位
bit busy=0;//串口1發送狀態
//ADC測溫相關變量
unsigned int ADC_DATA; //讀取到的ADC轉換值
unsigned int ADC_BandGap; //讀取的BandGap轉換值
float VCC_Voltage; //計算得到的VCC電壓值，單位mV
float NTC_Voltage; //計算得到的NTC分壓電壓值，單位mV
float NTC_Temperature; //查表計算得到的NTC對應溫度值，單位℃
unsigned long NTC_R_Comp=0; //待對比的電阻值，單位十倍歐姆
bit flag_value_update=0; //測得值更新標志位
bit En_ADC_Value=0; //ADC轉換值標志 0：無效 1：有效
//移植PID部分時的全局變量
int e ,e1 ,e2 ;//pid
float uk ,uk1 ,duk ;//pid
float Kp=10,Ki=12,Kd=1.5;//pid 10,12,1.5
int out=0;
unsigned int PWMTime=0;
unsigned int cnt=0;
/************************************************************
名稱：基于NTC3435的水溫自動加熱系統設計
平臺：IAP15W4K58S4 11.0592MHz 9600 8N1
編寫注意：數碼管連接在P2口，單片機推挽輸出方式直驅
程序編寫：凌凈清河
硬件制作：凌凈欣羽
文稿排版：凌凈欣羽
發布日期：2019年8月7日(星期三)
聲明：如您直接使用本例程或進行較大程度的借鑒，請注明程序出處，謝謝！
所屬：新礦城學習基地#2019
************************************************************/
void PWMOUT()
{
if(cnt<PWMTime)
{
PWM_FC=1;
}
else
{
PWM_FC=0;
}
if(cnt>1000)cnt=0;
}
void PIDControl(void)
{
if(Temperature_Set_Choose)
{
e=Shadow_Temperature_Set-NTC_Temperature;
}
else
{
e=Temperature_Set-NTC_Temperature;
}
duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e+Kd*(e-2*e1+e2));
uk=uk1+duk;
if(uk>1200)
{
uk=1000;
}
else if(uk<-1200)
{
uk=0;
}
out=(int)uk;
if(out>1000)
{
out=1000;
}
else if(out<0)
{
out=0;
}
PWMTime=out;
uk1=uk;
e2=e1;
e1=e;
}
void delay(unsigned int i)
{
while(i--);
}
void SendData(unsigned char dat)//串口1發送一個字節數據
{
while(busy);
busy=1;
SBUF=dat;
}
void Value_Send()//串口將數據發送出去，僅發送顯示的部分
{
SendData(0xC7);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[0]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[1]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[2]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[0]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[1]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[2]);
delay(100);
SendData(0x7C);
}
void VCC_Voltage_Read() //調用此函數更新電源電壓值，存儲在VCC_Voltage變量中，該函數改變ADC的設置
{
P1ASF=B00000000; //不設置P1ASF，以便上電讀取BandGap電壓的ADC轉換值
ADC_CONTR=B10000000; //開啟ADC電源，設置轉換速度540時鐘周期，清空轉換標志位，停止轉換，模擬通道選擇P1^0
ADC_RES=0; //清除結果寄存器
ADC_RESL=0; //清除結果寄存器
CLK_DIV&=B11011111; //ADC_RES[7:0]存放高8位ADC結果，ADC_RES[1:0]存放低2位ADC結果
//PADC=1; //設置A/D轉換中斷優先級為最高
ADC_CONTR|=0x08; //開始轉換
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //按照例程延時4個周期
while(!En_ADC_Value); //等待轉換結束
En_ADC_Value=0; //清除標志位
ADC_BandGap=ADC_DATA; //保存BandGap的ADC轉換值
VCC_Voltage=Voltage_BandGap_ROM*1023.0/(float)ADC_BandGap;//電源電壓值計算
}
void NTC_Voltage_Read() //調用此函數更新NTC電壓值，存儲在NTC_Voltage變量中，該函數改變ADC的設置
{
P1ASF=B00001000; //NTC接在P13
ADC_CONTR=B11100011; //開啟ADC電源，設置轉換速度90時鐘周期，清空轉換標志位，停止轉換，模擬通道選擇P1^3
ADC_RES=0; //清除結果寄存器
ADC_RESL=0; //清除結果寄存器
CLK_DIV&=B11011111; //ADC_RES[7:0]存放高8位ADC結果，ADC_RES[1:0]存放低2位ADC結果
//PADC=1; //設置A/D轉換中斷優先級為最高
ADC_CONTR|=0x08; //開始轉換
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //按照例程延時4個周期
while(!En_ADC_Value); //等待轉換結束
En_ADC_Value=0; //清除標志位
NTC_Voltage=Voltage_BandGap_ROM*(float)ADC_DATA/(float)ADC_BandGap;//NTC分壓電壓計算
}
/*
數值顯示處理函數，將溫度變量的值判斷合法范圍并按位取出送給顯示數組
溫度變量值的合理更新由其更新函數負責
為提高效率，該函數只在變量更新時執行一次，不隨數碼管顯示函數輪詢刷新
*/
void Data_Process()
{
if(Temperature_Act>0&&Temperature_Act<100)
{
Display_Temperature_Act[0]=Temperature_Act/10;
Display_Temperature_Act[1]=Temperature_Act%10;
Display_Temperature_Act[2]=12;
}
else
{
if(Temperature_Act<0)
{
Temperature_Act*=(-1);//將值變為正數
Display_Temperature_Act[0]=17;//顯示負號
Display_Temperature_Act[1]=Temperature_Act/10;
Display_Temperature_Act[2]=Temperature_Act%10;
}
else//數值大于100℃
{
Display_Temperature_Act[0]=Temperature_Act/100;
Display_Temperature_Act[1]=(Temperature_Act%100)/10;
Display_Temperature_Act[2]=Temperature_Act%10;
}
}
//由于設置值由設置函數保證合法性，此處不用判斷，直接按位取出即可
Display_Temperature_Set[0]=Temperature_Set/10;
Display_Temperature_Set[1]=Temperature_Set%10;//溫度設定值在30~90之間
Display_Temperature_Set[2]=12;
// Display_Temperature_Set[0]=PWMTime/100;
// Display_Temperature_Set[1]=(PWMTime%100)/10;
// Display_Temperature_Set[2]=PWMTime%10;
// if(PWMTime==0)Display_Temperature_Set[2]=15;
}
/*
數碼管顯示函數，用于刷新顯示設定的和實際的溫度值
同時刷新LED的指示顯示
參數為布爾量，0：顯示設定值 1：顯示測得值
*/
void smg_display(bit choose)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<3;i++)
{
switch(i)
{
case 0:S1=0;S2=1;S3=1;break;
case 1:S1=1;S2=0;S3=1;break;
case 2:S1=1;S2=1;S3=0;break;
}
if(choose)
{//測得值
P2=smgduan[Display_Temperature_Act[i]];
}
else
{//設定值
P2=smgduan[Display_Temperature_Set[i]];
}
delay(100);
P2=0x00;
}
if(choose)//在不同模式下點亮相應的指示燈
{
LED_Red=1;LED_Green=0;
}
else
{
LED_Red=0;LED_Green=1;
}
}
void Timer0Init(void) //5毫秒@11.0592MHz
{
AUXR |= 0x80; //定時器時鐘1T模式
TMOD &= 0xF0; //設置定時器模式
TL0 = 0x00; //設置定時初值
TH0 = 0x28; //設置定時初值
TF0 = 0; //清除TF0標志
TR0 = 1; //定時器0開始計時
}
void Timer1Init(void) //10微秒@11.0592MHz
{
AUXR |= 0x40; //定時器時鐘1T模式
TMOD &= 0x0F; //設置定時器模式
TL1 = 0x91; //設置定時初值
TH1 = 0xFF; //設置定時初值
TF1 = 0; //清除TF1標志
TR1 = 1; //定時器1開始計時
}
void UartInit(void) //9600bps@11.0592MHz
{
SCON = 0x50; //8???,?????
AUXR |= 0x01; //??1?????2???????
AUXR |= 0x04; //???2???Fosc,?1T
T2L = 0xE0; //??????
T2H = 0xFE; //??????
AUXR |= 0x10; //?????2
}
void sys_init()
{
P0M1=0x00;
P0M0=0x00;
P1M1=0x00;
P1M0=0x00;
P2M1=0x00;
P2M0=0xFF;//P2口推挽輸出
P3M1=0x00;
P3M0=0x00;
P4M1=0x00;
P4M0=0x00;
P5M0=0x00;
P5M1=0x00;
P2=0x00;
LED_Red=0;
LED_Green=0;
Timer0Init();
Timer1Init();
UartInit();
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
ES=1;//開串口中斷使能
EADC=1;//開ADC轉換中斷
VCC_Voltage_Read();//讀取電源電壓
Data_Process();
LED_Red=1;
LED_Green=1;
}
void main()
{
sys_init();
while(1)
{
smg_display(flag_display_mode);
if(flag_value_update)
{
flag_value_update=0;
NTC_Voltage_Read();//讀取NTC的分壓值（P13上的模擬電壓）
NTC_R_Comp=100000*NTC_Voltage/(VCC_Voltage-NTC_Voltage);//計算待對比的NTC阻值，單位十倍歐姆
NTC_Temperature=NTC_103_3435_Compare(NTC_R_Comp);//查表計算NTC對應的溫度值
Temperature_Act=(char)NTC_Temperature;//取整
Data_Process();
}
//***************************************************************************
//此處添加PID調溫的函數
//Temperature_Set_Choose為溫度設置值數據來源選擇標志位，用于PID設置。
//該值為0時溫度設置值來自變量Temperature_Set，該值為1時設置值來自影子變量Shadow_Temperature_Set
//溫度的設置值為int型數據，范圍為30-90
//實時溫度可以來自以下兩個變量：
//Temperature_Act為int型變量，存儲顯示的測得值
//NTC_Temperature為float型變量，存儲每次轉換完成后的查表得到的溫度值
PWMOUT();
//***************************************************************************
if(Do_T0_3)
{
Do_T0_3=0;
Value_Send();//串口發送顯示的值給另一個單片機（設計要求?
}
if((Key_Add==0&&(!flag_Key_Add)))
{
delay(3000);
if(Key_Add==0)
{
flag_Key_Add=1;
//按鍵執行內容
if(Temperature_Set_Choose==0)//當首次進入設置模式時
{
En_Display_Standby=0;//關閉中斷中的顯示輪詢
Shadow_Temperature_Set=Temperature_Set;//備份之前的設置值
Temperature_Set_Choose=1;//切換PID數據來源
flag_display_mode=0;//切換到設定值顯示
}
Temperature_Set++;//增加設置值
if(Temperature_Set>90)Temperature_Set=90;//設置上限
Data_Process();//更新顯示
}
}
if((Key_Subtract==0&&(!flag_Key_Subtract)))
{
delay(3000);
if(Key_Subtract==0)
{
flag_Key_Subtract=1;
//按鍵執行內容
if(Temperature_Set_Choose==0)//當首次進入設置模式時
{
En_Display_Standby=0;//關閉中斷中的顯示輪詢
Shadow_Temperature_Set=Temperature_Set;//備份之前的設置值
Temperature_Set_Choose=1;//切換PID數據來源
flag_display_mode=0;//切換到設定值顯示
}
Temperature_Set--;//減少設置值
if(Temperature_Set<30)Temperature_Set=30;//設置下限
Data_Process();//更新顯示
}
}
if((Key_Submit==0&&(!flag_Key_Submit)))
{
delay(3000);
if(Key_Submit==0)
{
flag_Key_Submit=1;
//按鍵執行內容
if(Temperature_Set_Choose)//確定鍵在設置模式時有效
{
En_Display_Standby=1;//開啟中斷中的顯示輪詢
Temperature_Set_Choose=0;//切換PID數據來源
}
}
}
if((Key_Cancel==0&&(!flag_Key_Cancel)))
{
delay(3000);
if(Key_Cancel==0)
{
flag_Key_Cancel=1;
//按鍵執行內容
if(Temperature_Set_Choose)//取消鍵在設置模式時有效
{
Temperature_Set=Shadow_Temperature_Set;//還原之前的設置值
En_Display_Standby=1;//開啟中斷中的顯示輪詢
Temperature_Set_Choose=0;//切換PID數據來源
}
}
}
if(Key_Add)flag_Key_Add=0;
if(Key_Subtract)flag_Key_Subtract=0;
if(Key_Submit)flag_Key_Submit=0;
if(Key_Cancel)flag_Key_Cancel=0;
}
}
void T0() interrupt 1
{
if(T0_Cnt_1==400)
{
T0_Cnt_1=0;
if(En_Display_Standby)
{
flag_display_mode=!flag_display_mode;
}
flag_value_update=1;
}
else
{
T0_Cnt_1++;
}
if(T0_Cnt_2==10)
{
T0_Cnt_2=0;
PIDControl();
// PWMTime=PWMTime+100;
// if(PWMTime>1000)
// {
// PWMTime=0;
// }
}
else
{
T0_Cnt_2++;
}
if(T0_Cnt_3==100)
{
T0_Cnt_3=0;
Do_T0_3=1;
}
else
{
T0_Cnt_3++;
}
}
void T1() interrupt 3
{
cnt++;
}
void UART() interrupt 4
{
if(RI)
{
RI=0;
}
if(TI)
{
TI=0;//清除標志位
busy=0;//上一數據發送完成
}
}
void ADC() interrupt 5 //AD中斷服務函數
{
ADC_CONTR&=!0x10; //清除ADC中斷標志，例程
ADC_DATA=(ADC_RES<<2)|ADC_RESL; //10位ADC結果拼接
En_ADC_Value=1; //ADC轉換值有效標志
}

復制代碼

【程序下載】

基于NTC3435的水溫自動加熱系統設計凌凈清河.zip (103.38 KB, 下載次數: 222)

ID:328014 · 發表于 2019-8-8 02:23

好資料，51黑有你更精彩!!!

ID:386381 · 發表于 2019-8-8 13:49

謝謝樓主分享

ID:484435 · 發表于 2019-8-8 19:15

謝謝分享

ID:97678 · 發表于 2019-12-2 17:45

能不能把完整的資料發給我？尤其是PID程序。可以把溫度范圍放大到0~30度

ID:231727 · 發表于 2019-12-17 17:28

PID控制的部分還么有完成嗎?

ID:362076 · 發表于 2019-12-18 10:15

yuri_su 發表于 2019-12-17 17:28
PID控制的部分還么有完成嗎?

程序是可用的，由于是師兄的畢設，所以PID部分只對照示波器測試了具體表現可以達到比較好的預期，理論層面上沒有做精確分析和計算

ID:36172 · 發表于 2020-2-16 10:49

想問你一個問題，關于熱敏電阻的溫度與阻值之間的關系，好像你的不對呀，有點差距，還有就是你的NTC接電源還是接地（是采用上拉電阻還是下拉電阻）

ID:362076 · 發表于 2020-2-17 09:08

weq12345 發表于 2020-2-16 10:49
想問你一個問題，關于熱敏電阻的溫度與阻值之間的關系，好像你的不對呀，有點差距，還有就是你的NTC接電源 ...

呃，太久了不記得當初怎么連的了，應該是VCC-10K-NTC-GND吧..

ID:502881 · 發表于 2020-3-25 13:53

想問你一個問題，關于熱敏電阻的溫度與阻值之間的關系，好像你的不對呀，有點差距，還有就是你的NTC接電源還是接地（是采用上拉電阻還是下拉電阻）

ID:362076 · 發表于 2020-3-26 09:37

山外青衫發表于 2020-3-25 13:53
想問你一個問題，關于熱敏電阻的溫度與阻值之間的關系，好像你的不對呀，有點差距，還有就是你的NTC接電源 ...

NTC是接地的，VCC-10K-NTC-GND。
有不對的地方請見諒哈，我承認自己學藝不精~

ID:1023572 · 發表于 2023-8-15 09:02

牛X，向樓主看齊

ID:1023572 · 發表于 2023-8-15 09:09

凌凈清河發表于 2020-3-26 09:37
NTC是接地的，VCC-10K-NTC-GND。
有不對的地方請見諒哈，我承認自己學藝不精~

有沒串一個電阻到ADC呢？

ID:1052053 · 發表于 2023-10-11 09:45

AndyYeung 發表于 2023-8-15 09:09
有沒串一個電阻到ADC呢？

一般是不用串的吧，

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