智能溫度采集與控制系統(tǒng)

ID:71259 · 發(fā)表于 2014-12-30 23:27

1、本設(shè)計(jì)研究的意義：
溫度的采集與控制系統(tǒng)是一個(gè)很廣泛實(shí)用的系統(tǒng)，可以用在各種地方，比如水溫控制、室內(nèi)溫度報(bào)警、加熱控制等。溫度控制系統(tǒng)可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，比如FPGA編程、微機(jī)控制、單片機(jī)控制等。一片F(xiàn)PGA價(jià)格比較貴，且用為單一的溫度控制系統(tǒng)資源浪費(fèi)很大，而微機(jī)控制也是大材小用。單片機(jī)價(jià)格便宜，用來(lái)做溫度控制資源利用合理。而本系統(tǒng)是基于MCS—51單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)，其有對(duì)采集的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)處理能力，且可以根據(jù)溫度的高低來(lái)對(duì)其他的裝置比如加熱器等進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制。除了可以單獨(dú)作為一個(gè)溫度控制系統(tǒng)外，還可以結(jié)合其他的更為復(fù)雜的系統(tǒng)，嵌入到其他的系統(tǒng)中，作為其中一的部分。比如家里用的電火鍋、電冰箱、空調(diào)等大型的產(chǎn)品。
2、實(shí)現(xiàn)功能：
（1）系統(tǒng)能通過(guò)I/O接口線對(duì)加熱裝置進(jìn)行控制，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路采集該裝置溫度信息。
（2）可利用兩位LED數(shù)碼管即時(shí)顯示采集的溫度值。用定時(shí)器設(shè)計(jì)定時(shí)功能，使顯示停留時(shí)間為5S，利用單片機(jī)的中斷系統(tǒng)進(jìn)行控制。
（3）當(dāng)溫度每變化1度時(shí)應(yīng)立即更新顯示。
（4）對(duì)加熱裝置的某個(gè)溫度值進(jìn)行控制，此實(shí)驗(yàn)設(shè)定為50o，但可以修改。
（5）用一個(gè)單色LED燈顯示加熱情況：燈亮表示正在加熱，滅表示已停止加熱。
二、硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如下：

由于本系統(tǒng)是基于AEDK5196ET單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，故里里面的好多芯片和裝置已經(jīng)安裝固定。下面對(duì)具體的裝置及其在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的功能和接法進(jìn)行說(shuō)明：
1、加熱器和溫度傳感器：這里采用到的是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的AEDK—DJ3溫度/壓力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)驗(yàn)只用到其溫度測(cè)量和控制部分。其包括：加熱機(jī)構(gòu)、溫度傳感器和放大器。溫度采集使用熱敏電阻，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送出。加熱器是可控制的，當(dāng)要加熱時(shí)，可以向相應(yīng)的管腳寫(xiě)入“0”，停止加熱時(shí)寫(xiě)入“1”。在此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，當(dāng)DJ3接入AEDK5196ET實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)，可以用芯片74LS273的PO4腳來(lái)控制加熱器。接線時(shí)用專用25芯插座把DJ3接到AEDK5196ET實(shí)驗(yàn)機(jī)，其輸出端接到AD0809的IN1通道入口。
2、采樣裝置：這里采樣的是實(shí)驗(yàn)箱中的AD0809，其具體的圖形如下：已經(jīng)和單片機(jī)有部分線連接好了。其采入由傳感器轉(zhuǎn)化后的模擬電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)。送入到MCS—51單片機(jī)中進(jìn)行處理。接線時(shí)把EOC接到單片機(jī)的P1.7口用來(lái)進(jìn)行查詢采樣是否完成。片選信號(hào)可以接入74LS138的地址選口。

3、單片機(jī)：這是整個(gè)系統(tǒng)的核心裝置。單片機(jī)主的的工作是控制和處理，其先控制A/D采進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)傳感器的溫度——電壓對(duì)比值對(duì)應(yīng)為相應(yīng)的溫度，可以根據(jù)查表法，也可以根據(jù)公式法，本實(shí)驗(yàn)采用的是MCS—51單片機(jī)的查表指令設(shè)計(jì)的查表法。再將對(duì)應(yīng)出來(lái)的溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，包括：和控制溫度（50°）對(duì)比，看是否需要停止加熱；和前一次溫度對(duì)比，看是否需要更換LED的溫度顯示；對(duì)LED的顯示進(jìn)行定時(shí)；將加熱與斷開(kāi)狀態(tài)送到單色LED上顯示等。
4、單色LED：用一個(gè)發(fā)光二極管接到單片機(jī)一個(gè)I/O口，加熱時(shí)此口送出“1”，停止時(shí)此口清零。將單片機(jī)的P1.0口接到74LS240的任一個(gè)入口DLx。
5、八段LED：可以用實(shí)驗(yàn)箱上的兩個(gè)八段LED來(lái)顯示溫度的值。它在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中由可編程芯片8279控制。其裝置圖如下：

智能溫度采集與控制系統(tǒng)是將上面的裝置聯(lián)合起來(lái)，具體的實(shí)現(xiàn)方案如下：由溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，由A/D采樣將模擬電信號(hào)采進(jìn)來(lái)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)送給單片機(jī)處理，單片機(jī)將采進(jìn)來(lái)的數(shù)字信號(hào)根據(jù)傳感器的溫度——電壓對(duì)比值對(duì)應(yīng)為相應(yīng)的溫度，再將對(duì)應(yīng)出來(lái)的溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，包括：和控制溫度（50°）對(duì)比，看是否需要停止加熱，即對(duì)加熱器實(shí)時(shí)控制；和前一次溫度對(duì)比，看是否需要更換LED的溫度顯示，即對(duì)單色LED實(shí)時(shí)控制；對(duì)LED的顯示進(jìn)行定時(shí)；將加熱與斷開(kāi)狀態(tài)送到單色LED上顯示等。
三、軟件設(shè)計(jì)流程及描述
根據(jù)設(shè)計(jì)思路，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)流程圖如下：

                     總程序流程圖
（源代碼程序請(qǐng)參見(jiàn)：《智能溫度采集與控制系統(tǒng)源代碼》）

                                          四、設(shè)計(jì)所遇到問(wèn)題分析
在本次設(shè)計(jì)中遇到下面幾個(gè)問(wèn)題，但是根據(jù)查資料和請(qǐng)教他人，遂一一解決：
1、八段LED顯示兩位溫度：因?yàn)檫@里用的是AEDK5196ET單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它里面的LED是用8279控制的，所以得先熟悉8279芯片。用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的LED顯示溫度時(shí)，必須查LED的段碼表，把對(duì)應(yīng)的數(shù)字對(duì)就為LED的相應(yīng)段碼。其實(shí)要是可以外接的話，可以直接把溫度轉(zhuǎn)化為BCD碼，然后用兩個(gè)74LS48或者74LS47（要看是共陰極還是共陽(yáng)極選定相應(yīng)的譯碼器）譯碼器接到單片機(jī)的P1口，直接將溫度轉(zhuǎn)化后的BCD碼送出來(lái)就可以顯示了。這樣的話，程序可以很簡(jiǎn)短，也沒(méi)有那么復(fù)雜了。
2、在寫(xiě)程序的時(shí)候要注意到的問(wèn)題有：（1）棧地址SP的設(shè)置問(wèn)題。因?yàn)樵诔绦蛑杏玫搅吮容^多的寄存器，而SP的剛開(kāi)始地址為0007H，可以和寄存器地址重復(fù)，所以在程序的開(kāi)始應(yīng)該給其定一個(gè)比較大的值；（2）用一個(gè)直接地址的時(shí)候要注意最好不用寄存器已經(jīng)分配的地址，如想用一個(gè)直接地址存一個(gè)備用數(shù)據(jù)，因?yàn)橐呀?jīng)用到了R1—R7等寄存器，所以最好不用00H—1FH地址；（3）這里用到了查表程序，就要熟悉MCS—51單片機(jī)的兩條查表程序，即用DPTR和PC和查表程序。其中DPTR的查表程序比較簡(jiǎn)單，但是PC的查表程序就比較復(fù)雜；（4）程序中要注意婁制的問(wèn)題。要注意單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)只有二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)人為地送進(jìn)去十進(jìn)制、十六進(jìn)制等數(shù)的時(shí)候，它都一律轉(zhuǎn)化為相等的二進(jìn)制數(shù)處理。所以可以隨意寫(xiě)入任意進(jìn)制的數(shù)。存在于單片機(jī)內(nèi)的數(shù)一律為二進(jìn)制，但是注意一些碼和常數(shù)的區(qū)別。比如BCD碼，當(dāng)一個(gè)十進(jìn)制數(shù)30寫(xiě)入單片機(jī)中時(shí)，會(huì)被單片機(jī)存為0001 1110，而30的BCD碼為0011 0000，所以想把單片機(jī)內(nèi)一個(gè)等于30的常數(shù)顯示于LED上，要先轉(zhuǎn)化為BCD碼，再直接用譯碼器或者用查表法顯示出來(lái)。但是這里涉及到是把什么進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼，根據(jù)上面的知識(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)只有二進(jìn)制數(shù)，所以應(yīng)該把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼。源碼下載：http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-29903-1.html

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