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水温控制系统设计
4.58万字 57页
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摘 要

本系统为水温控制系统，其目的为了控制水的温度，一般控制系统都是使用单片机实现控制功能，本系统也不例外，又为了实现拓展功能－语音播报功能，权衡一下选择比较好的实现方案——使用凌阳单片机。
若采用89C51系列的单片机，还需要外加语音芯片，因此本系统采用具有语音信号处理功能的凌阳十六位单片机SPCE061A实现对水的温度控制，利用SPCE061A的简易开发板“61板”可以在线编程在线调试,并且开发环境友好易用可直接调用语音播放函数，基于这些优点可大大得简化工作量，缩短开发时间。
“61板”上具有按键电路，可用来设置想要的温度值；凌阳单片机的一大主要特色是具有语音信号处理功能，我们这里使用它的语音输出功能，可直接使用它的 “61板”上的音频输出电路，通过SPY0030功率放大器，驱动喇叭，完成语音播报功能。
数据采集使用在高温和氧化性介质中物理化学性能很稳定的PT1000，把采集的温度信号通过放大器放大之后送到单片机的模数转换端口（7个通道将模拟量信号转换为数字量信号，可直接通过引线IOA0-IOA6）这里我们选择IOA3口，通过PID算法我们编写程序写进单片机，比较设定值与当前值大小，然后产生相应的控制信号，输出到IOA4口来控制继电器的闭合或断开，从而控制热电炉。同时，本系统的数码显示电路，可用来显示温度的设定值和当前值.



目 录

引言…………………………………………………………………………………1
1 水温控制系统的设计要求……………………………………………………………2
2系统硬件电路设计方案的选取……………………………………………………2
2.1测量部分……………………………………………………………………………………2
2.2驱动控制部分………………………………………………………………………………2
2.3电路方框图及说明…………………………………………………………………………3
3 系统硬件电路设计………………………………………………………………………3
3.1主控部分电路设计…………………………………………………………………………4
3.1.1 CPU介绍………………………………………………………………………………….4
3.1.2 SPCE061A简介……………………………………………………………………………5
3.1.3 芯片的引脚排列和说明…………………………………………………………………7
3.1.4 CPU与其外围电路设计连接……………………………………………………………9
3.2 键盘设置电路设计………………………………………………………………………10
3.2.1 键的特性及去抖方法……………………………………………………………………10
3.2.2本系统中的去抖方法……………………………………………………………………10
3.3 数码显示电路设计………………………………………………………………………11
3.3.1 数码管简单介绍…………………………………………………………………………11
3.3.2 LED数码显示器的连接与编程…………………………………………………………13
3.3.3 LED数码显示器件的检测………………………………………………………………16
3.3.4数码管显示电路设计及电路分析………………………………………………………16
3.4 音频输出电路设计………………………………………………………………………17
3.4.1 SPY0030功率放大器的介绍……………………………………………………………18
3.4.2 功率放大电路及电路分析………………………………………………………………19
3.5 热电炉控制电路设计……………………………………………………………………18
3.5.1 继电器的介绍…………………………………………………………………………18
3.5.2 继电器控制电路及电路分析…………………………………………………………20
3.6 测温部分电路设计………………………………………………………………………22
3.6.1 Pt1000的介绍…………………………………………………………………………22
3.6.2数据采集电路设计…………………………………………………………………….23
3.6.3 使用芯片LM324介绍……………………………………………………………..24
4软件设计………………………………………………………………………………26
4.1 PID控制算法介绍…………………………………………………………………26
4.1.1PID各控制环节的作用………………………………………………………………27
4.1.2PID控制算式的数字化……………………………………………………………28
4.1.3 数字PID控制的工程实现………………………………………………………………30
4.1.4智能PID控制…………………………………………………………………………….31
4.2 程序结构图………………………………………………………………………………31
4.3 主程序流程图分析………………………………………………………………………32
4.4 中断流程图…………………………………………………………………………………33
5 电路板设计……………………………………………………………………………….34
5.1 Protel 99简介……………………………………………………………………………..34
5.2 设计原理图…………………………………………………………………………………34
5.3 焊接……………………………………………………………………………………..35
6 调试测试做准备工作……………………………………………………………35
6.1 “61板”的焊接………………………………………………………………………………35
6.2 “61板”的检测……………………………………………………………………………36
6.3 “61板”特色………………………………………………………………………………36
6.4 “61板”接口说明…………………………………………………………………………37
6.4.1 输入/输出（I/O）接口…………………………………………………………………….37
6.4.2音频输入/输出接口……………………………………………………………………37
6.4.3 在线调试器PROBE和EZ_PROBE接口………………………………………………37
6.4.4 电源接口…………………………………………………………………38
6.4.5 外部复位…………………………………………………………………38
6.5 十六位单片机集成开发环境简介………………………………………………………39
7 实现水温控制的调试测试过程………………………………………………………39
7.1 利用“61板”实现本系统电路功能 ………………………………………………………39
7.2 整块板的组装与测试…………………………………………………………………40
7.3 调试…………………………………………………………………………………………40
7.4 测试方法和测试结果…………………………………………………………………….40
8 总结……………………………………………………………………………………….41
谢辞…………………………………………………………………………………42
参考文献…………………………………………………………………………………43
附录…………………………………………………………………………………44



参考文献
[1] 罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社
[2] 苏小林.计算机控制技术[M].北京:中国电力出版社
[3] 刘金琨.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京:中国电力出版社
[4] 徐建军.MCS-51系列单片机应用及接口[M].北京:人民邮电出版社



附 录
附录1 主程序：
// 工程名称： temperature_ctrl.scs
// 功能描述: 水温控制系统，利用温度传感器（PT1000)）测量温度。是水温控制在设定的温度
// 硬件连接：IOA8-15----LEDa--dp.
// IOB0-IOB2----LEDcs1-cs3
// IOA0--IOA2---KEY1---KEY3
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