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1、 学科分类号 0712 本科生毕业论文(设计) 题目（中文）： 温控电动喷灌的研制 （英文）：The Design of Temperature-control Electric Sprinkling Irrigation Device 学生姓名： 学号： 系别： 专业： 电子信息科学与技术 指导教师： 起止日期： 2010.12-2011.5 2011年 5月 20 日怀化学院本科毕业论文(设计)诚信声明 作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的
2、成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日 目录摘要关键词AbstractKeywords1 前言12 方案设计与论证22.1 总体设计方案及论证22.2 温度传感器模块选择32.3 CPU 方案的选择32.4控制方案和功率电路的选择43.硬件电路设计与计算53.1 温度采集电路53.2 功率控制电路73.3 单片机控制部分83.4 键盘及数字显示部分94 软件设计及程序流程图104.1 PWM波的产生114.2 主系统程序流程图125.测试方法和测试结果125.1 系统测试仪器及设备125.2
3、 测试方法125.3 测量结果126 设计总结13参考文献15致谢16附录A17附录B18附录C18附录D19 温控电动喷灌系统设计摘要 本设计是以AT89S52 单片机为控制核心的温控系统。该系统由温度传感器18B20对温度进行采集并传送给单片机，温度实时控制采用增量型PID算法，通过脉宽调制控制电动喷头的开关，然后通过电控喷头向外喷水，达到温度控制喷灌，然后利用喷灌调节温度的系统循环需求。该系统具有温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等优点，且采用键盘控制1602液晶显示，控制方便、显示直观。同时该系统操作容易，性价比高的特点。关键词温度控制;增量型PI
4、D算法;超调量;调节时间The Design of Temperature-control Electric Sprinkling Irrigation DeviceAbstract This design is the core of AT89S52 SCM control system for control. This system consists of the temperature sensor of temperature 18B20 collection and send it to the microcontroller, temperature real-time cont
5、rol adopts PID algorithm increment, through the pulse width modulation control electric shower nozzle, then through the switch to control water reach the sprinkler irrigation, then use the temperature control system of irrigation adjust temperature cycle demand. The system has a temperature small ov
6、ershoots and short setting time, static error is smaller, measurement precision, constant temperature and setting temperature deviation adopted, and the advantages of small keyboard control 1602 LCD display, control convenient, direct display. At the same time, this system easy operation, cost-effec
7、tive characteristic KeywordsTemperature control; Incremental; Type PID algorithm; Overshoot; Regulation timeI 1 前言 温度是我们日常生活中最为熟悉的物理量，是极为重要而又普遍的热工参数之一，温度的检测与控制在工程控制领域中也屡见不鲜。随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展, 现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法.在这些众多的先进测量控制技术中,如何对室内温度，室外温度进行控制成为焦点课题之一,为越来越多的科研机构所重视。如何更快、更
8、准确的控制所需的温度是温度控制技术的关键。本次设计是针对于园林，田地，花坛，林地等需要温度控制和湿度调节于一体的情况为前提，在经济，直观，实用的基础上实现温度控制喷灌，以求达到精确感应温度，控制温度的目的。延伸来讲，更可以用之控制田地，花坛，林园等的湿度，这对于合理利用水资源，有着相当不错的效果。相对于传统的浇灌，手动的喷灌，温控电动喷灌都有着明显的优势。而此次选择温控电动喷灌的研制作为此次设计的内容，是相当具有实际意义和延伸价值的。此次设计将我们四年所学的电子方面，电路方面的知识进行了综合运用，有效的巩固了所学知识，也让我更加清晰的了解到了所学专业在社会上的前景，为以后的学习工作明确了目标。
9、当然在此次设计的过程中不可避免的会遇到问题，不过在老师的耐心指导和自己不断的求证改进之下，问题一个个得到解决，本次设计的过程是一个学习的过程，一个进步的过程。温控电动喷灌系统设计：本设计中采用了单片机可实现的增量型PID 算法1，此算法控制灵活，精度高一直被使用与各中工程控制领域。此系统通过键盘输入，串行数据传输，脉宽调制，实现温度设定、显示、控制，并通过串口扩展，能与PC 机通讯，增强了系统的可控性和移植性。功率电路方面，选择了光耦元件进行信号控制，然后利用可控硅来控制通断，此次设计选定了220V通用家庭电源，功率电路也同时设置了与之配套的保护电路，此次功率电路具有精简，安全，性价比高等特点
10、。此次设计在经历了不断的筛选和尝试之后做出了较为明晰的选择。2 方案设计与论证2.1 总体设计方案及论证 根据题目要求设计制作温控电动喷灌，对象为通过对温度的测试来控制进行喷灌，最后的直观部分为电控喷头。要求能在35设定控制喷灌，并具有较好的快速性和较小的超调，具有参数、波形显示等功能。 因此我们采用AT89S52单片机2为核心。由温度传感器采集温度变化信号，通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用该单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程3能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。系统原理框图如图2.1 所示。控制电路显示输入测温电
11、路功率电路电动喷灌地图 2.1 温控电动喷灌系统原理图2.2 温度传感器模块选择 方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，可满足35到95的测量范围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差，对于检测精度小于1的温度信号是不适用的。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在-50到+150，满刻度范围误差为0.3。 方案四：采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20是支持一线总线接口的温度传感器，具有抗干扰性强，体积
12、小，灵活经济的特点。它的测量温度范围为-55到+125，在-10到+85范围内，精度为0.5且有9到12位分辨率可调，使用电压为3到5V无需备用电源。此外DS18B20集合了64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，可以直接实现温度的测量和转换，无需再另接外部电路。 比较以上三种方案，方案四具有明显的优点，因此此次设计选用方案四。2.3 CPU 方案的选择 方案1：可以用逻辑电路搭建一个控制器，实现PID控制。但系统还要附加显示、温度设定等功能，要附加很多电路，总体的电路设计和制作比较繁琐。 方案2：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部拓展，这
13、给电路增加了复杂度。 方案3：本方案的CPU模块采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需要外部拓展程序存储器，但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片的资源不够用。 方案4：采用AT89S52单片机4，其内部有8KB单元的程序存储器，不需要外部扩展程序存储器，而且其I/O5口达32个，完全满足本次设计需要。 比较这4种方案，综合的考虑单片机各部分资源，由于本设计需采用大量数据采集及处理单元，因此，采用方案4不仅减少了硬件电路，同时提高了最大功率点实时采集速度，精度。2.4控制方案和功率电路的选择 方案1：控制的装置，根据题目，可以使用电动喷灌，控制喷头的开与关，从而达到降温的目的
14、。当温度过高时，单片机输出一个低电平，控制功率电路导通，电动喷灌打开，开始洒水降温。 方案2：可以采用可控硅控制加热器的工作6。通过单片机产生PWM信号来控制可控硅的导通和关断，控制电动喷灌喷头的开与关，从而达到在一定温度时进行喷灌的设计目的。 从散热的响应速度考虑，采用方案2。因为散热的功率较大，故电源采用220V。3.硬件电路设计与计算3.1 温度采集电路 一种电路是采用单线数字温度传感器18B20，可直接输出数字量，单线器件和单片机的接口只需一根信号线，所以本设计的硬件电路十分简单，容易实现。能达到0.5C的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法能达到0.2C以上的精度。 18B20连接电路图如图3.1所示。图3.1 温度传感器 图3.2温度传感器18B20其基本通信过程如下： 主机拉低单总线产生至少480us的Tx复位脉冲； 然后由主机释放总线，进入Rx接收模式，主机释放总线时会产生一个由低电平变为高电平的上升沿7。 单总线器件检测到该上升沿后，延时15到60u；单总线器件通过拉低总线60到240us来产生应答脉冲。 主机
