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长春工业大学本科毕业论文I基于MSP430F149的水温低动控制系统的设计摘要本设计基于计算机控制技术、传感器技术、智能控制技术、单片机技术、机电一体化论文分析了自动定量水温控制器的硬件电路、主控系统、信息感知单元、驱动单元等模块的理论设计与调试过程，并结合实际调试过程的分析，详细阐述了基于德州仪器公司生产的MSP430F149单片机的自动定量水温控制器参数的规划与实现。本设计在特色部分论文分析了以MSP430F149芯片为主，基于概率分析检测单元的设计与实现，串行扫描方式实现的人机接口，数据传输，水位控制和温度控制等内容。本设计的理论设计方案、调试方法、测试数据分析方法及设计中的特色与创新点等对相关领域的设计与实现有一定的参考意义。关键字：传感器，智能控制，单片机，机电一体化长春工业大学本科毕业论文IIAbstractThedesignofcomputer-basedcontroltechnology，Sensortechnology，IntelligentControlTechnology，SCMtechnologyandMechatronicsThesisofautomaticquantitativeanalysisofthehardwarecircuittemperaturecontroller,Controlsystems,information-awareunit,driveunit,suchasthetheoryofmodulardesignanddebuggingprocess,andinlightoftheactualdebuggingprocessanalysis,detailedquantitativeautomatictemperaturecontrollerparametersoftheplanningandimplementation.PartofthedesigncharacteristicsofthisthesisinananalysisofMSP430F149madebytheTexasInstrumentschiptothemaindetectionunitbasedontheprobabilityanalysisofthedesignandrealizationoftherealizationoftheserialscanningofman-machineinterface,datatransmission,thewaterlevelcontrolandtemperaturecontrolandsoon.Thetheoryoftheoreticdesign,testingmeasures,testingdataanalysismethodsanddesignfeaturesandinnovationaremeaningfultotherelatedfieldssuchasdesignandimplementationofacertainreferencevalue.Keywords:sensor,intelligentcontroltechnology,MCU,SCMtechnologyandMechatronicsThesisofautomatic长春工业大学本科毕业论文III目录前言——————————————————————————————第一章概述——————————————————————————1水温自动控制系统设计的时代背景———————————————第二章总体设计方案——————————————————————2.1设计要求及主要任务—————————————————————2.2总体设计方案————————————————————————第三章硬件设计————————————————————————3.1传感器的选择————————————————————————3.1.1温度传感器的选择—————————————————————3.1.2压力传感器的选择—————————————————————3.2单片机的选择————————————————————————3.2.1功能特性说明———————————————————————3.2.2引脚功能说明———————————————————————3.3A/D转换电路—————————————————————————3.4基准电压的设计———————————————————————第四章软件设计—————————————————————————第五章结论———————————————————————————附录一电路图——————————————————————————附录二程序代码—————————————————————————前言长春工业大学本科毕业论文IV第一章绪论1.1课题的目的和意义众所周知，在我们日常生活中不可缺少电器之一是的电热水器，尤其是炎炎夏日，劳作了一天的人们总要冲个热水澡。而普通的电热水器的原理基本上都是靠电能把热水器储水箱中的水加热到某一温度后，让热水与冷水混合，靠人工调节流量阀中热水和冷水的混合比例来达到使用者自己觉得较为合适的温度。而在科技日益发达的今天，家用电器的智能化已经成为各大制造商提高自身竞争力的重要手段。自1983年Honeywell推出智能仪表—Smart变送器之后，世界各厂家都相继推出各有特色的智能仪表，智能变送器便是其中之一。由于各个厂家的智能仪表都按照自己的通讯标准进行设计生产，不同厂家的设备之间兼容通用仍然存在问题。但现在随着信息技术的快速发展和广泛的应用，智能仪表仍在不断进步，并向着全数字化的方向发展。智能仪表的全数字化意味着将取消传统的模拟信号的传送方式，而要求系统中的每一个现场设备都具有智能及数字通信能力，使得操作人员或其他设备可以方便地向现场发送指令，同时也能实时地得到现场设备各方面的情况。这种实时通讯大大提高了系统的可靠性和灵活性。但是目前，一方面现场总线标准正处在完善和发展阶段，另一方面传统的基于4～20mA的模拟设备还在广泛应用于工业控制信各个领域。因此，马上全数字化是不现实的。为满足从模拟到全数字的过渡，需要设计一种具有这两种功能的过渡性产品。所以此次设计的水温自动控制系统就是属于这类过渡式的控制仪器，主要实现水温自动控制的数字化设计，它在工业环境控制领域应该有一定的应用空间。从这个角度上讲,本设计的构想具有一定的推广前景.本文所考虑的设计任务就是在这种背景下产生的。通过使用超低功率的德州仪器公司生产的MSP430F149单片机为控制核心，辅以辅助电路，实现水温智能控制、显示功能。如果加以更深入的研发设计，最终可以实现通过无线遥控，自动调节水温的功能。1.2国内外现状与发展目前国内外对水温自动控制系统的设计单位中比较突出的是西门子公司采用DS18B20的数字式检测及控制，然后通过无限传输系统将数据进行传输。以单长春工业大学本科毕业论文V片机为核心组成水温自动控制系统。现在就从这几方面天一谈国内外的发展状况。1.2.1温度传感器温度传感器有四种主要类型：热电偶式、热敏电阻式、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。IC温度传感去又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动长春工业大学本科毕业论文VI测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数：式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。1.2.2液位检测传感器按照常理，液体的液位高度检测多是采用开关控制或者专门的液位高度传感器，但是其价格一般都很昂贵。1.3主要内容随着自动化水平的不断发展，温度和液位检测的产品也成出不穷。本文介绍的是基于单片机的水温自动控制系统的设计，利用温度传感器的检测，将检测的数据分析处理，实现温度的实时显示，直观的展现当前的水温，并能使混合后的水的温度可以自由控制。设计要求：1、水温误差：±0.5℃2、3、4、长春工业大学本科毕业论文VII第二章总体设计方案一、方案设计2.1方案的选择和论证根据设计任务的要求，该系统主要由主控单元、温度检测单元、高度检测单元、电机驱动单元、显示单元、A/D转换单元、按键控制单元七大部分组成。控制单元由单片机组成。2.1.1单片机的选择和论证这里单片机的选择主要依据以下几方面：1、具有性能良好的开发工具。由于大部分单片机自身无开发和编程能力，必须借助开发工具来开发，因此具有某一种机型的开发工具是选择机型的重要条件。2、单片机的体系结构为许多开发人员熟悉，以利于缩短研制周期。3、市场货源成分，有非常多的厂家提供，有同类产品可供替换。考虑到本设置中需要较多的IO口，而普通51系列单片机IO口较少，且功耗比较大，本次设计任务以德州仪器公司生产的MSP430F149单片机为核心，主控芯片MSP430F149单片机具有以下主要特性：1.8V～3.6V超宽供电电压5种低功耗模式，从standby模式唤醒时间小于6μs