超聲波液位可控恒溫水浴系統(tǒng)

超聲波液位可控恒溫水浴系統(tǒng),超聲波,可控,恒溫,水浴,系統(tǒng) 華南理工大學(xué)智能控制大賽之初級(jí)組第四題 超聲波液位可控恒溫水浴系統(tǒng) 隊(duì)名： 熱刃 作品： 熱刃牌恒溫水浴箱 專(zhuān)業(yè)： 自動(dòng)化 隊(duì)長(zhǎng)： 鄭陸楠(2013級(jí)創(chuàng)新班) 隊(duì)員： 陳思遠(yuǎn)(2013級(jí)創(chuàng)新班) 隊(duì)員： 許耀釗(2013級(jí)1班) 日期： 2014,5,21 【摘要】 恒溫水浴系統(tǒng)是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)主流研究，對(duì)于溫度的系統(tǒng)控制操作需要精密穩(wěn)定的感應(yīng)模塊與精細(xì)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整控制，同時(shí)恒溫水浴亦被許多的科研項(xiàng)目所需求。本次大賽選擇了以恒溫水浴作為參賽作品，結(jié)合水位控制，準(zhǔn)確的聲光報(bào)警系統(tǒng)以及提示系統(tǒng)，組裝成為一個(gè)較為完善的可控液位恒溫水浴裝置。同時(shí)，本次系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)使得我們對(duì)于控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，對(duì)于算法以及硬件的設(shè)計(jì)運(yùn)用進(jìn)一步得到鍛煉。 【目錄】 摘要……………………………………………………… 2 參賽要求及作品功能展示……………………………… 4 1. 方案分析及比較……………………………………… 7 1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及分析……………………………………… 7 1.1.1硬件電路部分…………………………………………………… 7 1.1.2軟件程序部分…………………………………………………… 8 1.2各模塊方案比較……………………………………………… 9 1.2.1外部模型部分……………………………………………………… 9 1.2.2最小系統(tǒng)板模塊…………………………………………………… 9 1.2.3加熱器、節(jié)流裝置………………………………………………… 10 1.2.4 LCD顯示模塊 ………………………………………………………10 1.2.5 超聲波模塊 ………………………………………………………10 1.2.6紅外線模塊 ……………………………………………………… 11 1.2.7電源穩(wěn)壓模塊 …………………………………………………… 11 1.2.8上位機(jī)模塊 ……………………………………………………… 11 1.2.9水冷模塊……………………………………………………………11 1.2.10語(yǔ)音模塊………………………………………………………… 11 1.2.11程序設(shè)計(jì) …………………………………………………………12 2. 設(shè)計(jì)與論證………………………………………………12 2.1外部結(jié)構(gòu)………………………………………………………12 2.1.1鐵盒平臺(tái)（水泵）……………………………………………………12 2.1.2鐵盒平臺(tái)（水箱）……………………………………………………12 2.1.3 冷水系統(tǒng)（環(huán)）………………………………………………………12 2.1.4 水箱…………………………………………………………………13 2.2硬件部分………………………………………………………13 2.2.1單片機(jī)模塊（3機(jī)通信）……………………………………………13 2.2.2開(kāi)關(guān)電源繼電器模塊………………………………………………14 2.2.3LCD12864顯示模塊…………………………………………………15 2.2.4語(yǔ)音模塊……………………………………………………………17 2.2.5紅外接收模塊………………………………………………………18 2.2.6電源穩(wěn)壓模塊………………………………………………………18 2.2.7超聲波模塊…………………………………………………………18 2.2.8LED及溫度表盤(pán)顯示模塊 …………………………………………18 2.2.9水冷模塊 …………………………………………………………18 2.3軟件部分………………………………………………………19 2.3.1程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………19 3. 電路圖及相關(guān)設(shè)計(jì)資料…………………………………19 3.1最小系統(tǒng)板模塊 ……………………………………………19 3.2水冷模塊………………………………………………………24 3.3LCD12864顯示模塊……………………………………………29 3.4超聲波模塊……………………………………………………29 3.5溫度感應(yīng)模塊…………………………………………………30 3.6紅外接收模塊…………………………………………………32 3.7電源及穩(wěn)壓模塊………………………………………………33 3.8制冷片模塊……………………………………………………33 3.9語(yǔ)音模塊………………………………………………………34 4. 調(diào)試及結(jié)果分析…………………………………………35 4.1上位機(jī)…………………………………………………………35 4.2溫度表盤(pán)………………………………………………………37 4.3溫度、液位曲線………………………………………………37 5. 總結(jié)……………………………………………………39 附錄…………………………………………………………41 初級(jí)組題目四：超聲波液位可控恒溫水浴系統(tǒng) 一 、設(shè)計(jì)任務(wù)： 計(jì)并制作出一個(gè)液位可調(diào)，溫度可調(diào)的水浴系統(tǒng)。 容器形狀、材質(zhì)不限，高度不高于35cm，長(zhǎng)寬不長(zhǎng)于10cm，容積大于等于500ml。 在容器除頂面外的任意位置安裝半導(dǎo)體制冷器件（制冷片冷熱兩用），制冷片的外側(cè)面可加散熱片、小風(fēng)扇等加快熱交換的裝置。超聲波探頭安裝于容器底部，進(jìn)水口、出水口安裝位置不做要求。 二、設(shè)計(jì)要求： 1) 系統(tǒng)穩(wěn)定，有明顯溫控表現(xiàn)，溫度可調(diào)節(jié)范圍為15℃～50℃（可寬于此范圍），最小設(shè)定分度為1℃。 2) 有明顯液位調(diào)控現(xiàn)象，液位可調(diào)范圍為15cm~30cm，最小設(shè)定分度為1cm。 3) 當(dāng)溫度或液位達(dá)到某一設(shè)定值并穩(wěn)定后，水溫的波動(dòng)控制在±2℃以內(nèi)，液位的波動(dòng)控制在±1cm以內(nèi)。要求溫度或液位調(diào)控達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，必須分別給出聲或光提示信號(hào)。 4) 在超調(diào)量<=10%的情況下，調(diào)節(jié)時(shí)間盡量短 3、 發(fā)揮部分： 1) 溫度可調(diào)節(jié)范圍盡量寬；當(dāng)水溫達(dá)到某一設(shè)定值并穩(wěn)定后，其波動(dòng)控制 在±1℃內(nèi) 2) 能記錄并實(shí)時(shí)顯示溫度和液位調(diào)節(jié)過(guò)程的曲線, 溫度顯示的誤差絕對(duì)值小于2℃，液位顯示的誤差絕對(duì)值小于1cm。 3) 在不影響以上水浴功能的情況下，增加必要器件(如小水泵等)，改裝成水冷循環(huán)系統(tǒng)，給外部發(fā)熱器件散熱。 4) 其他。 4、 說(shuō)明： 1. 系統(tǒng)電源可使用市售開(kāi)關(guān)電源或者主辦方提供的學(xué)生電源。參賽隊(duì)亦可使用自制電源。 2. 采用半導(dǎo)體致冷器件實(shí)現(xiàn)制冷或加熱（亦可通過(guò)向容器內(nèi)抽進(jìn)冷水降溫），如果單片功率不夠允許多片串聯(lián)，最多不能超過(guò)3片。 3. 測(cè)評(píng)時(shí),此題參賽者以5隊(duì)為一小組同時(shí)測(cè)評(píng),可自帶檢測(cè)工具。測(cè)評(píng)時(shí),每隊(duì)注入相同體積熱水,測(cè)報(bào)當(dāng)前溫度后，先統(tǒng)一設(shè)定某一和較低溫度值制冷，同時(shí)向設(shè)定的某一較低液位調(diào)節(jié),再設(shè)定某一較高溫度值加熱，同時(shí)向設(shè)定的某一較高液位調(diào)節(jié)。 4. 當(dāng)溫度或液位達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的提示信號(hào)出現(xiàn)后立即檢測(cè)并記錄調(diào)控的溫度值和液位值，檢測(cè)時(shí)間延續(xù)120s，以記錄溫度波動(dòng)和液位波動(dòng)的最大值；能實(shí)時(shí)顯示溫度曲線或液位曲線的可直接記錄曲線。 5. 超調(diào)量：輸出量的最大值減去穩(wěn)態(tài)值，所得之差與穩(wěn)態(tài)值之比的百分?jǐn)?shù)。 6. 調(diào)節(jié)時(shí)間：響應(yīng)曲線達(dá)到并保持在偏離穩(wěn)態(tài)值±5%（或±2%）之內(nèi)所需要的最短時(shí)間。 7. 以上液位值為超聲波探頭傳感器位置到液面位置的距離。 5、 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) ? 項(xiàng)目 中 良 優(yōu) 基本要求 設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告：方案比較、設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件，測(cè)試方法與儀器，測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析。 18-22 23-26 27-30 第（1）項(xiàng) 18-22 23-26 27-30 第（2）項(xiàng) 6-7 8-9 10 第（3）項(xiàng) 12-14 15-17 18-20 第（4）項(xiàng)， 6-7 8-9 10 發(fā)揮部分 第（1）項(xiàng) 10-11 12-13 14-15 第（2）項(xiàng) 12-14 15-17 18-20 第（3）項(xiàng) 10-11 12-13 14-15 所做作品： （作品名字：熱刃牌恒溫水浴箱） 本次作品應(yīng)要求利用超聲波檢測(cè)液面高度，利用溫度傳感器感應(yīng)水流溫度，利用繼電器控制制冷片完成冷卻與加熱對(duì)水箱的水，其中水的環(huán)流也將被用于輔助該功能，減少消耗時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)，LCD12864屏幕、語(yǔ)音模塊與指示燈等聲光提示模塊會(huì)及時(shí)提醒使用者相關(guān)狀態(tài)與操作。另外，紅外遙控的操作使得該“熱刃牌恒溫水浴箱”的使用更加方便，液位、溫度的更是可以在遠(yuǎn)處控制。 完成要求： 1.系統(tǒng)穩(wěn)定，溫度可調(diào)節(jié)范圍為10℃～60℃，最小設(shè)定分度為0.1℃。 2.液位可調(diào)范圍為15cm~30cm，最小設(shè)定分度為0.1cm 3.溫度、液位達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定，水溫波動(dòng)在±1℃以內(nèi)，液位波動(dòng)在±0.5cm以內(nèi)。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，分別給出聲或光提示。 4.能記錄并實(shí)時(shí)顯示溫度和液位調(diào)節(jié)過(guò)程的曲線, 溫度顯示的誤差絕對(duì)值小于2℃，液位顯示的誤差絕對(duì)值小于1cm。 5.利用小水泵水制成冷循環(huán)系統(tǒng)，給外部發(fā)熱器件散熱。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 內(nèi)、外水箱一體式：解決水冷系統(tǒng)的水回收問(wèn)題。 2. 塑料板內(nèi)放置超聲波探頭：解決進(jìn)出水時(shí)液面的震動(dòng)帶來(lái)讀書(shū)誤差。 3. 噴水式水冷系統(tǒng)：改變傳統(tǒng)的接觸式冷水系統(tǒng)，冷卻效率大大提高。 4. 利用塑料板將液體隔開(kāi)，給超聲波提供一個(gè)穩(wěn)定的檢測(cè)空間。 5. 大粗調(diào)系統(tǒng)：設(shè)定溫度與當(dāng)前溫度相差較大時(shí)，利用換水快速改變溫度，高效利用熱能，節(jié)省電能。 存在問(wèn)題： 1. 缺攪拌系統(tǒng):改變溫度后，上下水層存在較大溫差。 2. 水冷系統(tǒng)缺少冷卻裝置：水泵不間斷工作，容易發(fā)熱。 3. 導(dǎo)線多是分節(jié)連接：工程量增加，焊點(diǎn)出容易出現(xiàn)斷開(kāi)、放電問(wèn)題。 1． 方案分析及比較 1.1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及分析 1.1.1硬件電路部分 STC15F2K60S2 主機(jī) （處理數(shù)據(jù)） 紅外遙控模塊 語(yǔ)音模塊 制冷片、水泵 LCD顯示模塊 直接 直接控制 直接控制 超聲波模塊 溫度感應(yīng)模塊 影響 STC15F2K60S2 副機(jī)1 （顯示數(shù)據(jù)，接受設(shè)定 直接 處理 結(jié)果 設(shè)定值 傳 回 檢 查 結(jié) 果 上位機(jī) 收集數(shù)據(jù)并處理 數(shù)據(jù) 樣本 間接 STC15F2K60S2 副機(jī)2 （顯示數(shù)據(jù)，接受設(shè)定 處 理 結(jié) 果 LED顯示模塊 溫表顯示模塊 溫液設(shè)定數(shù)值傳輸 硬件電路的設(shè)計(jì)如下圖所示： 各個(gè)主模塊主要實(shí)現(xiàn)功能： 51單片機(jī)系統(tǒng)板（主機(jī)）：作為處理中心，接受來(lái)自超聲波模塊、溫度感應(yīng)模塊的數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單處理后判斷是否達(dá)到設(shè)定的要求，并憑借處理結(jié)果通過(guò)PID控制繼電器模塊，進(jìn)而控制制冷片、水泵的工作，另外，主機(jī)還把接收到的數(shù)據(jù)分別通過(guò)串口跟藍(lán)牙傳給副機(jī)和上位機(jī)。 51單片機(jī)系統(tǒng)板（副機(jī)1）：作為與用戶交流的界面。接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)分別顯示在LCD12865上，供用戶了解。另外接收來(lái)自紅外遙控器的信號(hào)，根據(jù)用戶的操作，設(shè)定溫度和液位并將結(jié)果反饋給主機(jī)及副機(jī)2。 51單片機(jī)系統(tǒng)板（副機(jī)2）：作為輔助系統(tǒng)。接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)控制工作指示燈、溫度和液位表、語(yǔ)音提示。 電源穩(wěn)壓模塊：作為51單片機(jī)系統(tǒng)板的電源供給模塊，使電壓穩(wěn)定在5v。主要由L7805CV組成。 溫度感應(yīng)模塊：用于感應(yīng)水溫，將溫度信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)傳回溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度作比較后通過(guò)繼電器控制制冷片的工作狀態(tài)。 超聲波模塊：用于測(cè)出水箱液位的高度，將液位信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)傳回液位數(shù)據(jù)與設(shè)定的液位數(shù)據(jù)作比較后通過(guò)繼電器控制水泵的工作狀態(tài)。 語(yǔ)音模塊：主要由單片機(jī)控制，在需要時(shí)發(fā)出語(yǔ)音提醒，告知當(dāng)前狀態(tài)，提醒動(dòng)作完成。使設(shè)計(jì)人性化程度加強(qiáng)。 LCD12864模塊：用于顯示操作界面，方便使用者設(shè)置各種參數(shù)，同時(shí)，該模塊能夠顯示出溫度、液位關(guān)于時(shí)間的變化曲線（粗略），有利于對(duì)數(shù)據(jù)的分析和系統(tǒng)的改進(jìn)。 紅外感應(yīng)模塊：用于對(duì)水箱進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可以設(shè)定目標(biāo)溫度和目標(biāo)水位，查看溫液的變化曲線。 上位機(jī)模塊：用于對(duì)溫、液數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別畫(huà)溫度和液位關(guān)于時(shí)間的變化曲線圖（精確）。 水冷模塊：用于對(duì)工作中的制冷片回溫（制冷時(shí)降溫，制熱時(shí)升溫），提高溫度控制的效率。 LED燈顯示模塊：用于顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)。 開(kāi)關(guān)電源繼電器模塊：通過(guò)開(kāi)關(guān)電源把220V轉(zhuǎn)化為12V。以繼電器當(dāng)媒介，實(shí)現(xiàn)弱電控強(qiáng)電。 1.1.2軟件程序部分 各種初始化 主機(jī)程序初始化 紅外輸入判斷執(zhí)行 繼電器輸出PWM輸出 傳感器工作，讀取數(shù)據(jù) 執(zhí)行器工作，數(shù)據(jù)反饋 副機(jī)1程序初始化 12864液晶屏幕顯示，紅外工作 濾波算法，PID算法執(zhí)行 溫液設(shè)定參數(shù)改變 串口數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng) 上位機(jī)圖像顯示 副機(jī)2程序初始化 步進(jìn)電機(jī)表盤(pán)角度調(diào)整 語(yǔ)音芯片放音執(zhí)行 指示燈閃爍執(zhí)行 濾波算法：采用一階互補(bǔ)濾波，平均濾波及限幅濾波的手法對(duì)溫度液位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。使得圖線盡可能的光滑，除去噪聲。 PID算法：采用PID算法對(duì)溫度進(jìn)行控制，PID算法可以使得控制量準(zhǔn)確，快速，超調(diào)量小的情況下對(duì)繼電器及溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得測(cè)量曲線穩(wěn)定快速得達(dá)到設(shè)定值。 串口數(shù)據(jù)協(xié)議：僅使用了傳輸標(biāo)記命令的簡(jiǎn)單的協(xié)議對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸處理。 1.2各模塊方案比較 1.2.1外部模型部分 水浴箱： 方案1：用盒飯盒。獲取方便，大部分飯盒底比較大，不符合規(guī)格。 方案2：用保溫杯。保溫效果好，基本為圓筒型，制冷片難以安裝。 方案3：用亞克力板。規(guī)格、形狀可以定制。但密封性能不佳。 1.2.2最小系統(tǒng)板模塊 方案1：使用傳統(tǒng)C51或S51系列單片機(jī)，片內(nèi)功能較少，運(yùn)算速度較慢。 方案2：采用stm32單片機(jī)，運(yùn)算效果好，功能強(qiáng)大。缺點(diǎn)為對(duì)伍內(nèi)部無(wú)熟悉stm32單片機(jī)的隊(duì)員，重新學(xué)習(xí)較費(fèi)時(shí)間。 方案3：采用STC15系列51單片機(jī)。STC15系列51單片機(jī)內(nèi)部集成了許多傳統(tǒng)51所不具有的功能，如內(nèi)置AD，PWM，DA，SPI等模塊，中斷服務(wù)齊全，隊(duì)伍內(nèi)較stm32更為熟悉。除去許多外設(shè)。同時(shí)也減少I(mǎi)O口的使用。 1.2.3加熱器、節(jié)流裝置 A. 加熱器： 方案1：熱得快。功率高，加熱快，使用簡(jiǎn)單。220V使用電壓過(guò)高，難以控制，危險(xiǎn)系數(shù)較大。防水性差，價(jià)格貴，性價(jià)比低。 方案2：加熱片。價(jià)格便宜，但功率較低，且不防水，放在水里引起短路。 方案3：制冷片。加熱速度快，防水性能適中，接12V直流電，可控性強(qiáng)，網(wǎng)上有套裝，購(gòu)買(mǎi)方便。 B. 節(jié)流裝置： 方案1：電磁閥。電磁控制，方便弱電控制。無(wú)法產(chǎn)生動(dòng)力，只能依托重力勢(shì)能使水流動(dòng)，對(duì)水的控制不靈活。 方案2：水泵。通過(guò)繼電器，可以達(dá)到很好的控制性能。安裝要求低，使用方便。 1.2.4 LCD顯示模塊 方案1：數(shù)碼管。可以顯示數(shù)字，所需IO口教少，使用簡(jiǎn)單，可顯示字符過(guò)少。動(dòng)態(tài)顯示對(duì)程序占用大。靜態(tài)顯示需借助轉(zhuǎn)串口芯片。 方案2：LCD1602?？娠@示所有字符以及數(shù)字，操作方便，編程簡(jiǎn)單，分辨率低，畫(huà)圖效果差。 方案3：LCD12864。自帶漢字庫(kù)，使用方便，分辨率高，作圖精確，靈活性較大。編程較難，所需IO口較多。 1.2.5超聲波模塊 方案1：防水型超聲波模塊。具有防水性能，可直接放在水里，直接測(cè)出液位高度。價(jià)格很貴。 方案2：利用浮標(biāo)把液位轉(zhuǎn)化到水箱外，用一般超聲波探頭進(jìn)行檢測(cè)，可以貼合題意，從下方直接檢測(cè)液位。工程量大，浮標(biāo)容易晃動(dòng)，容易被制冷模塊卡住。 方案3：普通超聲波模塊。不具防水性，價(jià)格便宜。 1.2.6紅外接收模塊 方案1：紅外接收。紅外接收是指使用紅外接收頭接收紅外線發(fā)射管所發(fā)出的紅外線，波長(zhǎng)在750-1150NM。所需光學(xué)元件為紅外接收頭及紅外發(fā)射器，電路較為簡(jiǎn)便，感應(yīng)迅速，可在適當(dāng)距離進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。可抵御其他光線的干擾。利用紅外接收三極管作為接收元件，價(jià)格低廉。 方案2：無(wú)線電接收。利用電磁波作為信號(hào)傳遞，遙控距離遠(yuǎn)。相較紅外模塊效果更佳。不足之處為拓展功能部分隊(duì)內(nèi)隊(duì)員對(duì)無(wú)線電模塊了解得較少。 1.2.7電源穩(wěn)壓模塊 對(duì)單片機(jī)供電： 方案：采用L7805CV穩(wěn)壓芯片驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓電路，單片機(jī)使用9V紐扣電池組進(jìn)行供電，質(zhì)輕且體積小，大小適合。 對(duì)水泵、制冷片供電： 方案：使用開(kāi)關(guān)電源，220V轉(zhuǎn)12V，使用方便，功率大。 1.2.8上位機(jī)模塊 方案1：利用Visual Basic編寫(xiě)。操作簡(jiǎn)單，但VB語(yǔ)言不熟，編寫(xiě)時(shí)間長(zhǎng)。 方案2：利用C #編寫(xiě)。操作較難，且C#不熟，編寫(xiě)時(shí)間長(zhǎng)。 方案3：利用Labview編寫(xiě)。操作簡(jiǎn)單，掌握編寫(xiě)程序時(shí)間短。 1.2.9水冷模塊 方案1：利用軟管讓水繞過(guò)過(guò)熱部位帶走熱量。對(duì)水管的耐熱性以及柔軟程度要求較高，熱傳遞受到管壁阻礙。 方案2：利用舵機(jī)牽動(dòng)水管對(duì)散熱片進(jìn)行噴水。降溫效果好，效果均勻。舵機(jī)架空固定難度大，角度控制要求高。 方案3：在水管上打孔，利用水泵使水噴出，冷卻制冷片。固定簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，降溫效果好，水資源利用率大。 1.2.10語(yǔ)音模塊 方案1：功放芯片1、8腳懸空，為20倍增益。20倍增益的雜音較少，但是音量也相對(duì)較小，喇叭移遠(yuǎn)一點(diǎn)就會(huì)聽(tīng)不清所說(shuō)的話。 方案2：功放芯片1、8腳之間接10uF電容，200倍增益。200倍增益相對(duì)電流聲較大，但是聲音較為清晰，不放音時(shí)可以使芯片下電而消除電流聲。 1.2.11 程序設(shè)計(jì) A：濾波算法 方案1：使用一階互補(bǔ)濾波算法，濾波效果好，曲線光滑度高。但滯后程度過(guò)大，不適合用于處理液位數(shù)據(jù)，容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)滯后。 方案2：使用算術(shù)平均濾波算法和限幅濾波算法的結(jié)合算法，濾波效果不錯(cuò)，曲線相對(duì)光滑，但不滯后，實(shí)時(shí)性高，同時(shí)也排除瞬間的較大干擾。 B：PWM輸出算法 方案1：僅適用設(shè)定死區(qū)的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)操作，程序簡(jiǎn)便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，占用單片機(jī)CPU時(shí)間小，效果較差。 方案2：一階函數(shù)式PWM調(diào)節(jié)：PWM呈現(xiàn)一階函數(shù)形式，然而在接近死區(qū)部分時(shí)，PWM輸出將會(huì)大大受到削弱，升溫降溫效果不好。 方案3：PID控制PWM輸出。PID控制可以使得調(diào)節(jié)迅速，穩(wěn)定，并且超調(diào)量可以降到最低。然而PID程序調(diào)節(jié)需要占用較大的CPU時(shí)間及單片機(jī)內(nèi)存，并且調(diào)節(jié)參數(shù)難度較大。 2． 設(shè)計(jì)與論證 2.1外部結(jié)構(gòu) 2.1.1 鐵盒平臺(tái)（水泵） 為了使水泵順利抽水，利用既有材料搭構(gòu)平臺(tái)，放置水泵，避免水管大角度彎曲而抽水不暢的情況。 2.1.2 鐵盒平臺(tái)（水箱） 為了方便水冷系統(tǒng)的水循環(huán)使用，利用既有材料搭構(gòu)平臺(tái)，放置水箱，使噴水式水冷系統(tǒng)的水直接往下流即可回到蓄水箱供其他水泵利用，同時(shí)又避免了水箱下部長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水里導(dǎo)致水箱內(nèi)部水溫變化。 2.1.3 冷水系統(tǒng)（環(huán)） 由于外部有散熱片阻擋，只需把幾個(gè)螺絲孔堵住，就可以直接往散熱片上噴水，回溫效果非常好。 2.1.4 水箱 為了達(dá)到規(guī)定的規(guī)格要求，把底面設(shè)計(jì)成40*60（mm），高為350mm，在一較寬側(cè)面開(kāi)了兩個(gè)方孔，上方蓋子開(kāi)了大小4個(gè)圓孔。底面較小的底面積利于液位控制；方孔的開(kāi)鑿剛好可以放進(jìn)制冷片的導(dǎo)熱片，讓導(dǎo)熱片直接與水接觸，可提高控溫效率；圓孔剛好能放進(jìn)超聲波探頭、溫感探頭和輸水管。 2.2硬件部分 2.2.1單片機(jī)模塊（3機(jī)通信） 由于傳統(tǒng)51系列（AT89S52）內(nèi)部功能較少，運(yùn)算速度較慢，故棄用。而stm32芯片功能齊全，不過(guò)學(xué)習(xí)控制所化時(shí)間較長(zhǎng)，故亦棄用，最終選擇STC15系列單片機(jī)（STC15F2K60S2） STC15F2K60S2芯片選擇原因如下： 由于上位機(jī)信息的傳輸需要較高晶振頻率，恒溫水箱功能較多，液位、 溫度、繼電器、LCD12864等多個(gè)功能需要處理的數(shù)據(jù)量大，該芯片能夠軟件 設(shè)定晶振且處理速度快。基于上述原 因，我們選擇STC15F2K60S2系列 8051芯片。 STC15F2K60S2引腳部分功能圖 STC15F2K60S2芯片優(yōu)勢(shì)： 該芯片具有以下優(yōu)勢(shì)： 1） 自帶內(nèi)部課配置時(shí)鐘（晶振），并可以通過(guò)軟件選擇時(shí)鐘頻率。 2） 提供7中復(fù)位方式：外部RST引腳復(fù)位，軟件復(fù)位，掉電復(fù)位/上電復(fù)位（并選擇增加額外的復(fù)位延時(shí)180ms，也叫MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路），內(nèi)部低壓檢測(cè)復(fù)位，MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路復(fù)位，看門(mén)狗復(fù)位以及程序地址非法復(fù)位。 3） 內(nèi)部硬件完備，大量減少準(zhǔn)備階段的工作量 4） 內(nèi)部集成3路可編程計(jì)數(shù)器陣列（CCP/PCA）模塊，可用于軟件定時(shí)器、外部脈沖捕捉、高速脈沖輸出以及脈寬調(diào)制（PWM）輸出 2.2.2開(kāi)關(guān)電源繼電器模塊 繼電器電路選擇： 利用三極管放大電路驅(qū)動(dòng)繼電器模塊。利用SRD-05VDC-SL-C固態(tài)繼電器搭建簡(jiǎn)易的控制電路?？刂品奖阌行В憫?yīng)迅速。可驅(qū)動(dòng)10A以內(nèi)電流，無(wú)火花，壽命長(zhǎng)。IO口變?yōu)榈碗妷杭蠢^電器制動(dòng)。 主要驅(qū)動(dòng)控制部件有水泵，制冷片。 　　因?yàn)榭紤]到制冷片工作效率，采取反接方式驅(qū)動(dòng)兩片制冷片。故采用兩個(gè)繼電器構(gòu)成一個(gè)可控的反向電流控制模塊。 NE555繼電器模塊選擇原因： 由于考慮到散熱水泵不需要持續(xù)開(kāi)著，可以開(kāi)一小段時(shí)間又關(guān)一段時(shí)間實(shí)現(xiàn)類(lèi)似PWM的模式，但是因?yàn)樗浣禍夭恍枰_，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方波輸出對(duì)單片機(jī)的資源有點(diǎn)浪費(fèi)，于是考慮用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)該功能，實(shí)現(xiàn)方波輸出我們想到了NE555芯片，因?yàn)橐刂评^電器，因此頻率不能太高，因此將頻率定在0.8s左右，占空比可調(diào)。并用仿真軟件檢測(cè)確認(rèn)原理正確。 測(cè)試結(jié)果（NE555輸出電位）： 2.2.3 LCD12864顯示模塊 主界面（顯示溫度與顯示液位反應(yīng)曲線，溫度設(shè)定進(jìn)入設(shè)定界面）： PS：紅外2鍵光標(biāo)向上，8鍵為光標(biāo)向下，EQ鍵為確認(rèn)。 溫度曲線界面（其中運(yùn)行時(shí)T顯示為現(xiàn)在溫度，T0為設(shè)定溫度，液位曲線類(lèi)似。）： PS：紅外CH—鍵為退出。 溫液設(shè)定主界面（溫度設(shè)定及液位設(shè)定選擇后跳入設(shè)定界面，溫液清零跳入溫度液位曲線清零界面。）： PS：紅外2鍵光標(biāo)向上，8鍵為光標(biāo)向下，EQ鍵為確認(rèn)。 液位設(shè)定子屏幕：（其中R0為現(xiàn)在想要的設(shè)定溫度，r為上次設(shè)定溫度，若無(wú)設(shè)定則會(huì)顯示“無(wú)”，初始狀態(tài)下恒定原箱內(nèi)水溫，R為現(xiàn)在的溫度。溫度設(shè)定模塊類(lèi)似。） PS：紅外2鍵光標(biāo)向上，8鍵為光標(biāo)向下，EQ鍵為確認(rèn)。寫(xiě)入設(shè)定數(shù)字時(shí)，數(shù)字鍵為鍵入數(shù)字，CH—鍵為清零，|<<鍵為退格，>||為退出（不改變?cè)O(shè)定溫度），EQ為確認(rèn)鍵 溫液清零界面（兩個(gè)清零選項(xiàng)用于清除12864畫(huà)曲線時(shí)的曲線數(shù)組，鍵入后自動(dòng)返回溫液設(shè)定主屏幕）： PS：紅外2鍵光標(biāo)向上，8鍵為光標(biāo)向下，EQ鍵為確認(rèn)。 2.2.4 語(yǔ)音模塊 功放芯片1、8腳懸空，為20倍增益，用軟件延時(shí)或定時(shí)器延時(shí)讀秒停止放音，然后開(kāi)始下一個(gè)指令（連續(xù)播音或下電），用軟件延時(shí)或定時(shí)器延時(shí)讀秒停止放音，然后開(kāi)始下一個(gè)指令（連續(xù)播音或下電），對(duì)于較長(zhǎng)的語(yǔ)音用外部中斷進(jìn)行判斷，對(duì)于讀數(shù)字用軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)。 語(yǔ)音-地址對(duì)應(yīng)表： 2.2.5紅外接收模塊 鑒于對(duì)無(wú)線電遙控模塊的認(rèn)知較為陌生，本次設(shè)計(jì)選擇了紅外線接收模塊。該模塊具有小巧輕便，可直接連接到單片機(jī)上且紅外線精準(zhǔn)快速，抗干擾能力強(qiáng)，可遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn)。 接收元件選用了紅外接收三極管，它集接收與放大功能于一體，使用方便。 發(fā)射模塊的初步設(shè)定為利用單片機(jī)和紅外發(fā)射二極管制作發(fā)射模塊，最終由于濾波不足沒(méi)能完成此模塊，考慮到時(shí)間限制，最終選擇使用現(xiàn)成附帶編碼芯片的遙控器。 2.2.6電源及穩(wěn)壓模塊 對(duì)單片機(jī)供電部分： 對(duì)于穩(wěn)壓5v的單片機(jī)電源輸入，本次采用了L7805CV穩(wěn)壓芯片。電源上利用9v紐扣電池，通過(guò)穩(wěn)壓模塊穩(wěn)定后形成了穩(wěn)定的5V VCC電壓。模塊小且電池質(zhì)輕，減輕了小車(chē)重量。 輸出電壓：4.75-5.25V； 最大輸入電壓：35V； 靜態(tài)電流：4.2-8mA； 輸出噪音電壓：40uV； 紋波抑制比：78dB； 輸出電阻：17mΩ； 輸出電壓溫度系數(shù)-1.1mV/°C；（注：L7805CV與7805相通） 2.2.7超聲波模塊 利用超聲波模塊的探測(cè)距離的功能，從水箱頂部探測(cè)水箱頂蓋到液面的距離，再由水箱高度減去探測(cè)的距離，得出水位高度?？紤]到防水探頭比較貴，故選用普通超聲波模塊。 2.2.8LED及溫度表盤(pán)顯示模塊 把LED燈串成鏈，固定在水箱一側(cè)，當(dāng)水位到達(dá)該高度時(shí)，燈發(fā)亮，另外，兩對(duì)紅、綠LEC燈分別作為制冷片、水泵的工作指示燈，不同工作狀態(tài)有不同的亮燈組合。溫度表盤(pán)則是以步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，自制指針和表盤(pán)，直觀地顯示當(dāng)前的溫度。 2.2.9水冷模塊 考慮到普通水管冷凝效果不佳，舵機(jī)控制較為麻煩。 把水泵作為動(dòng)力源，把出水管的末端堵住，再往水管邊上開(kāi)孔，使水在水泵的作用下從水管側(cè)面噴出，直接灑在散熱片上，調(diào)節(jié)制冷片的溫度。 2.3軟件部分 2.3.1程序設(shè)計(jì) 程序部分使用keil軟件編程，使用STC專(zhuān)用下載器進(jìn)行下載，頭文件上無(wú)需包含普通51頭文件,取而代之的是STC15系列專(zhuān)用頭文件。主機(jī)模塊間有：溫感模塊，超聲波模塊，PID控制PWM模塊，子應(yīng)用程序模塊等。副機(jī)1包括紅外模塊，12864顯示模塊及副機(jī)1子程序模塊等。副機(jī)2包括語(yǔ)音模塊，溫度表盤(pán)模塊，led顯示模塊，副機(jī)2子程序模塊等（具體程序內(nèi)容見(jiàn)附錄） 3． 電路圖及相關(guān)設(shè)計(jì)資料 3.1最小系統(tǒng)板模塊 STC15F2K60S2芯片引腳圖： STC15F2K60S2引腳部分功能圖 相關(guān)寄存器： 定時(shí)器2： 串口2： 3.2水冷模塊 NE555 相關(guān)資料： 控制電路電路圖： 【圖解】 3.3LCD12864顯示模塊： 3.3.1.模塊引腳說(shuō)明 3.3.2.液晶硬件接口 1、邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V 2、電源地(GND)：0V 3、工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫) / -20～75℃（寬溫） 4、電氣特性見(jiàn)附圖1 外部連接圖（參考附圖2） 模塊有并行和串行兩種連接方法（時(shí)序如下）： 1、8位并行連接時(shí)序圖 MPU寫(xiě)資料到模塊 MPU寫(xiě)資料: MPU讀出資料: 3.3.3.用戶指令集 a、指令表1：（RE=0：基本指令集） 3.3.4.顯示坐標(biāo)關(guān)系 a、圖形顯示坐標(biāo) B、漢字顯示坐標(biāo) 3.3.5.顯示步驟 1、 顯示資料RAM（DDRAM） 顯示資料RAM提供64×2個(gè)位元組的空間，最多可以控制4行16字（16個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫(xiě)入顯示資料RAM時(shí)，可以分別顯示CGROM、HCGROM與CGRAM的字型；ST7920A可以顯示三種字型 ，分別是半寬的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型 ，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫(xiě)入的編碼選擇，在0000H—0006H的編碼中將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼達(dá)成中文字型 的編碼（A140—D75F），各種字型詳細(xì)編碼如下： 1、 顯示半寬字型 ：將8位元資料寫(xiě)入DDRAM中，范圍為02H—7FH的編碼。 2、 顯示CGRAM字型：將16位元資料寫(xiě)入DDRAM中，總共有0000H，0002H，0004H， 0006H四種編碼。 3、 顯示中文字形：將16位元資料寫(xiě)入DDRAMK ，范圍為A1A1H—F7FEH的編碼。 2、繪圖RAM（GDRAM） 繪圖顯示RAM提供64×32個(gè)位元組的記憶空間，最多可以控制256×64點(diǎn)的二維也納繪圖緩沖空間，在更改繪圖RAM時(shí)，先連續(xù)寫(xiě)入水平與垂直的坐標(biāo)值，再寫(xiě)入兩個(gè)8位元的資料到繪圖RAM，而地址計(jì)數(shù)器（AC）會(huì)自動(dòng)加一；在寫(xiě)入繪圖RAM的期間，繪圖顯示必須關(guān)閉，整個(gè)寫(xiě)入繪圖RAM的步驟如下： 1、 關(guān)閉繪圖顯示功能。 2、 先將水平的位元組坐標(biāo)（X）寫(xiě)入繪圖RAM地址； 3、 再將垂直的坐標(biāo)（Y）寫(xiě)入繪圖RAM地址； 4、 將D15——D8寫(xiě)入到RAM中； 5、 將D7——D0寫(xiě)入到RAM中； 6、 打開(kāi)繪圖顯示功能。 繪圖顯示的記憶體對(duì)應(yīng)分布請(qǐng)參考表 3、游標(biāo)/閃爍控制 ST7920A提供硬體游標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器（address counter）的值來(lái)指定DDRAM中的游標(biāo)或閃爍位置。 3.4超聲波模塊 超聲波模塊電路圖： 發(fā)射電路 接收電路 距離計(jì)算公式： 15~50°C，平均溫度32.5°C，此溫度的聲速是351.5175m/s 機(jī)器周期=4.52112268518519*10^(-8)s 時(shí)間周期=12*機(jī)器周期=5.425347222222*10^(-7)s 距離= 351.5175m/s*0.542534*10^（-6）s*time*10^（2）/2(0.01cm) 3.5溫度感應(yīng)模塊 溫感探頭資料： 相關(guān)電路圖： 3.6紅外接收模塊 紅外接收器電路圖： 紅外遙控模型圖： 紅外控制數(shù)據(jù)格式： 紅外控制位定義： 遙控器上對(duì)應(yīng)按鍵的數(shù)據(jù)碼: 1010 0010 0110 0010 1110 0010 0010 0010 0000 0001 1100 0010 1110 0000 1010 1000 1001 0000 0110 1000 1001 1000 1011 0000 0011 0000 0001 1000 0111 1010 0001 0000 0011 1000 0101 1010 0100 0010 0100 1010 0101 0010 3.7電源及穩(wěn)壓模塊 電路圖： 輸出電壓：4.75-5.25V； 最大輸入電壓：35V； 靜態(tài)電流：4.2-8mA； 輸出噪音電壓：40uV； 紋波抑制比：78dB； 輸出電阻：17mΩ； 輸出電壓溫度系數(shù)-1.1mV/°C；（注：L7805CV與7805相通） 3.8制冷片模塊 定電壓為：12v， 額定電流為4.5A，大概是50--60W，最大溫差可達(dá)60攝氏度，外型尺寸為4 X 4 X 0.４Cm，重約25克。它的工作特點(diǎn)是一面制冷而一面發(fā)熱。 冷熱兩面溫差68度（只要熱面溫度包持68度以下，冷面溫度就能控制在0到-68度或者更底） 接上12伏的電源制冷片的兩面就會(huì)出現(xiàn)溫差，一面冷，一面熱，千萬(wàn)不要在無(wú)散熱器的情況下為致冷器長(zhǎng)時(shí)間通電，否則會(huì)造成致冷器內(nèi)部過(guò)熱而燒毀。 可應(yīng)用于各種制冷場(chǎng)合(如，冷熱飲水機(jī)，電腦的CPU，顯卡散熱等) 還可以把它應(yīng)用于其他用途和領(lǐng)域 如電子冰箱，電子降溫頭帶 ，電子降溫頭盔，電子冷熱杯等等 用做電腦散熱，5伏電壓足夠了也就是電腦電源那一把線中 任意一根紅線和黑線就是5伏，紅線是正極，黑線是負(fù)極（制冷片也如同紅正黑負(fù)） 安裝使用 制冷片的安裝及使用很簡(jiǎn)單。在安裝前，最好準(zhǔn)備一點(diǎn)導(dǎo)熱硅脂，然后，找一節(jié)干電池，接在制冷器兩根引線上，就可感到一端明顯發(fā)涼而另一端發(fā)熱，記住引線的極性并確定好制冷器的冷、熱端。如果想得到更大的制泠量,建議采用二級(jí)制冷方式,即用兩片疊起來(lái)用,上面一塊的冷面吸收下面一塊的發(fā)熱,實(shí)驗(yàn)證明二級(jí)制冷比單級(jí)效果好得多,如果有條件可以選三級(jí)的,當(dāng)然要有大功率電源支持。 3.9語(yǔ)音模塊 電路圖如下： 4． 結(jié)果分析及問(wèn)題解決 主要記錄如下: 上位機(jī)： 一開(kāi)始時(shí)遇到過(guò)較多問(wèn)題。后來(lái)就一個(gè)個(gè)基本解決掉了 1、終止符問(wèn)題 一開(kāi)始是默認(rèn)終止符是0x00，在測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)溫度圖線沒(méi)變化一段會(huì)出現(xiàn)未知的突變?cè)龠^(guò)一段時(shí)間有恢復(fù)正常，后來(lái)檢查發(fā)現(xiàn)是終止符的問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)據(jù)是分成整數(shù)部分和小數(shù)部分分別發(fā)到上位機(jī)，小數(shù)部分的數(shù)值會(huì)出現(xiàn)0的數(shù)值，上位機(jī)誤認(rèn)為這個(gè)是終止符，于是數(shù)據(jù)就開(kāi)始出錯(cuò)，后來(lái)講終止符改成0xff后就沒(méi)出現(xiàn)該問(wèn)題了。 最后上位機(jī)數(shù)據(jù)格式為：溫度整數(shù)部分 溫度小數(shù)部分 液位整數(shù)部分 液位小數(shù)部分 終止符 2、數(shù)據(jù)延時(shí)問(wèn)題 測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度或液位改變時(shí)，上位機(jī)過(guò)了將近半分鐘才出現(xiàn)剛才變化的圖線，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，上位機(jī)是通過(guò)串口接收數(shù)據(jù)然后放在緩沖區(qū)中，圖線是通過(guò)讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)作出圖像，因?yàn)樯衔粰C(jī)并不是讀取數(shù)據(jù)就畫(huà)出來(lái)，而是每過(guò)一定時(shí)間讀取一個(gè)數(shù)據(jù)將其畫(huà)出來(lái)，沒(méi)有讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)被堆積在緩沖區(qū)中，于是每過(guò)一段時(shí)間讀出來(lái)的數(shù)據(jù)是緩沖區(qū)中最舊的數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)沒(méi)有被讀取出來(lái)，于是出現(xiàn)了延時(shí)現(xiàn)象，后來(lái)我們?cè)诿孔x取一個(gè)數(shù)據(jù)后就將緩沖區(qū)清空，使得數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生堆積，延遲問(wèn)題基本解決。 溫度表盤(pán)： 溫度、液位曲線：（PS：上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)存在BUG出現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)巨大跳變） 降溫曲線：40°C -> 15°C 升溫曲線：20°C -> 40°C 波動(dòng)曲線：20°C 大粗調(diào)：20°C -> 40°C； 20cm -> 40cm 部分溫液變化數(shù)據(jù)： 初始溫度 /°C 設(shè)定溫度 /°C 初始液位/cm 設(shè)定液位/cm 是否大粗調(diào) 過(guò)程用時(shí)/min 30 20 27 27 否 10 30 15 27 27 否 14 40 15 25 25 否 14 30 40 25 25 否 6 20 40 19 19 否 6 20 40 20 25 是 6 30 20 20 20 否 9 問(wèn)題：超聲波測(cè)距存在死區(qū) 解決方案：把超聲波探頭架高，使液面變化總在有效測(cè)距范圍內(nèi) 問(wèn)題：進(jìn)出水時(shí)，液面波動(dòng)大，引起讀數(shù)變化 解決方案：把水隔離開(kāi)為不同區(qū)域，構(gòu)造一個(gè)穩(wěn)定液面的空間 問(wèn)題：超聲波探頭過(guò)于靈敏，曲線不夠平滑 解決方案：利用均值濾波算法，使變化更加平緩 5． 總結(jié) 關(guān)于作品，熱刃牌恒溫水浴箱修修改改，現(xiàn)在基本定型，以上下兩塊制冷片調(diào)節(jié)溫度；利用兩個(gè)水泵實(shí)現(xiàn)水位升降，另外一個(gè)水泵用于保持制冷片的溫度；超聲波放置于塑料豎板內(nèi)檢測(cè)水位；紅外控制用于發(fā)送指令；LCD、LED用于顯示提醒。 智控大賽個(gè)人總結(jié)（陳思遠(yuǎn)） 比賽進(jìn)行得如火如荼，各個(gè)隊(duì)伍都拼盡全力地準(zhǔn)備著作品。我們隊(duì)也一樣。 由于是未接觸過(guò)的題目類(lèi)型，許多模塊都不熟悉甚至有些是第一次接觸，困難重重，總會(huì)遇到些許難題。例如超聲波模塊的死區(qū)內(nèi)死機(jī)、非定時(shí)器啟動(dòng)無(wú)限循環(huán)、制冷片的防水問(wèn)題、散熱問(wèn)題等。經(jīng)常得把一整天的時(shí)間用在調(diào)試、檢測(cè)上。鍛煉了我們查找資料的能力以及不斷嘗試的精神。 同時(shí)，在面臨困難并試圖解決問(wèn)題的過(guò)程中，我們的大腦、思維也得到了極大的鍛煉，思維更加活躍、更加發(fā)散。期間還有不少小創(chuàng)意出現(xiàn)，例如用復(fù)印紙包裹超聲波防止水管?chē)娝盟粰z測(cè)的影響、用筷子搭成井字形固定架固定水箱底座、水浴箱和水浴箱雙箱一體、零食瓶作平臺(tái)支腳、飲料瓶當(dāng)防水罩等等。這極大地增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。 雖然有時(shí)候總是熬到凌晨1~2點(diǎn)，但收獲的總是跟付出的成正比，看到我們的作品，我感到很滿意。 智控大賽總結(jié)（許耀釗） 在本次大賽中我主要負(fù)責(zé)傳感器及外設(shè)，其中包括有l(wèi)abview上位機(jī)制作，藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸，溫度傳感器，語(yǔ)言模塊，步進(jìn)電機(jī)溫度表盤(pán)，散熱裝置數(shù)字電路設(shè)計(jì)，以及后期參數(shù)調(diào)整。 因?yàn)槲业墓ぷ魃婕暗酱罅啃碌哪K、芯片、軟件等，因此要迅速地學(xué)習(xí)使用新的東西，比如labview，我以前從未聽(tīng)過(guò)，stc15系列，isd4004，hc05等以前最多只是聽(tīng)說(shuō)過(guò)但從未接觸過(guò)。因此我努力研究數(shù)據(jù)手冊(cè)理解網(wǎng)上的程序，從無(wú)到有實(shí)現(xiàn)了所有模塊的程序封裝，因?yàn)橐詈笥闪硪粋€(gè)隊(duì)友整合起來(lái)，因此每個(gè)程序都要做好注釋與備注，以方便他人使用。 調(diào)試工作非常耗時(shí)間，還要處理大量的數(shù)據(jù)，參數(shù)調(diào)整的同時(shí)也要不斷思考模型是否還要改動(dòng)，實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題應(yīng)如何解決，這鍛煉了我面對(duì)問(wèn)題的處理能力與團(tuán)隊(duì)合作能力，讓我學(xué)到了很多東西。 這次的比賽讓我獲益良多。 智能控制大賽總結(jié)(鄭陸楠) 本次為期一個(gè)月的智能控制大賽，已逐步接近了尾聲。就三個(gè)大一學(xué)生而言，沒(méi)有充足的比賽經(jīng)驗(yàn)與豐富的電路知識(shí)，參加本次大賽無(wú)疑充滿著未知的挑戰(zhàn)，再加上要與大多數(shù)的學(xué)長(zhǎng)同臺(tái)競(jìng)技，足以看到我們所要面臨的挑戰(zhàn)是多么巨大。 雖然在大一期間已經(jīng)接觸了許多關(guān)于電路與控制的知識(shí)，在比賽開(kāi)始時(shí)對(duì)伍內(nèi)也并不認(rèn)為能產(chǎn)生多大優(yōu)勢(shì)，首次作為隊(duì)長(zhǎng)，也希望自己所在的隊(duì)伍能在比賽中脫穎而出。從最初的題目分析與選題，到系統(tǒng)的構(gòu)建，再到模塊的分工與組裝，我們都進(jìn)行了充分的討論與試驗(yàn)，雖然期間碰到了許多問(wèn)題，也在我們的努力之下被一一攻克。比賽的時(shí)間較短讓我們的精神總處于緊張的狀態(tài)，在短短的一個(gè)月時(shí)間內(nèi)，我們完成了一個(gè)較為滿意的作品，無(wú)論結(jié)果如何，已經(jīng)可以從中學(xué)到不少的東西。 在本次比賽中學(xué)到了很多。以往的幾次比賽中，都是選擇小車(chē)作為主題進(jìn)行比賽，而本次選擇了水浴系統(tǒng)，作為隊(duì)長(zhǎng)而言也是有一定考慮的，首先可以學(xué)到更多的東西，其次是初級(jí)組，相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)壓力也較小，故在討論后選擇水浴做為題目。同時(shí)，這也是我們所完成的第一個(gè)系統(tǒng)類(lèi)的作品。溫度液位控制，PID算法，冷凝水循環(huán)系統(tǒng)，上位機(jī)，一些陌生的名詞在一步步的學(xué)習(xí)和改進(jìn)之中，被我們所熟悉。雖然期間波瀾不斷，也在我們的細(xì)心調(diào)整下，模塊被完成，系統(tǒng)越來(lái)越穩(wěn)定。而我們也對(duì)本次的作品充滿了希望。 總得來(lái)說(shuō)，本次比賽學(xué)到了很多，收獲了很多。我們依舊沖著第一努力，然而即便沒(méi)有獲獎(jiǎng)，也覺(jué)得心滿意足，以為已經(jīng)盡了最大的力氣了。 6． 附錄 (主機(jī)程序) File:Main engine.c #include "STC15F2K60S2.h" //STC15F2K60S2專(zhuān)用頭文件 #include "subprogram_main.h" //包含所有獨(dú)立子函數(shù) #include "ds18b20.h" //包含溫度傳感模塊 #include "SuperWave.h" //包含超聲波模塊 #include "PID.h" //包含PID控制模塊 #include "1602.h" //1602頭文件 void main() { UartInit(); //串口初始化 WC_init(); //超聲波模塊初始化 lcd1602_init(); //1602初始化 Timer1_Init(); //定時(shí)器初始化 INIT_EX0(); //外部中斷初始化 while(button==1); //開(kāi)啟按鈕 while(1) { xianshi_1602(); //1602顯示函數(shù) } } File: ds18b20.c #include "STC15F2K60S2.h" //STC15F2K60S2專(zhuān)用頭文件 #include "ds18b20.h" //包含溫度傳感模塊 #include //_nop_()函數(shù) /*************************** 以下3個(gè)延時(shí)為22.1184M下的延時(shí)，由軟件延時(shí)計(jì)算器算出 ***************************/ void delay15(void) //用16us計(jì)算 { unsigned char i; i = 86; while (--i); } void delay60(void) //用64us計(jì)算 { unsigned char i, j; i = 2; j = 93; do { while (--j); } while (--i); } void delay500(void) //用500us計(jì)算 { unsigned char i, j; _nop_(); _nop_(); _nop_(); i = 11; j = 190; do { while (--j); } while (--i); } //初始化DS18B20 //讓DS18B20一段相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間低電平, 然后一段相對(duì)非常短時(shí)間高電平, 即可啟動(dòng) void dsInit() { ds = 0; delay500(); //拉低約500us, 符合協(xié)議要求的480us以上 ds = 1; //產(chǎn)生一個(gè)上升沿, 進(jìn)入等待應(yīng)答狀態(tài) delay15(); delay15(); } void dsWait() { while(ds); while(~ds); //檢測(cè)到應(yīng)答脈沖 delay15(); delay15(); } //向DS18B20讀取一位數(shù)據(jù) //讀一位, 讓DS18B20一小周期低電平, 然后兩小周期高電平, //之后DS18B20則會(huì)輸出持續(xù)一段時(shí)間的一位數(shù)據(jù) bit readBit() { bit b; ds = 0; _nop_(); //符合協(xié)議要求至少保持1us _nop_(); _nop_(); ds = 1; delay15(); //符合協(xié)議要求的至少延時(shí)15us以上 b = ds; delay60(); //符合讀時(shí)隙不低于60us要求 return b; } //讀取一字節(jié)數(shù)據(jù), 通過(guò)調(diào)用readBit()來(lái)實(shí)現(xiàn) unsigned char readByte() { unsigned int i; unsigned char j, dat; dat = 0; for(i=0; i<8; i++) { j = readBit(); //最先讀出的是最低位數(shù)據(jù) dat = (j << 7) | (dat >> 1); } return dat; } //向DS18B20寫(xiě)入一字節(jié)數(shù)據(jù) void writeByte(unsigned char dat) { unsigned char j; bit b; for(j = 0; j < 8; j++) { b = dat & 0x01; dat >>= 1; //寫(xiě)"1", 將DQ拉低15us后, 在15us~60us內(nèi)將DQ拉高, 即完成寫(xiě)1 if(b) { ds = 0; delay15(); //符號(hào)要求15~60us內(nèi) ds = 1; delay60(); //符合寫(xiě)時(shí)隙不低于60us要求 } else //寫(xiě)"0", 將DQ拉低60us~120us ds = 0; delay60(); //符號(hào)要求 ds = 1; delay15(); //整個(gè)寫(xiě)0時(shí)隙過(guò)程已經(jīng)超過(guò)60us, 這里就不用像寫(xiě)1那樣, 再延時(shí)60us了 } } //向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 void sendChangeCmd() { dsInit(); //初始化DS18B20, 無(wú)論什么命令, 首先都要發(fā)起初始化 dsWait(); //等待DS18B20應(yīng)答 delay500(); //延時(shí)500us, 因?yàn)镈S18B20會(huì)拉低DQ 60~240us作為應(yīng)答信號(hào) writeByte(0xcc); //寫(xiě)入跳過(guò)序列號(hào)命令字 Skip Rom writeByte(0x44); //寫(xiě)入溫度轉(zhuǎn)換命令字 Convert T } //向DS18B20發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 void sendReadCmd() { dsInit(); dsWait(); delay500(); writeByte(0xcc); //寫(xiě)入跳過(guò)序列號(hào)命令字 Skip Rom writeByte(0xbe); //寫(xiě)入讀取數(shù)據(jù)令字 Read Scratchpad } //獲取當(dāng)前溫度值 int getTmpValue() { unsigned int tmpvalue; int value; //存放溫度數(shù)值 unsigned char low, high; sendReadCmd(); //連續(xù)讀取兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) low = readByte(); high = readByte(); //將高低兩個(gè)字節(jié)合成一個(gè)整形變量 //計(jì)算機(jī)中對(duì)于負(fù)數(shù)是利用補(bǔ)碼來(lái)表示的 //若是負(fù)值, 讀取出來(lái)的數(shù)值是用補(bǔ)碼表示的, 可直接賦值給int型的value tmpvalue = high; tmpvalue <<= 8; tmpvalue |= low; value = tmpvalue; return value; } int ds_getdata() { int ds_t; sendChangeCmd(); //發(fā)送轉(zhuǎn)換命令 //使用DS18B20的默認(rèn)分辨率12位, 精確度為0.0625度, 即讀回?cái)?shù)據(jù)的最低位代表0.0625度 ds_t = getTmpValue() * 6.25; //度數(shù)并轉(zhuǎn)單位，處理小數(shù)就是你的事了 return ds_t; } File: ds18b20.h #ifndef _ds18b20_h_ #define _ds18b20_h_ sbit ds = P1^6; //數(shù)據(jù)線 extern void dsInit(); //初始化DS18B20 extern void dsWait(); //檢測(cè)應(yīng)答脈沖 extern bit readBit(); //向DS18B20讀取一位數(shù)據(jù) extern uns