单片机+NTC3435热敏电阻的水温自动加热系统设计

ID:362076 · 发表于 2019-8-7 13:41

【功能设计】
使用IAP15W4K58S4单片机、数码管和NTC3435热敏电阻、DC12V直流加热棒（带驱动板）组成一个自动加热系统。可以手动设定目标温度（30℃~90℃），设置步进1摄氏度。
请使用者仅用于参考学习，不要用于商业。
【使用流程描述】
1.上电程序会轮流显示设定温度和实际温度。配有指示灯表示当前所显示的是哪一个。
2.任意时刻按下增加或减少按键，程序进入设置模式，显示设定值并保持。后台加热仍然以原设置值为准。
3.当按下确定键且设定温度在有效范围内时，程序装载新设置值并进行自动调整，否则恢复原值。按下取消键也恢复原值。
4.降温操作通过被动散热进行，所以会比较慢。
5.后续需求有所变化，增加一个串口输出，传递设置值和实际值给远端单片机显示。
【主机参数设置】
0.MCU型号IAP15W4K58S4，频率11.0592MHz，下载程序时注意勾选“在程序区的结束处添加重要测试参数”。
1.ADC使用片内ADC，10位精度，使用内部基准源校正采集值。
2.PID部分借用他人程序，针对此设计做了调整
。参考程序来源已不可考，故不贴出。
3.NTC电阻采用B值3435防水型号，其查表程序为本人所写，详情请查阅对应C文件（移植很方便）。
4.串口设置9600 8N1。
【从机参数设置】
1.型号STC15W408AS，频率11.0592MHz。
2.从机使用IIC转并口的转接板连接LCD1602，极大地节约了IO口的使用。

这个小板原本为在Arduino上使用而设计的，但是既然遵守IIC协议，并且只是PCF8574芯片通信，那么51也可以才对。经过查找，在百度贴吧上找到了使用其驱动LCD1602的程序，并且重新排版编写使之清晰明了，工程中的LCD1602_IIC.c即为此转接板的驱动程序。

【实物快照】

显示部分会随着主机的显示进行更新

白天照的不清晰，数码管由于直连IO推挽方式驱动所以有些段选有残影。单片机PWM和加热部分之间使用MOS管驱动，供电12V。

【主机主程序】

#include"STC15.H" //单片机寄存器定义
#include"Binary.H" //提供二进制输入
#include<intrins.h> //提供_nop_函数
#include"NTC3435.c" //提供NTC查询表
sbit Key_Add=P1^5;//设定值+
sbit Key_Subtract=P1^6;//设定值-
sbit Key_Submit=P1^7;//确定修改
sbit Key_Cancel=P5^5;//取消修改
sbit LED_Red=P3^6;//用于指示当前显示的温度为设定值
sbit LED_Green=P3^7;//用于指示当前显示的温度为测得值
sbit S1=P4^5;
sbit S2=P4^2;
sbit S3=P4^4;//数码管位选
sbit PWM_FC=P1^0;//PWM输出引脚
//初始化变量
unsigned int code Voltage_BandGap_ROM _at_ 0xe7f7;//58K程序空间的MCU
//全局变量表
unsigned char smgduan[18]={0xfa,0x22,0xb9,0xab,0x63,0xcb,0xdb,0xa2,0xfb,0xeb,0xf3,0x5b,0x19,0x3b,0xd9,0xd1,0x01};
unsigned char Display_Temperature_Act[3]={0,0,0};//温度测得值显示数组
unsigned char Display_Temperature_Set[3]={0,0,0};//温度设定值显示数组
int Temperature_Act=32; //温度测得值
int Temperature_Set=40; //温度设定值
int Shadow_Temperature_Set=40; //温度设定值影子值
unsigned int T0_Cnt_1=0; //定时器0周期计数1：显示轮询
unsigned int T0_Cnt_2=0; //定时器0周期计数2：PID控制
unsigned char T0_Cnt_3=0; //定时器0周期计数3：串口发送
bit En_Display_Standby=1; //显示轮询有效标志位
bit Do_T0_3=0; //串口发送标志
bit flag_display_mode=0; //显示标志位
bit Temperature_Set_Choose=0;//温度设置值数据来源选择，用于PID设置，该值为0时数据参考来自设置变量，该值为1时数据参考来源来自影子变量
bit flag_Key_Add=0; //按键动作执行标志位
bit flag_Key_Subtract=0; //按键动作执行标志位
bit flag_Key_Submit=0; //按键动作执行标志位
bit flag_Key_Cancel=0; //按键动作执行标志位
bit busy=0;//串口1发送状态
//ADC测温相关变量
unsigned int ADC_DATA; //读取到的ADC转换值
unsigned int ADC_BandGap; //读取的BandGap转换值
float VCC_Voltage; //计算得到的VCC电压值，单位mV
float NTC_Voltage; //计算得到的NTC分压电压值，单位mV
float NTC_Temperature; //查表计算得到的NTC对应温度值，单位℃
unsigned long NTC_R_Comp=0; //待对比的电阻值，单位十倍欧姆
bit flag_value_update=0; //测得值更新标志位
bit En_ADC_Value=0; //ADC转换值标志 0：无效 1：有效
//移植PID部分时的全局变量
int e ,e1 ,e2 ;//pid
float uk ,uk1 ,duk ;//pid
float Kp=10,Ki=12,Kd=1.5;//pid 10,12,1.5
int out=0;
unsigned int PWMTime=0;
unsigned int cnt=0;
/************************************************************
名称：基于NTC3435的水温自动加热系统设计
平台：IAP15W4K58S4 11.0592MHz 9600 8N1
编写注意：数码管连接在P2口，单片机推挽输出方式直驱
程序编写：凌净清河
硬件制作：凌净欣羽
文稿排版：凌净欣羽
发布日期：2019年8月7日(星期三)
声明：如您直接使用本例程或进行较大程度的借鉴，请注明程序出处，谢谢！
所属：新矿城学习基地#2019
************************************************************/
void PWMOUT()
{
if(cnt<PWMTime)
{
PWM_FC=1;
}
else
{
PWM_FC=0;
}
if(cnt>1000)cnt=0;
}
void PIDControl(void)
{
if(Temperature_Set_Choose)
{
e=Shadow_Temperature_Set-NTC_Temperature;
}
else
{
e=Temperature_Set-NTC_Temperature;
}
duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e+Kd*(e-2*e1+e2));
uk=uk1+duk;
if(uk>1200)
{
uk=1000;
}
else if(uk<-1200)
{
uk=0;
}
out=(int)uk;
if(out>1000)
{
out=1000;
}
else if(out<0)
{
out=0;
}
PWMTime=out;
uk1=uk;
e2=e1;
e1=e;
}
void delay(unsigned int i)
{
while(i--);
}
void SendData(unsigned char dat)//串口1发送一个字节数据
{
while(busy);
busy=1;
SBUF=dat;
}
void Value_Send()//串口将数据发送出去，仅发送显示的部分
{
SendData(0xC7);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[0]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[1]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Act[2]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[0]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[1]);
delay(100);
SendData(Display_Temperature_Set[2]);
delay(100);
SendData(0x7C);
}
void VCC_Voltage_Read() //调用此函数更新电源电压值，存储在VCC_Voltage变量中，该函数改变ADC的设置
{
P1ASF=B00000000; //不设置P1ASF，以便上电读取BandGap电压的ADC转换值
ADC_CONTR=B10000000; //开启ADC电源，设置转换速度540时钟周期，清空转换标志位，停止转换，模拟通道选择P1^0
ADC_RES=0; //清除结果寄存器
ADC_RESL=0; //清除结果寄存器
CLK_DIV&=B11011111; //ADC_RES[7:0]存放高8位ADC结果，ADC_RES[1:0]存放低2位ADC结果
//PADC=1; //设置A/D转换中断优先级为最高
ADC_CONTR|=0x08; //开始转换
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //按照例程延时4个周期
while(!En_ADC_Value); //等待转换结束
En_ADC_Value=0; //清除标志位
ADC_BandGap=ADC_DATA; //保存BandGap的ADC转换值
VCC_Voltage=Voltage_BandGap_ROM*1023.0/(float)ADC_BandGap;//电源电压值计算
}
void NTC_Voltage_Read() //调用此函数更新NTC电压值，存储在NTC_Voltage变量中，该函数改变ADC的设置
{
P1ASF=B00001000; //NTC接在P13
ADC_CONTR=B11100011; //开启ADC电源，设置转换速度90时钟周期，清空转换标志位，停止转换，模拟通道选择P1^3
ADC_RES=0; //清除结果寄存器
ADC_RESL=0; //清除结果寄存器
CLK_DIV&=B11011111; //ADC_RES[7:0]存放高8位ADC结果，ADC_RES[1:0]存放低2位ADC结果
//PADC=1; //设置A/D转换中断优先级为最高
ADC_CONTR|=0x08; //开始转换
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //按照例程延时4个周期
while(!En_ADC_Value); //等待转换结束
En_ADC_Value=0; //清除标志位
NTC_Voltage=Voltage_BandGap_ROM*(float)ADC_DATA/(float)ADC_BandGap;//NTC分压电压计算
}
/*
数值显示处理函数，将温度变量的值判断合法范围并按位取出送给显示数组
温度变量值的合理更新由其更新函数负责
为提高效率，该函数只在变量更新时执行一次，不随数码管显示函数轮询刷新
*/
void Data_Process()
{
if(Temperature_Act>0&&Temperature_Act<100)
{
Display_Temperature_Act[0]=Temperature_Act/10;
Display_Temperature_Act[1]=Temperature_Act%10;
Display_Temperature_Act[2]=12;
}
else
{
if(Temperature_Act<0)
{
Temperature_Act*=(-1);//将值变为正数
Display_Temperature_Act[0]=17;//显示负号
Display_Temperature_Act[1]=Temperature_Act/10;
Display_Temperature_Act[2]=Temperature_Act%10;
}
else//数值大于100℃
{
Display_Temperature_Act[0]=Temperature_Act/100;
Display_Temperature_Act[1]=(Temperature_Act%100)/10;
Display_Temperature_Act[2]=Temperature_Act%10;
}
}
//由于设置值由设置函数保证合法性，此处不用判断，直接按位取出即可
Display_Temperature_Set[0]=Temperature_Set/10;
Display_Temperature_Set[1]=Temperature_Set%10;//温度设定值在30~90之间
Display_Temperature_Set[2]=12;
// Display_Temperature_Set[0]=PWMTime/100;
// Display_Temperature_Set[1]=(PWMTime%100)/10;
// Display_Temperature_Set[2]=PWMTime%10;
// if(PWMTime==0)Display_Temperature_Set[2]=15;
}
/*
数码管显示函数，用于刷新显示设定的和实际的温度值
同时刷新LED的指示显示
参数为布尔量，0：显示设定值 1：显示测得值
*/
void smg_display(bit choose)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<3;i++)
{
switch(i)
{
case 0:S1=0;S2=1;S3=1;break;
case 1:S1=1;S2=0;S3=1;break;
case 2:S1=1;S2=1;S3=0;break;
}
if(choose)
{//测得值
P2=smgduan[Display_Temperature_Act[i]];
}
else
{//设定值
P2=smgduan[Display_Temperature_Set[i]];
}
delay(100);
P2=0x00;
}
if(choose)//在不同模式下点亮相应的指示灯
{
LED_Red=1;LED_Green=0;
}
else
{
LED_Red=0;LED_Green=1;
}
}
void Timer0Init(void) //5毫秒@11.0592MHz
{
AUXR |= 0x80; //定时器时钟1T模式
TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
TL0 = 0x00; //设置定时初值
TH0 = 0x28; //设置定时初值
TF0 = 0; //清除TF0标志
TR0 = 1; //定时器0开始计时
}
void Timer1Init(void) //10微秒@11.0592MHz
{
AUXR |= 0x40; //定时器时钟1T模式
TMOD &= 0x0F; //设置定时器模式
TL1 = 0x91; //设置定时初值
TH1 = 0xFF; //设置定时初值
TF1 = 0; //清除TF1标志
TR1 = 1; //定时器1开始计时
}
void UartInit(void) //9600bps@11.0592MHz
{
SCON = 0x50; //8???,?????
AUXR |= 0x01; //??1?????2???????
AUXR |= 0x04; //???2???Fosc,?1T
T2L = 0xE0; //??????
T2H = 0xFE; //??????
AUXR |= 0x10; //?????2
}
void sys_init()
{
P0M1=0x00;
P0M0=0x00;
P1M1=0x00;
P1M0=0x00;
P2M1=0x00;
P2M0=0xFF;//P2口推挽输出
P3M1=0x00;
P3M0=0x00;
P4M1=0x00;
P4M0=0x00;
P5M0=0x00;
P5M1=0x00;
P2=0x00;
LED_Red=0;
LED_Green=0;
Timer0Init();
Timer1Init();
UartInit();
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
ES=1;//开串口中断使能
EADC=1;//开ADC转换中断
VCC_Voltage_Read();//读取电源电压
Data_Process();
LED_Red=1;
LED_Green=1;
}
void main()
{
sys_init();
while(1)
{
smg_display(flag_display_mode);
if(flag_value_update)
{
flag_value_update=0;
NTC_Voltage_Read();//读取NTC的分压值（P13上的模拟电压）
NTC_R_Comp=100000*NTC_Voltage/(VCC_Voltage-NTC_Voltage);//计算待对比的NTC阻值，单位十倍欧姆
NTC_Temperature=NTC_103_3435_Compare(NTC_R_Comp);//查表计算NTC对应的温度值
Temperature_Act=(char)NTC_Temperature;//取整
Data_Process();
}
//***************************************************************************
//此处添加PID调温的函数
//Temperature_Set_Choose为温度设置值数据来源选择标志位，用于PID设置。
//该值为0时温度设置值来自变量Temperature_Set，该值为1时设置值来自影子变量Shadow_Temperature_Set
//温度的设置值为int型数据，范围为30-90
//实时温度可以来自以下两个变量：
//Temperature_Act为int型变量，存储显示的测得值
//NTC_Temperature为float型变量，存储每次转换完成后的查表得到的温度值
PWMOUT();
//***************************************************************************
if(Do_T0_3)
{
Do_T0_3=0;
Value_Send();//串口发送显示的值给另一个单片机（设计要求?
}
if((Key_Add==0&&(!flag_Key_Add)))
{
delay(3000);
if(Key_Add==0)
{
flag_Key_Add=1;
//按键执行内容
if(Temperature_Set_Choose==0)//当首次进入设置模式时
{
En_Display_Standby=0;//关闭中断中的显示轮询
Shadow_Temperature_Set=Temperature_Set;//备份之前的设置值
Temperature_Set_Choose=1;//切换PID数据来源
flag_display_mode=0;//切换到设定值显示
}
Temperature_Set++;//增加设置值
if(Temperature_Set>90)Temperature_Set=90;//设置上限
Data_Process();//更新显示
}
}
if((Key_Subtract==0&&(!flag_Key_Subtract)))
{
delay(3000);
if(Key_Subtract==0)
{
flag_Key_Subtract=1;
//按键执行内容
if(Temperature_Set_Choose==0)//当首次进入设置模式时
{
En_Display_Standby=0;//关闭中断中的显示轮询
Shadow_Temperature_Set=Temperature_Set;//备份之前的设置值
Temperature_Set_Choose=1;//切换PID数据来源
flag_display_mode=0;//切换到设定值显示
}
Temperature_Set--;//减少设置值
if(Temperature_Set<30)Temperature_Set=30;//设置下限
Data_Process();//更新显示
}
}
if((Key_Submit==0&&(!flag_Key_Submit)))
{
delay(3000);
if(Key_Submit==0)
{
flag_Key_Submit=1;
//按键执行内容
if(Temperature_Set_Choose)//确定键在设置模式时有效
{
En_Display_Standby=1;//开启中断中的显示轮询
Temperature_Set_Choose=0;//切换PID数据来源
}
}
}
if((Key_Cancel==0&&(!flag_Key_Cancel)))
{
delay(3000);
if(Key_Cancel==0)
{
flag_Key_Cancel=1;
//按键执行内容
if(Temperature_Set_Choose)//取消键在设置模式时有效
{
Temperature_Set=Shadow_Temperature_Set;//还原之前的设置值
En_Display_Standby=1;//开启中断中的显示轮询
Temperature_Set_Choose=0;//切换PID数据来源
}
}
}
if(Key_Add)flag_Key_Add=0;
if(Key_Subtract)flag_Key_Subtract=0;
if(Key_Submit)flag_Key_Submit=0;
if(Key_Cancel)flag_Key_Cancel=0;
}
}
void T0() interrupt 1
{
if(T0_Cnt_1==400)
{
T0_Cnt_1=0;
if(En_Display_Standby)
{
flag_display_mode=!flag_display_mode;
}
flag_value_update=1;
}
else
{
T0_Cnt_1++;
}
if(T0_Cnt_2==10)
{
T0_Cnt_2=0;
PIDControl();
// PWMTime=PWMTime+100;
// if(PWMTime>1000)
// {
// PWMTime=0;
// }
}
else
{
T0_Cnt_2++;
}
if(T0_Cnt_3==100)
{
T0_Cnt_3=0;
Do_T0_3=1;
}
else
{
T0_Cnt_3++;
}
}
void T1() interrupt 3
{
cnt++;
}
void UART() interrupt 4
{
if(RI)
{
RI=0;
}
if(TI)
{
TI=0;//清除标志位
busy=0;//上一数据发送完成
}
}
void ADC() interrupt 5 //AD中断服务函数
{
ADC_CONTR&=!0x10; //清除ADC中断标志，例程
ADC_DATA=(ADC_RES<<2)|ADC_RESL; //10位ADC结果拼接
En_ADC_Value=1; //ADC转换值有效标志
}

复制代码

【程序下载】

基于NTC3435的水温自动加热系统设计凌净清河.zip (103.38 KB, 下载次数: 205)

ID:328014 · 发表于 2019-8-8 02:23

好资料，51黑有你更精彩!!!

ID:386381 · 发表于 2019-8-8 13:49

谢谢楼主分享

ID:484435 · 发表于 2019-8-8 19:15

谢谢分享

ID:97678 · 发表于 2019-12-2 17:45

能不能把完整的资料发给我？尤其是PID程序。可以把温度范围放大到0~30度

ID:231727 · 发表于 2019-12-17 17:28

PID控制的部分还么有完成吗?

ID:362076 · 发表于 2019-12-18 10:15

yuri_su 发表于 2019-12-17 17:28
PID控制的部分还么有完成吗?

程序是可用的，由于是师兄的毕设，所以PID部分只对照示波器测试了具体表现可以达到比较好的预期，理论层面上没有做精确分析和计算

ID:36172 · 发表于 2020-2-16 10:49

想问你一个问题，关于热敏电阻的温度与阻值之间的关系，好像你的不对呀，有点差距，还有就是你的NTC接电源还是接地（是采用上拉电阻还是下拉电阻）

ID:362076 · 发表于 2020-2-17 09:08

weq12345 发表于 2020-2-16 10:49
想问你一个问题，关于热敏电阻的温度与阻值之间的关系，好像你的不对呀，有点差距，还有就是你的NTC接电源 ...

呃，太久了不记得当初怎么连的了，应该是VCC-10K-NTC-GND吧..

ID:502881 · 发表于 2020-3-25 13:53

想问你一个问题，关于热敏电阻的温度与阻值之间的关系，好像你的不对呀，有点差距，还有就是你的NTC接电源还是接地（是采用上拉电阻还是下拉电阻）

ID:362076 · 发表于 2020-3-26 09:37

山外青衫发表于 2020-3-25 13:53
想问你一个问题，关于热敏电阻的温度与阻值之间的关系，好像你的不对呀，有点差距，还有就是你的NTC接电源 ...

NTC是接地的，VCC-10K-NTC-GND。
有不对的地方请见谅哈，我承认自己学艺不精~

ID:1023572 · 发表于 2023-8-15 09:02

牛X，向楼主看齐

ID:1023572 · 发表于 2023-8-15 09:09

凌净清河发表于 2020-3-26 09:37
NTC是接地的，VCC-10K-NTC-GND。
有不对的地方请见谅哈，我承认自己学艺不精~

有没串一个电阻到ADC呢？

ID:1052053 · 发表于 2023-10-11 09:45

AndyYeung 发表于 2023-8-15 09:09
有没串一个电阻到ADC呢？

一般是不用串的吧，

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