毕业设计 自动浇水控制器

目录

第一章引言 (1)

1.1单片机的概述 (1)

1.2单片机的分类及发展 (1)

1.3灌溉技术的发展简介 (2)

第二章设计题目与要求 (4)

2.1 课程设计要求 (4)

2.2课程设计目的 (4)

第三章设计的方案选择与论证 (5)

3.1 整体设计框架 (5)

3.2系统硬件的选择 (5)

3.3最终方案决定及电路设计 (6)

第四章系统硬件电路的设计 (7)

4.1 AT89C51的介绍 (7)

4.1.1 内部结构 (7)

4.1.2 引脚说明 (8)

4.2 显示模块 (11)

4.2.1 显示功能及实现 (12)

4.2.2 数码管介绍 (12)

4.3 时钟电路及复位电路的设计 (14)

4.3.1 时钟电路 (14)

4.3.2 复位电路 (16)

4.4 键盘输入模块 (16)

4.5 浇水模块设计 (17)

4.5.1 ULN2803的介绍 (17)

4.5.2 浇水功能的实现 (18)

4.6 电源的设计 (19)

第五章系统的程序设计 (21)

5.1 系统时间显示 (21)

5.2 键盘控制时间设置 (22)

5.2.1 按键校对系统时间 (22)

5.2.2 按键设置浇水时间 (23)

5.3 浇水执行程序框图 (24)

5.4主程序 (25)

第六章仿真 (39)

6.1 仿真说明 (39)

6.2仿真电路图 (39)

第七章结论 (41)

致谢 (42)

参考文献 (43)

附录电路图

第一章引言

目前，农业、工业、生活、军事等各个方面都向自动化、智能化、数字化发展。为了适应时代的发展电子技术迅猛发展。数字化、智能化、自动化的实现方式多种多样，从而产生了很多的设计工具。单片机就是其中之一，它正朝着多品种和高性能发展，正在进一步向着COMS化、小体积、低功耗、高性能、大容量和外部电路内装化等多个方向发展。卓越的性价比受到了设计者们的欢迎。

随着农业的规模化、系统化，传统的管理方法需要大量的人力而且不能及时。为了满足更高效更高产，并提高管理水平。本文将介绍一个可以自动定时、多路浇水、定浇水时间的系统，它主要基于51单片机来设计，并将随着社会生活的进步、人们对效率的要求，将会得到大量的应用和不断的完善。

本论文中将会应用单片机等电子技术，实现自动浇水控制。

1.1 单片机的概述

为了适应社会发展的需求，微型计算机不断地更新换代，新产品层出不穷。在微型计算机的大家庭中，几年来单片微型计算机异军突起，发展极为迅速。

单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)简称单片机。它是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且具生命力的机种。特别适用于控制领域，故又称微控制器(Microcontroller)。

通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能功能部件：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、定时/计数器及I/O(Input/Output)接口电路等部件。因此单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

它的特点是：高性能、高速度、体积小，价格低廉，稳定可靠，应用广泛。1.2单片机的分类及发展

20世纪80年代以来，单片机有了新的长足发展，各个半导体器件厂商也相继推出自己的产品。到目前为止，市面上出售的单片机品种已达60多个系列，600多个品种。如果按照CPU对数据处理的位数来分，通常可以把单片机分为4位的单片机、8位的单片机、16位的单片机、32位的单片机四类。它的产生和发展过程也经历了相应的四个阶段。

第一阶段(1970-1974)为4位的单片机的阶段。这种单片机的特点为：价格便宜并且控制功能强，片内含有多种I/O接口，有的根据不同用途还配有许多专用接口，丰富的I/O功能大大增强了四位单片机应用于录音机、摄像机、电冰箱、电视机、洗衣机等产品。

第二阶段(1974-1978)为低中档的8位单片机的阶段。它是八位单片机的早期产品，以Intel公司的MCS-48系列单片机为代表产品，这个系列的单片机在片内集成八位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM等，中断处理较简单，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大于4KB。

第三阶段(1978-1983)为高档的8位单片机阶段。这类单片机在低、中档基础上发展起来的，其性能有明显额提高。还是以Intel公司的MCS-48系列单片机为代表，在片内还增加了串行接口，有多级的中断处理系统，还有16位定时/计数器，片内RAM和ROM容量也增大了，寻址范围已经可达64KB，有的片内还加有A/D转换接口。这类单片机功能强大，应用领域广阔，是现在各类单片机中应用最多的一种。

第四阶段(1983-现在)为8位额单片机巩固发展的阶段和16位单片机、32位单片机推出的阶段。这个阶段特点是：一方面不断的发展16位的单片机、32位的单片机和一些专用的单片机。近年来，各个计算机厂家已进入了高性能的32位单片机的研制和生产阶段，32位单片机除了具有更高的集成度以外，主振频率已经达到20MHz，这使32位的单片机的数据处理速度可以16位单片机快得多，性能比8位、16位单片机也更加优越。

而需要说明的是，单片机的发展虽然经历了4位、8位、16位三阶段，但4位、8位、16位单片机仍然各有其应用领域，比如4位单片机在简单家用电器、高档玩具中还有应用，而8位单片机在中、小规模应用的场合仍占主流的地位，16位的单片机在比较复杂的控制系统中才有应用，32位单片机因控制领域对它的要求并不十分迫切所以32位单片机在我国的应用并不多。

正是由于单片机具有上述显著的特点，使得单片机应用的范围也日益扩大。单片机的应用打破了人们传统的设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现的功能，现在均可以使用单片机。使用软件来实现。使用单片机具有体积小、可靠性高、性价高和容易产品化的优点。

1.3灌溉技术的发展简介

生命之起源，水为必然条件。没有了水，地球上的生命将会枯竭。人文明之数千年的历史，为水而奋斗可以说是非常重要的篇章。比如我国古代的灵渠、郑渠和都江堰，埃及尼罗河两岸的历史非常悠久的灌溉工程都是非常好的例证。

20世纪以前，人类经过了数个世纪的探索，学会了拦河蓄水，筑渠引水和开畦

灌溉的技术。但水的利用效率比较低下，限制了灌溉的面积扩大。怎样生产大量的粮食，来为飞快增长的人口提供粮食，如何提高水的利用率已经成了20世纪的一大难题，而且伴随着劳务成本大的迅速提高，怎样节省人力来消减劳务成本也成了亟待解决的问题。

我国从70年代开始引进喷灌、滴灌技术，80年代中期曾一度得到迅速发展。但因为经济及技术落后，不几年即纷纷下马。进入90年代中期以来，我国充分意识到我国水资源的短缺问题，重新积极推广节水技术。经过数年努力，已取得长足进步。

尽管各种节水技术已经发展的很成熟，但是还不能满足的是智能化的定时浇水，要两者结合才能更自动化及智能化。限于本论文的篇幅，这里只设计自动系统，有八路出水，而采用什么节水设备，可根据实际应用场合自行选取，只需对接到出口即可。

第二章设计题目与要求

2.1课程设计要求

设计一种自动浇水控制器，可以实现设定每周内任意几天需要浇水，每天何时开始浇水，每路每次浇水多长时间，八路依次自动浇水。状态显示在平时模式现实当前时间及星期几，从左至右，前两位显示时，中间两位显示分，最后一位显示星期。时与分之间两个LED为秒闪指示，每秒闪动一次。制作出适合系统运行的电源。

2.2课程设计目的

(1) 巩固、加深和扩大单片机应用的知识面。提高综合及灵活运用所学知识解决实际控制的能力；

(2) 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图标及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；

(3) 学会对课程设计方案的分析、选择、比较、熟悉系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；

(4) 掌握计数器、加法器、LED的使用；

(5) 掌握数码管显示电路的应用与按键设置。

第三章 设计的方案选择与论证

3.1 整体设计框架

图3-1是本次设计的整体系统框图，本电路是由AT89C51单片机为控制核心，

具有在线编程功能，低功耗，高性能等优点；显示模块有三个数码管，CD4511译码器构成，使用动态扫描的显示方式对数字进行显示；按键模块位五个独立按键构成，分别设定时、分、星期、定时、定天；电源电路是为了给AT89C51提供稳定的工作

电压而设计；时钟电路采用晶振提供时钟频率，再结合编程来实现时间的显示与设定。

图3-1 系统整体设计框图

3.2 系统硬件的选择

(1)控制系统模块的方案选择和论证 方案一：采用89C2051芯片作为硬件核心，有2KB 的存储空间，虽然加上端口扩展，键盘不做独立式的，也可以满足电路要求，但是它无法扩展ROM ，也不能用C 语言编程，因为C 的第一条指令是跳转，会浪费很多空间，因此导致空间不够，就只能用汇编语音。 并且2051的P3.7在芯片的引脚上没有，只在内部有用，P1.0,P1.1

没有内部上拉，要用做输入输出，就需要外接上拉。

方案二：采用89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM ，内部具有4KB ROM

存储空间，能于3V 的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，有40个

显示模块 AT89C51 电源模块 时钟电路

复位电路 浇水输出模块 键盘模块

引脚，完全满足电路要求，具有电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片进行多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。

结合两者优缺点考虑，在本设计中选择采用AT89C51作为主控制系统。

(2)显示模块选择方案和论证

方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如果用在显示数字显得太浪费，且价格也相对比较高，所以不采用此种作为显示。

方案二：采用LED液晶显示器，液晶显示器的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中也不用这种作为显示。

方案三：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。

在本设计中选择采用了LED数码管作为显示。

(3)时钟电路的选择方案和论证

方案一：采用DS12887时钟芯片实现时钟，DS12887芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，虽然精度高，但是成本相对高，本设计不需要如此显示精度及详细度。

方案二：采用外部晶振提供时钟频率，直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现星期、时、分、秒的计数。采用此种方案可以减少芯片的使用，节约成本，适用更多的用户需求。

在本设计中直接采用方案二的时钟电路为电路提供时钟控制模块。

(4)键盘模块的选择方案和论证

方案一：采用独立式的非编码键盘模式，在此种连接方式中，每个按键都是相互独立的，均需占用CPU的一条I/O输入数据线。

方案二：采用行列式的非编码键盘，它是一种把所有按键排列成行列矩阵的键盘，所以，一个M×N的行列式的非编码键盘只需M条行线以及N条列线，共要占用M+N 条单片机的端口线，本设计中按键只有五个，因此不采用此方案。

在本设计中采用方案一的键盘来对现实电路，和浇水设置进行设定。

3.3 最终方案决定及电路设计

综上各方案所述，对此次设计的方案选定：采用AT89C51作为主控制系统；LED 数码管动态扫描作为显示系统；采用单片机自身的定时计数器作为时钟电路；系统电路图见附录。

第四章系统硬件电路的设计

硬件电路是系统的重要部分，在本次设计中主要是以AT89C51为核心控制器。外加一些控制电路来实现本系统的基本功能。下面分别介绍各个控制电路的功能及工作原理。

4.1 AT89C51的介绍

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的CMOS8位微处理器，简称单片机。它低电压、高性能。该器件采用ATMEL高密度肥肉非易失存储器制造技术来加工的，并且可以与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功能8位CPU 和闪烁存储器结合在一个芯片中，使得ATMEL的89C51成为一种高效的微控制器89C单片机，为许多嵌入式的控制系统完美的提供了一种不仅灵活性高而且价廉的方案。

4.1.1内部结构

AT89C51的内部结构框图如图4-1所示

图4-1 89C51内部结构框图

89C51单片机基本组成包括有：

?一个8位的微处理器

?片内数据存储器RAM有128B

?21个特殊功能寄存器SFR

?片内程序存储器Flash ROM 有4KB

?可寻址片内外统一编址的64KB的ROM

?可寻址片外64KB的RAM

?4个8位并行I/O接口(P0—P3)

?一个全双工通用异步串行接口UART

?两个16位的定时器/计数器

?五个中断源、两个优先级的中断控制系统

?具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能

?片内振荡器和时钟产生电路

AT89C51主要部件也可以划分为CPU、存储器、I/O端口、定时器/计数器和终端系统等五部分。CPU包括运算器、控制器；存储器包括程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

4.1.2 引脚说明

AT89C51共含有40个引脚，分为端口线、电源线、控制线三类。如图4-2所示：

图4-2 AT89C51封装和引脚分配

1. 电源引脚(2条)

① Vcc (40脚)：电源端，接+5V 电源。 ② GND(20脚)：接地端，接地端。

2. 控制引脚(6条) ① XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线。 XTAL1(19脚)：片内振荡电路反相放大器输入。 XTAL2(18脚)：片内振荡电路反相放大器输出。

当采用内部时钟时,片外连接石英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。

采用外部时钟时，XTAL1输入外部时钟脉冲信号, XTAL2悬空。相应电路如图4-3

所示。

图4-3 89C51的晶振连接图 ②RST (9脚) : 复位信号输入端。 高电平有效，保持两个机器周期高电平时,完成复位操作。

③ALE/PROG ———— (30脚) :地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端 。 正常时,连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。访问片外存储器时：作为锁存

P0口低8位地址的控制信号。对89C51片内 ROM 编程写入时：作为编程脉冲输入

端。

④PSEN ———— (29脚): 外部程序存储器读选通输出信号 。 访问片外ROM 时,输出负脉冲作为读ROM 选通.常连接到片外ROM 芯片的输出

允许端(OE)作外部ROM 的读选通信号。

⑤EA ——/Vpp (31脚): 外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端。

平常,接“1”时，CPU 访问片内4KB 的ROM ，当地址超4KB 时，自动转向片外ROM 中的程序。当接“0”时，CPU 只访问片外ROM.

第2功能Vpp 对89C51编程时，编程电压输入端。

3.端口线(4×8=32条)

4个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用输入/输出端口，P0、P2和P3端口又各自有第2功能。

(1)通用输入/输出端口

准双向口：作输入时要先对锁存器写“1”.

P0端口(P0.0—P0.7，第39—32脚)：

P0口作通用I/O口，是一个准双向口。地址为80H。输出漏极开路，可驱动8

个74LS类型的TTL门电路。分时复用的地址/数据总线：外部扩展时，MOVX或MOVC指令)：P0口首先输出低8位地址,由地址锁存器(74LS373)在ALE号作用下锁存(A0-A7)。然后P0口就作为双向的数据总线(D0-D7) 使用。P2口输出高8位地址(A8-A15).

P1端口(P1.0—P1.7，第1—8脚)：

8位准双向口，只作通用输入/输出口使用。输出可以驱动4个74LS类型的TTL 门电路。P1口作为一个特殊功能寄存器，和内部RAM统一编址，地址为90H。它可进行字节操作，用直接寻址方式，也可以按位操作，用位寻址方式。

P2端口(P2.0—P2.7，第21—28脚)：

P2口作通用I/O口: 是一个准双向口。地址为A0H。可驱动4个74LS类型的TTL门电路。P2口作高8位地址总线：外部扩展时，( MOVX 或MOVC指令):

P0口分时复用作；低位地址(A0-A7) 数据总线(D0-D7) 用。P2口输出高8位地址

A8-A15.

P3端口(P3.0—P3.7，第10—17脚)：

P3口作通用I/O口: 是一个准双向口。地址为B0H。输出可驱动4个74LS类型的TTL门电路。

(2)P0、P2、P3端口的第二功能

P0端口:在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P0口分时提供低8位地址(A0-A7)和8位数据(D0-D7)总线。这时,需要一个8位锁存器,利用ALE(地址锁存允许)来锁存P0口低8位地址信号。

P2端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P2口提供高8位地址(A8-A15)的总线信号。

P3端口：在CPU访问外部存储器或I/O接口时，P3口提供读、写控制总线信号。还提供串行通信、外部中断、计数器的外部计数输入信号等。如表4-1所示。

表4-1 P3口的第二功能

4.2 显示模块

本设计的显示模块有三个LED 数码管及两个发光二极管组成，数码管包括两个

二位数码管及一个一位数码管，皆为共阴极显示，其中两个二位数码管分辨用于现实小时及分钟，一位的数码管用于现实星期几，两个发光二极管在时与分之间，每秒闪动一次。

显示部分的电路图如图4-4所示：

图4-4 显示模块电路

口线

信号 功能 P3.0

RXD 串行口数据输入（接收数据） P3.1

TXD 串行口数据输出（发送数据） P3.2

INT0 外部中断0输入 P3.3

INT1 外部中断1输入 P3.4

T0 定时器0的外部输入（计数输入） P3.5

T1 定时器1的外部输入（计数输入） P3.6

WR 外部数据存储器写选通控制输出 P3.7 RD 外部数据存储器读选通输出控制 C 1

30pf C 2

30pf

Q 18550Q 28550Q 38550Q 48550Q 58550

Q A 13Q B 12Q C 11Q D 10Q E 9Q F 15Q G 14D 6

C 2

B 1

A 7

B I 4

LT 3

V C C 16

LE

5

G ND

8C D4511+5V

a b c d e f g dp a b c d e f g dp a g b c d e f a g d c b f e LED11

dp g f e d c b a a g d e f b c e

d g a f b c LED12a g b c d

e

f LED13R 2160R 2260R 2360R 2460R 2560R 2660R 2760R 2860

4.2.1 显示功能及实现

显示模块可以分为三个模式，分别为平时模块、设定模块浇水模块。

①平时模块 用于在平时不进行设定时显示当下时间与星期。

②设定模块

在要对浇水的时间及时长进行设定时现实需要设定的每天开始浇水的时间以及

每路浇水的时长，设定每天浇水时刻时，星期位显示“8”，分别按动按键设定小时与分钟，此时两个秒LED9和LED10还是正常闪的。

在对每路浇水时长进行设置时，LED9和LED10是不亮的，星期位显示“9”，时

与分的四位都表示时长，范围为0~9999秒。

上述功能的实现皆通过编程来完成，由时钟电路提供频率，单片机内部的定时计

数器在经过一秒后在P2.7端口输出一个高电平，LED9和LED10导通，变亮；随即P2.7端口在下一个频率时就变回低电平，LED9和LED10就熄灭，这样在每个秒周期LED9和LED10将会闪动一次。

显示功能的程序实现将在下一章软件设计中介绍。

4.2.2 数码管介绍

本设计的 显示模块采用两个二位数码管与一个一位数码管来显示，都为共阴极

连接方式。通过CD4511的译码输入到阳极端，阴极由P2.1-P2.6控制，其中为低电平时，数码管选通，因为是高频动态扫描显示，并且程序加以视觉余辉的延时程序，便可以完成所需要的显示。下面介绍CD4511与数码管的具体功能。

图4-5 CD4511的引脚图

(1)CD4511的简介

CD4511的引脚图如图4-5所示： 这个片子是一个用来驱动共阴极LED 数码管显示器的BCD 码-七段码译码器。

QA 13QB 12QC 11QD 10QE 9QF 15QG 14D 6

C 2

B 1

A 7

BI 4

LT 3

VCC 16

LE

5

GND 8

Ω=-=-=287157.0511mA V V I U U R CD4511引脚功能介绍：

? BI(4脚)：是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其他输入状态如何，七段译

码管均处于熄灭(消隐)状态，不能显示数字，因此正常时直接接高电平。 ? LT(3脚)：为测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入

ABCD 的状态如何，七段均发亮，显示数字“8”，它是用来检测数码管是否损坏。 ? LE ：所存控制端，LE=0时，才允许译码输出。当LE=1时，译码器是锁存保

持状态，译码器输出将会被保持在LE=0时的数值。 ? A 、B 、C 、D ：为BCD 码输入端。 ? QA 、QB 、QC 、QD 、QE 、QF 、QG ：为译码输出端，输出为高电平1有效。

因为数码管电压一般用0.7V 而电流最大15mA ，所以可计算限流电阻R ：

(4-1)

而本设计以动态扫描的方式显示，那么每位的显示时间在一个扫描周期中实际只

占1/5，数码管得到的平均电流也只有点亮时驱动电流的1/5，所以本设计中限流电阻

R21-R28选用60Ω的电阻。

(2)LED 数码管的简介

作为本设计显示模块的表现部分，选择了两个二位数码管和一个一位数码管，都

为共阴极连接，输入端a ,b ,c ,d ,e ,f ,g 与CD4511的输出端a ,b ,c ,d ,e ,f ,g 相对应连接，小数点dp 连接到89C51的P2.0端口，由于采用高频动态扫描于视觉余辉的效果，便可以达到所要求的显示效果，又由于阴极都分别连在P2口的端口上，这些端口负责选通小时高低位、分钟高低位、星期位的显示。P2.1-P2.6信号为0时，选通。下面简单的介绍二位数码管。二位数码管的引脚图如下所示：

图4-6 二位数码管的引脚图

两个数字的阳极都连接到CD4511相应的输出，而3,4脚则负责选通那个数字显

示。 另外，为了使数码管更亮一些，此处选用五个PNP 三极管起放大作用，型号为a 1

b 2

c 10

d 7

e 8

f 5

g

6

dp 9a g b c d e f a g d c b f e

3

4

普通高频放大PNP8550三极管，在秒信号的放大上，因为是P2.7高电平导通，所以选用普通低频放大NPN9013型号的三极管，为保护三极管，将采用五个限流电阻接在P2.1-P2.6与三极管之间。通常选用1k-10k之间，本设计采用1k的电阻。与NPN 之间因为要有0.7的压差，所以选用更大的电阻此处选用2.2kΩ的电阻。三极管到两个秒信号之间，仍用300Ω的做保护发光二极管。

由于89C51P0口内部没有上拉电阻，P0口是一组8为漏极开路双向I/O，没有电源不能输出高电平，不用上拉电阻是不能工作的，所以P0口要加上拉电阻。这样还能让输出高电平信号更稳定，根据一般规律，此处R17-R20选用1kΩ的上拉电阻。

4.3 时钟电路及复位电路的设计

AT89C51单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一排一排的工作，因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常见的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。

4.3.1 时钟电路

(1)内部时钟方式

89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，这两个引脚跨接石英晶体振荡器(简称晶振)和瓷介电容，就构成一个稳定的自己振荡器，图4-7为89C51内部时钟方式的振荡器电路。

图4-7 89C51时钟方式的振荡电路

电路图中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。对外界电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、起振的快速性和振荡器的稳定性。晶振的振荡频率范围通常是选在1.2MHz-12MHZ之间，本设计选用12MHz的晶振。晶振的频率会越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越高。但是反过来运行速度快对存储器的速度要求也就越高，对印刷电路板的工艺要求也相

应的高，即要求线间的寄生电容要小；晶振和电容要尽可能安装的跟单片机芯片靠近，这样可以减少寄生电容，能更好的保证振荡器稳定、可靠地工作。

(2)外部时钟方式

外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片89C51单片机同时工作，以便于多片89C51单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。

外部时钟源直接接到XTAL2端，通过XTAL2端输入到片内的时钟发生器上。电路如图4-8所示。由于XTAL2的逻辑电平不是TTL，故建议接一个4.7-10kΩ的上拉电阻。

本系统只用到一片单片机芯片，不存在同步的问题，因此采用内部时钟方式。

图4-8 外部时钟方式振荡电路

4.3.2 复位电路

计算机在启动时，系统进入复位状态。在复位状态，CPU和系统都处于一个确定的初始状态或成为原始状态，在这种状态下，所有的专用寄存器都赋予默认值。

单片机复位电路包括片内、片外两部分，片外复位电路通过引脚加到内部复位电路上，内部复位电路在每个机器周期S5P2对片外信号进行一次采样，当RST引脚上出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就可以完成一次复位。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的，AT89C51单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。

上电自动复位电路在通电瞬间，在RC电路充电过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。

按键手动复位电路可分为按键电平复位及按键脉冲复位两种，按键电平复位是将复位端通过电阻与Vcc相连，而按键脉冲复位电路是利用RC微分电路产生的正脉冲来达到复位目的。

本设计采用按键脉冲复位，电路如图4-9所示。

图4-9 复位电路

根据只要电容充电时间大于两个机器周期以上的时间，就能复位的原则，t=RC(其中电阻单位欧姆，电容单位法拉，时间单位秒)，选取电容为22uf，电阻R2为200Ω。其中电阻R1为了保护电容而加入，5V本已小于C3的击穿电压，故在此，R1可选用常用的1kΩ的电阻即可。

4.4 键盘输入模块

本设计采用的是独立式非编码键盘的接口电路，连接如图4-10所示。

图4-10 键盘电路

图中的每个按键均和89C51的P3口中一条相连。若没有按键按下时，89C51从P3口读得引脚电平平均为“1”(+5V); 若某一按键被按下，则该键所对应的端口线变为低电平。单片机定时对P3口进行程序查询，即可发现键盘上是否有按键按下以及哪个

按键被按下。从而通过程序执行相应的操作。

这五个按键实现的功能分别如下：

?AN1按下，对系统时间小时位进行调整；

?AN2按下，对系统时间分钟位进行调整；

?AN3按下，对系统时间星期位进行调整；

?AN4按下，一次时，对浇水时间进行设定，再通过AN1和AN2对需要的小时

与分钟进行设定；AN4按下两次时，为对浇水时长进行设定，范围为0~9999，AN1调整千位和百位，AN2设定十位和个位；按下三次回到正常系统显示；

?AN5按下，是为了点亮星期位的小数点，表示此天不浇水，其在AN3调整到

不需要浇水的天时按下，来点亮此天的小数点位。

虽然89C51的P3口内有上拉电阻，可以不用外界电阻，但是为了增强抗干扰的能力，本设计在按键电路上都接上一个上拉电阻，大小仍按习惯选用1kΩ即可。

4.5 浇水模块设计

作为系统的最终执行模块，本设计选取实现八路自动浇水的功能，在系统设置好每天浇水时间与每路浇水时长后，定时器将会在设定时间开始浇水，每路依次浇水，浇水的出口，是采用浇灌还是喷灌，由用户根据具体情况自行选用安装，水量结合设置的浇水时长与选用的水源及管道大小来具体设置。

4.5.1 ULN2803的介绍

浇水开关采用继电器的设计，因此选用了一个ULN2803，它是驱动用集成电路，片内有8路驱动器。脚1、2、3、4、5、6、7、8分别是这8路驱动器的输入，输入信号可直接是TTL或CMOS(5.0V)信号。脚18、17、16、15、14、13、12、11分别是8路驱动器输出。输出是OC门，集电极VCE=50V，驱动电流500MA。可直接驱动灯或感性负载继电器等。常连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路(例如TTL，CMOS 或PMOS上/ NMOS)和较高的电流/电压，如电灯、电磁阀、继电器、打印锤或其他类似的负载，广泛的使用范围：计算机、工业和消费应用。

片内8路输出都代有续流二极管，从10脚并联接出。作用是为了防止继电器断开时产生的反向高压损坏89C51。使用时9脚接地，驱动继电器时10脚接继电器驱动正电源。例：第一路1脚输入，那么18脚就是输出，驱动继电器，继电器线圈一端接继电器电源正，继电器线圈另一端接18脚。1脚加高电平，继电器就吸合。

其引脚图如图4-11所示：

图4-11 ULN2803引脚图

引脚功能如下：

1-8引脚：输入端

11-18引脚：输出端

9引脚：地端

10引脚：电源+

10脚接正极，9脚接地，1进18出，2进17出，3进16出，以此类推共8路 。

4.5.2 浇水功能的实现

通过上述ULN2803的介绍，它是一个反向器的作用，设定的浇水的一天到了浇水时刻时，P1.0-P1.7输出10000000，ULN2803的1口输入高电平，相应的18脚输出低电平，继电器K1得点，一路开始浇水，显示模块显示浇水倒计时，倒计时为0000后，P1.0-P1.7输出01000000，从而使第二路开始浇水，以此类推，完成八路自动浇水后，重新显示当前时间。

浇水电路如图4-12所示。其中二极管起到在ULN2803输出电压发生波动时，保护继电器的作用，所以选择普通的整流二极管H1N4001，发光二极管是在继电器导通时随之导通显示本路浇水，其中R9-R16为发光二极管的限流电阻，在上述计算中取大于287Ω的就可，本处选用1kΩ的作为限流电阻。

12345678G ND

9V CC 1011

12

13

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16

17

18

基于PLC的锅炉温度控制系统毕业设计

基于PLC的锅炉温度控制系统 作者姓名xxx 专业自动化 指导教师姓名xxx 专业技术职务讲师

目录 摘要 (1) 第一章绪论 (3) 1.1课题背景及研究目的和意义 (3) 1.2国内外研究现状 (3) 1.3项目研究内容 (4) 第二章 PLC和组态软件基础 (5) 2.1可编程控制器基础 (5) 2.1.1可编程控制器的产生和应用 (5) 2.1.2可编程控制器的组成和工作原理 ··············错误！未定义书签。 2.1.3可编程控制器的分类及特点 (7) 2.2组态软件的基础 (8) 2.2.1组态的定义 (8) 2.2.2组态王软件的特点 (8) 2.2.3组态王软件仿真的基本方法 (8) 第三章 PLC控制系统的硬件设计 (9) 3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (9) 3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 (9) 3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (9) 3.1.3 PLC程序设计的一般步骤 (10) 3.2 PLC的选型和硬件配置 (11) 3.2.1 PLC型号的选择 (11) 3.2.2 S7-200CPU的选择 (12) 3.2.3 EM235模拟量输入/输出模块 (12) 3.2.4 热电式传感器 (12) 3.2.5 可控硅加热装置简介 (12) 3.3 系统整体设计方案和电气连接图 (13) 3.4 PLC控制器的设计 (14) 3.4.1 控制系统数学模型的建立 (14)

3.4.2 PID控制及参数整定 (14) 第四章 PLC控制系统的软件设计 (16) 4.1 PLC程序设计的方法 (16) 4.2 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述 (17) 4.2.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍 (17) 4.2.2 计算机与PLC的通信 (18) 4.3 程序设计 (18) 4.3.1程序设计思路 (18) 4.3.2 PID指令向导 (19) 4.3.3 控制程序及分析 (25) 第五章组态画面的设计 (29) 5.1组态变量的建立及设备连接 (29) 5.1.1新建项目 (29) 5.2创建组态画面 (33) 5.2.1新建主画面 (33) 5.2.2新建PID参数设定窗口 (34) 5.2.3新建数据报表 (34) 5.2.4新建实时曲线 (35) 5.2.5新建历史曲线 (35) 5.2.6新建报警窗口 (36) 第六章系统测试 (37) 6.1启动组态王 (37) 6.2实时曲线观察 (38) 6.3分析历史趋势曲线 (38) 6.4查看数据报表 (40) 6.5系统稳定性测试 (42) 结束语 (43) 参考文献 (44) 致谢 (45)

基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的毕业设计论文

本科生毕业论文（设计） 题目：基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计姓名： 学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 指导老师： 完成时间： 基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计

摘要 本课题研究了可编程控制器（PLC）在太阳能热水器自动控制系统中的应用。重点研究了系统的硬件构成及系统软件的设计过程。指出了 PLC 设计的关键主要是能满足基本控制功能, 并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。在本文中经研究确定出了系统的各个工序，绘制了系统的工艺流程图；进行了系统的I/O分配和PLC的选型；根据系统设计要求设计绘制了系统的控制梯形图；绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。 通过用PLC对太阳能热水器自动控制系统的改造，大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。 关键词: PLC；太阳能；自动控制系统；热水器 Design of Solar Water Heater

Automatic Control System Based on PLC Abstract Application of PLC in solar water heater automatic control system is researched in this paper. The content of this paper on the process of system hardware constitution and the system software design is emphasized . And the key of PLC design that is to satisfy the basic control function is pointed out , meanwhile maintenance convenience and system extension are also considerated. The content of this paper is divided into four parts. In the first part, the procedure of the system is established, and then the treatment flow chart is drawed out; In the second part, The address of I/O is resigned .and the suitable PLC type is choosed. The third part, the control ladder diagram is designed according to the requirement; In the end, the electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn. Through the design of the solar water heater automatic control system, the components that is used in the solar water heater automatic control system are decreased. The performance of the system is lifted, and it has the feature such as simply interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and high reliability. In a word, the system becomes more advanced because of my design. Keywords: PLC; solar; automatic control system; water heater

自动控制原理课程设计报告

成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2

目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)

1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图

自动浇水控制系统

自动浇水控制系统 ◆贺洪 输入输出 名称代号输入编号名称代号输出编号水浸传感器ＳＱＸ０室外浇草电磁阀ＹＶ０Ｙ０水压传感器开关ＳＹＸ１室外盆栽电磁阀ＹＶ１Ｙ１变频器异常输出ＥＲＸ２室内喷洒电磁阀ＹＶ２Ｙ２ 变频器启动信号ＫＡＹ３ 自来水开启电磁阀ＫＢＹ４ 报警声ＥＬＹ５ 名称软元件名称软元件水源：水井Ｍ３０２室外盆栽开始分Ｄ３４水源：自来水Ｍ３０３室外盆栽结束时Ｄ４３确认Ｍ３０４室外盆栽结束分Ｄ４４启动Ｍ３０１间隔Ｄ３７停止Ｍ３００时长Ｄ３８当前时间：时Ｄ３室内盆栽开始时Ｄ５３当前时间：分Ｄ４室外盆栽开始分Ｄ５４当前时间：秒Ｄ５室外盆栽结束时Ｄ６３室外草木开始时Ｄ１３室外盆栽结束分Ｄ６４室外草木开始分Ｄ１４间隔Ｄ５７室外草木结束时Ｄ２３时长Ｄ５８室外草木结束分Ｄ２４室外草木Ｙ０间隔Ｄ１７室外盆栽Ｙ１时长Ｄ１８室内盆栽Ｙ２室外盆栽开始时Ｄ３３故障报警Ｙ５ ＨＡＮＤＳＯＮＰＲＯＪＥＣＴＳ制作天地 笔者单位有多块草坪，室外有几处盆景，办公楼 里也有盆景，平时由专职工人负责浇水，遇到假期，还要安排工人加班。于是，笔者设计制作了一套ＰＣＬ系统，实现了浇水工作的自动控制和无人值守。 一、控制要求 ①利用水井或切换到自来水网供水。 ②在设定的时间段内，什么时间开始浇水、间隔多长时间、浇多长时间可以预先设定，浇完水能自动关闭，既可实现单次也能实现周期性多次浇水。 ③遇到阴雨天，控制系统会根据降雨量多少，可自动实现停止室外草木和盆栽花卉的浇水，而室内的盆栽花木按时进行。 ④操作直观方便，具有良好的人机界面。 二、设计方案 采用三菱ＦＸ２Ｎ－３２ＭＲ型ＰＬＣ、三菱的ＦＦＲ－Ｅ５４０－７．５ｋ－ＣＨ变频器、供水系统水泵：额定功率为７．５ｋＷ，额定电压为３８０Ｖ，额定频率为５０Ｈｚ。触摸屏选用三菱Ｆ９４０ＧＯＴ－ＳＷＤ。 1．输入和输出点分配 如表１所示。 表１输入和输出点分配 2.触摸屏软元件设置 触摸屏软元件如表２所示。 表２触摸屏软元件设置 3.硬件接线图 如图１所示。 ４．变频器参数设置 Ｐｒ．７３＝０，Ｐｒ７９＝１，Ｐｒ．１２８＝２０，Ｐｒ．１２９＝０．１％￣１０００％，Ｐｒ．１３０＝１￣３６００，Ｐｒ．１３１＝０￣１００％，Ｐｒ．１３２＝０￣１００％， Ｐｒ．１３３＝０￣１００％，Ｐｒ．１３４＝０．０１￣１０ｓ，Ｐｒ．９０２＝０Ｖ，Ｐｒ９０３＝５Ｖ，Ｐｒ．９０４＝４ｍＡ，Ｐｒ．９０５＝２０ｍＡ。 三、软件系统设计 梯形图程序如图２所示。 四、系统控制过程 1.人机界面 人机界面采用三菱的Ｆ９４０ＧＯＴ－ＳＷＤ触摸 21 ２００９年第３期电子制作

自动控制原理1典型题解(期末复习)

自动控制原理1期末复习大纲和典型题解 1-1 根据题1-15图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被 控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电

动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压 r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停 留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。 2-12 试用结构图等效化简求图2-32所示各系统的传递函数 ) () (s R s C 。

全自动洗衣机控制系统毕业设计

基于单片机的全自动洗衣机控制系统

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

自动浇水系统设计

自动浇水系统设计 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

毕业论文﹙设计﹚ 题目自动浇水系统的设计 学生姓名学号 所在院(系) 物理与电信工程学院 专业班级电子083 指导教师 2012年6月5日 毕业论文﹙设计﹚任务书 院(系) 物理与电信工程学院专业班级电子083学生姓名 一、毕业论文﹙设计﹚题目盆花自动浇水系统设计与实现 二、毕业论文﹙设计﹚工作自___2012__年__2 _月__27__日起至__2012 _年 6 月__15 日止 三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 电子信息工程系实验室 四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求： 本课题要求设计一个盆花自动浇水系统，要求：1.实现湿度的显示；2.配合使雨水检测器，即使你设定的浇水时间天突然下雨了，浇水控制器就会自动关阀停止浇水； 3.每天可设定八次定时浇水选择，每次为1分钟至9小时59分，也可以根据需要的时间设计； 4.采用电机阀技术，浇水自动控制器不受水压影响，而且不易受水质影响和堵塞。

解决途径：用51系列单片机作为主控芯片，配合温、湿度传感器、雨水检测器以及对应的测量电路完成对环境的检测，驱动数码管或LCD进行温、湿度显示，驱动浇水装置实现自动浇水。 主要任务：进行硬件电路设计和软件程序的编写调试，烧录程序并完成系统联调，最后撰写毕业设计论文。 进度安排： 2月27日-3月30日：查阅资料及方案论证 4月2日-5月11日：编写软件、调试运行及单元电路调试 5月14日-5月25日：整体联调 5月28日-6月8日：整理数据及撰写论文 6月11日-6月15日：准备答辩 指导教师系(教研室)应用电子技术教研室系(教研室)主任签名批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名 盆花自动浇水系统的设计 ［摘要］本设计主要的内容是土壤湿度检测电路的设计与制作。该电路的工作原理是由AT89C51单 片机和ADC0809组成系统的核心部分，湿度传感器将采集到的数据直接传送到ADC0809的IN端作为输入的 模拟信号。选用湿度传感器和AD转换，电路内部包含有湿度采集、AD转换、单片机译码显示等功能。单片 机需要采集数据时，发出指令启动A/D转换器工作，ADC0809根据送来的地址信号选通IN3通道，然后对输 入的模拟信号进行转换，转换结束时，EOC输出高电平，通知单片机可以读取转换结果，单片机通过调用中 断程序，读取转换后的数据。最后，单片机把采集到的湿度数据经过软件程序处理后送到LED数码管进行显 示。自动浇水系统设计为智能和手动两个部分：智能浇水部分是通过单片机程序设计浇水的上下限值与感应 电路送入单片机的土壤湿度值相比较，当低于下限值时，单片机输出一个信号控制浇水，高于上限值时再由 单片机输出一个信号控制停止浇水;手动部分是由通过关闭单片机电源，由外围电路供电进行浇灌、[关键词]AT89C51 干湿度的采集与显示 LED Design of potted flowerss automatic watering system (Grade 08,Class 3,Major electronics and information engineering ，School of physics and

温度测控仪设计-毕业设计

温度测控仪设计 学生：XXX 指导教师：XXX 容摘要：本文主要介绍了智能温度测量仪的设计，包括硬件和软件的设计。先对该测量仪进行概括性介绍，然后介绍该测量仪在硬件设计上的主要器件：“Pt100热电阻”、AT89C51单片机和LCD显示器以及描述测量仪的总体结构原理。在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D 转换器进行温度信号的采集。总体来说，该设计是切实可行的。 关键词：温度 Pt100热电阻 AT89C51单片机 LCD显示器

Design of and control instrument Abstract: This paper describes the design of the intelligent temperature measuring instrument, including hardware and software design. Be the first general description of the measuring instrument, and then describes the hardware design of the measuring instrument's main device: "Pt100 thermal resistance", AT89C51 microcontroller and LCD display, and describe the principle of measuring the overall structure. In this design, as is the PT100 platinum resistance temperature sensor, temperature measurement using constant current method, through the microcontroller to control, amplifier, A/D converter for temperature signal acquisition. Overall, the design is feasible. Keywords:temperature Pt100 thermal resistance AT89C51 microcontroller LCD monitor .

温度自动控制系统的设计毕业设计论文

北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

重庆大学 自动控制原理课程设计

目录 1 实验背景 (2) 2 实验介绍 (3) 3 微分方程和传递函数 (6)

1 实验背景 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制原理是相对于人工控制概念而言的，自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。 在自动控制原理【1】中提出，20世纪50年代末60年代初，由于空间技术发展的需要，对自动控制的精密性和经济指标，提出了极其严格的要求；同时，由于数字计算机，特别是微型机的迅速发展，为控制理论的发展提供了有力的工具。在他们的推动下，控制理论有了重大发展，如庞特里亚金的极大值原理，贝尔曼的动态规划理论。卡尔曼的能控性能观测性和最优滤波理论等，这些都标志着控制理论已从经典控制理论发展到现代控制理论的阶段。现代控制理论的特点。是采用状态空间法（时域方法），研究“多输入-多输出”控制系统、时变和非线性控制系统的分析和设计。现在，随着技术革命和大规模复杂系统的发展，已促使控制理论开始向第三个发展阶段即第三代控制理论——大系统理论和智能控制理论发展。 在其他文献中也有所述及（如下）： 至今自动控制已经经历了五代的发展： 第一代过程控制体系是150年前基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，Pneumatic Control System）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。 第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）是基于0－10mA或4－20mA 的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。 第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS）。 第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制

自动控制原理题库(经典部分)解读

《自动控制原理》题库 一、解释下面基本概念 1、控制系统的基本控制方式有哪些？ 2、什么是开环控制系统？ 答：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 3、什么是自动控制？ 答：自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 4、控制系统的基本任务是什么？ 5、什么是反馈控制原理？ 6、什么是线性定常控制系统？ 7、什么是线性时变控制系统？ 8、什么是离散控制系统？ 9、什么是闭环控制系统？ 10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？ 11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？ 12、典型控制环节有哪几个？ 13、典型控制信号有哪几种？ 14、控制系统的动态性能指标通常是指？ 15、对控制系统的基本要求是哪几项？ 16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成? 17、什么是控制系统时间响应的动态过程？ 18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？ 19、控制系统的动态性能指标有哪几个？ 20、控制系统的稳态性能指标是什么？ 21、什么是控制系统的数学模型？ 22、控制系统的数学模型有： 23、什么是控制系统的传递函数？ 24、建立数学模型的方法有? 25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有?

26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么? 27、控制系统的分析法有哪些？ 28、系统信号流图是由哪二个元素构成？ 29、系统结构图是由哪四个元素组成？ 30、系统结构图基本连接方式有几种？ 31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？ 32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？ 33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？ 34、二阶系统的阻尼比10<<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？ 35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？ 36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？ 37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？ 38、二阶系统开环增益K 增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？ 39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。 40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡 信号（有稳态误差） 41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点 42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？ 43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？ 44、恒值控制系统 45、谐振频率 46、随动控制系统 47、稳态速度误差系数K V 48、谐振峰值 49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。 50、什么是控制系统的根轨迹？ 51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？ 52、根轨迹图是开环系统的极点在s 平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s 平面上运动轨迹？ 53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？ 54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？ 55、试述采样定理。

温度控制系统毕业设计

摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could

(完整版)室内灯光自动控制毕业设计

第1章绪论 1.1 引言 随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。 目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。 1.2 课题的来源、意义及研究目的 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%，丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是OECD成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统，例如丹麦热电同供热电厂(CHP)，而且，他们尽可能的有效利用资源。这

样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空间用电的节能，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高的光通和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约 电能。 中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年间将在公用设施、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由1995年的l:6.25前的l: 1. 5。 目前，我国照明用电约占社会总用电量的12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%到80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据测算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府己经在商厦、学校、医院等更换了24万只节能灯具。在奥运工程的建设上，也大量运用节能

自动控制原理课程设计

扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日

一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。

2014考研西北工业大学《821自动控制原理》模拟题解析部分

专业课模拟题解析课程 第1讲 模拟题一解析（一）

一、（25分）某系结构图如下图所示，该系统的单位阶跃响应如右图。 （1）求该系统结构图中未知参量v,k,T. e (2)当T不等于零时，求a的值，使该系统的单位斜坡误差1 ss 考点：（1）阶跃响应的导数是脉冲响应，脉冲响应的s域表达式就是系统的传递函数。

（2）稳态误差的算法 解： ， a s Ts s a s K Ts s a s Ts s a s K s v v v ++++=+++++=Φ)1()() 1(1) 1()()(?? ??===1 110T v K ?? ??===0 210T v K

或者 （2）由梅森公式可得，该系统的误差传递函数为： 22 1()21(1) e s s s s a s s a s s φ+==++++ + 22220011 lim *()*lim **12e s s s s s s s s s s a s φ→→+==++ a=1 二、(25分)已知系统结构图，K * = 0→∞，绘制系统根轨迹并确定： （1）使系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益 K 的取值范围； （2） 当3λ =-5 时，1,2λ=？相应 K=?

解： ①实轴上的根轨迹：[-∞,-4], [-2,0] ② 渐近线： * () (2)(4) K G s s s s = ++ *8 1 K K v ?= ? = ? 111 24 d d d ++= ++

③ 分离点： 整理得： 舍去第二个结果，可得： ④ 虚轴交点： 231280d d ++=120.845; 3.155 d d =-=-0.845 * 24 3.08 d d K d d d =-=++=*32*()(2)(4)680 D s s s s K s s s K =+++=+++=

冷库毕业设计自动控制方案

９. 自动控制方案的确定 ９.１库温回路 ９.１.１库温自测： 根据《冷库设计规范》6.4.13 条规定，氨制冷压缩系统采用自动化控制方案。库房 应设温度自动记录仪或温变温度计。根据需要可设温变温度自控装置，采用 XCD 型多 点巡回测量仪，技术参数见《制冷与空调设备手册》P 1237—1331。外壳形式：仪表盘式； 显示方式：测温点用数字温度值，用模拟仪表显示。配备温度显示仪表XCZ 系列温度 指示仪；巡回检测点数：20点。自动巡回时间：每点1—20 秒，可调；电流：交流 220 （+10%或-5%）伏；频率：50±5%HZ 。工作环境：温度 0～50℃；相对湿度≤85%； 外型尺寸：320×160×400。仪表盘开孔尺寸：304×152mm。重量：8Kg。生产厂：武 汉温度计厂 ９.1.２ 库温自控： 根据《任务书》和《冷库设计规范》6.4.13 条。特别是高温库温度控制要求精度较 高，一般采用 TDW —12 型温度继电器，配用 BA 2 铂电阻为感温元件。其温度上下限的 幅差达±0.5%，可达到要求。具体参照《冷藏库制冷装置自动化》P 32 表 2—3 或《制 冷与空调设备手册》P 1579。电磁阀及自控选择如下； ZCHA -50QB关闭 BA 调定值上限 房间温度升高到 冷风机停止工作 动作 ZCHA-50QB开启 风机开启 风机停止工作 延迟数分钟 ZCL-57QB开启 冷风机工作 温度降低到 调定值下限 BA 2 ZCL-25YB开启 TDW-12 电信号 2

下面是库温自动化控制的简图： 冲霜排液 到低压桶 ZCL-25YB 来自氨泵 ZZRN-25Y 去上层冷风机 回低压桶 ZCHD-57QB 排积水 来自冷却塔 ZCHA-57QB 热氨 加压管节 低压循环贮液桶 ZCL-57QB 冲霜回水池 到 下进上出 p T M ９.１.３冲霜控制 根据《冷库设计规范》6.4.1４条规定，可以在发出冲霜信号之后，人工操作冲霜系 统。自动化融霜可以用 TDS －05 型指令融霜时间程序控制器。其控制程序如下： 排液电磁主阀，热氨电磁主阀通路 供液电磁主阀，回气电磁主阀，风机断路 第二区段 0-30分钟 第三区段 0-15分钟 1状态保持 融霜完毕（复原信号） 状态1自动切回继续降温 4 水电磁阀通路 1状态保持 水电磁主阀断路 3 2 0-20分钟 第一区段 1 开始融霜 选择 TDS －05 型融霜指令可以人工发出或者与微压差控制器配合使用。微压差控 制器的二个测点装在冷风机的蒸发器前后，蒸发器结霜到一定的厚度，前后压力差即 发生变化。此时，微压差控制器即可以发出融霜指令。