51マイクロコントローラーに基づくサーモスタットシャワー制御回路の設計

要約:
この記事では、51 シリーズマイクロコントローラーに基づくインテリジェントサーモスタットシャワー制御システムの設計スキームを提案します。このシステムは、温度センサーを使用して水温をリアルタイムに監視し、PIDアルゴリズムを通じて電気発熱体の作動状態を正確に制御することで、出口水温の正確な制御を実現します。同時に、このシステムには、ユーザーがシャワーの設定や動作状態を確認しやすくするための人間とコンピューターの対話インターフェイスも備えています。

キーワード: 51 マイクロコントローラー、定温シャワー、温度制御、PID アルゴリズム、人間とコンピューターの相互作用

1. はじめに
（既存のシャワーの問題点、インテリジェントサーモスタット技術の開発動向と応用展望などの背景を説明）

2. 全体的なシステム設計計画
1. システム構成と動作原理: 説明システムは主に 51 個のマイクロコントローラー、温度センサー、リレー駆動モジュール、電気発熱体、ディスプレイおよびボタンモジュールなどで構成されています。
2. 温度検出モジュールの設計: 使用される温度センサーの種類と、マイクロコントローラーとのインターフェース接続方法について詳しく説明します。
3. 温度制御戦略: PID パラメーターの調整方法やアルゴリズムの具体的な実装など、PID アルゴリズムを使用して一定の温度制御を実現する方法を紹介します。
4. 人間とコンピュータの対話モジュールの設計: LCD ディスプレイまたは LED デジタルチューブを使用して、現在の水温と設定温度を表示し、ボタンで温度を設定する方法を説明します。

3. ハードウェア設計と実装
1. マイクロコントローラーの最小システム設計
2. 温度センサーインターフェイス回路設計
3. 電熱素子のオン/オフを制御するリレー駆動回路設計
4. ディスプレイおよびボタンモジュール回路設計

4. ソフトウェアの設計と実装
1. システムのメインプログラムのフローチャート
2. PID アルゴリズムの C 言語プログラミング実装
3. 温度サンプリング、処理および制御プログラムの設計
4. 人間とコンピューターの対話インターフェイスのプログラム設計

5. 実験テストと結果分析
(実際に構築されたシステムの物理写真を示し、実験データを提供し、システムの安定性と精度を分析します)

6. 結論
(設計結果を要約し、改善の可能性と今後の研究の方向性を指摘する)

参考文献

上記は、51 マイコンに基づくサーモスタットシャワー制御回路を設計するための一般的な論文概要ですが、具体的な内容は、実際のプロジェクトの実施に基づいて埋め、改善する必要があります。作成プロセスでは、システム設計の実現可能性、実用性、経済性、安全性を十分に考慮する必要があります。

コードの一部は次のとおりです

#include <reg52.h> // 导入51单片机头文件

// 假设已定义相关硬件端口和宏定义
#define TEMP_SENSOR_PIN P1_0 // 温度传感器连接的ADC输入引脚
#define RELAY_PIN P2_0 // 继电器驱动输出引脚
#define SETPOINT_TEMP 40 // 用户设定的目标温度

// PID参数（示例）
#define KP 5.0
#define KI 0.2
#define KD 1.5
volatile float integral = 0; // 积分项
float prev_error = 0; // 上一时刻误差

void ADC_Init(void); // 初始化ADC模块
unsigned int ReadTemperature(void); // 读取温度传感器值并转换为温度
void PID_Control(void); // PID控制函数
void RelayControl(float dutyCycle); // 继电器控制函数，接收占空比信号

int main(void) {
    ADC_Init(); // 初始化ADC
    while (1) {
        // 读取当前水温
        unsigned int currentTemp = ReadTemperature();
        float currentTempFloat = (float)currentTemp / 100; // 假设转换为摄氏度

        // 计算误差
        float error = SETPOINT_TEMP - currentTempFloat;

        // 执行PID计算
        PID_Control(error);

        // 根据PID输出结果控制继电器
        RelayControl(PID_Output);

        // 延时，等待下一个采样周期
        Delay_ms(1000); // 假设每秒采样一次
    }
}

void PID_Control(float error) {
    // 这里是PID算法的具体实现，包括比例、积分、微分项计算
    float proportional = KP * error;
    integral += KI * error * dt; // dt为采样周期
    float derivative = (error - prev_error) / dt;
    
    float PID_Output = proportional + integral + derivative;

    // 对PID输出做饱和处理以防过量驱动继电器
    if (PID_Output > MAX_DUTYCYCLE) PID_Output = MAX_DUTYCYCLE;
    if (PID_Output < MIN_DUTYCYCLE) PID_Output = MIN_DUTYCYCLE;

    prev_error = error;
    return PID_Output;
}

void RelayControl(float dutyCycle) {
    // 根据dutyCycle控制PWM信号，进而控制继电器开关时间以调整加热功率
    // 具体实现取决于你使用的PWM方式和单片机型号
}

51マイクロコントローラーに基づくサーモスタットシャワー制御回路の設計

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