基于单片机的饮水机温度控制系统设计.doc

基于单片机的饮水机温度控制系统设计 摘要：本文介绍单片机应用于电加热饮水机的一种设计方法，该电加热饮水机具有自动化程度高、安全性好、功能多、使用方便、功率小、加热快、等特点。并详细地论述了以单片机为处理器的电加热饮水机的硬件、软件设计、系统编程和抗扰设计等方面的问题。本系统以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心，由信号处理电路、键盘控制电路、LED显示电路、输出控制电路等构成。 主要包含的程序有：主程序、显示子程序、PID控制子程序等。同时，在软、硬设计时一均采取了有效的抗干扰措施。 关键字：AT89C51 DS18B20 PID控制 水温控制系统概述 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费。但是利用AT89C51单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED上，该系统可靠性高，灵活性强，前景广阔。 1.2设计任务 （1）基本要求 设计一个基于单片机的饮水机的温度控制系统，该系统可以实时检测饮水机水箱的水温，且可以通过数码管显示水箱温度数，可以通过键盘或开关选择制冷或加热，可以人为设置水的温度的上下限，如加热，当温度在设定的范围内时正常工作，当低于水温下限时控制加热器加热；如制冷，当温度高于水温上限时控制压缩机制冷，当温度超过设定值时具有示警功能。 （2）主要性能指标 1）温度设定范围：0~95℃，最小区分度为1℃。 2）控制精度：温度控制的静态误差≤1℃。3）用十进制数码显示实际水温。3）扩展功能1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。 2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时和超调量。 3）温度控制的静态误差≤2℃。系统设计原理 2.1水温控制系统总体框图 该水温控制系统主要由AT89C51单片机控制系统、前向通道（温度采样转换电路）、显示电路等四部分组成，其总体设计框图如图2.1所示 图2.1 单片机控制系统原理框图2.2总体方案论证根据题目的要求。我们提出以下两种方案： 方案1：此一方案是采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器给定值不加热，采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后，用电位器设定决定加热或者不加热。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，且不能用数码显示。 方案2：采用单片机AT89C51为核心。采用温度传感器DS18B20采集温度变化信号，该传感器可以直接采集数字信号并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。 比较上述两种方案，方案2明显的改善了方案1的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点，此设计电路采用方案2。 2.3各部分电路论证 本电路以单片机为基础核心，系统由键盘显示模块、后向控制模块、系统主模块、前向通道模块组成 现将各部分主要元件及电路做以下的论证： 温度采样部分 采用温度传感器DS18BZ0。DS18B20具有体积小、质量轻、性能稳定等优点。 （2）显示部分 采用单片机AT89C51的串口对上电路进行通信，并对LED显示进行控制这种方案既能很好的控制显示，又为主单片机大大的减少了程序的复杂性，且具有体积小，价格便宜等特点。 （3）控制电路部分 采用AT89C51.单片机，不需外部扩展程序存储器，且它的I/O也足够本次设计的一要求。 硬件电路设计 3.1温度传感器的选择 温度传感器是该系统的关键器件，系统采用美国数字式温度传感器DS18B20，由具有结构简单，不需要外接电路数据线既供电又传输数据，且具有体积小，分辨率高，转换快等优点，被广泛用采用 DS18B20性能特点： （1）独特的单线接口方式：DS18B2O仅需要一个I/O接口，即实现微处理器同DS18B20的双向通讯。（2）测温范围：-55℃~+125℃，在一10℃~+85℃时，其精度为0.5℃。（3）分辨率：DS 18820的分辨率由9~12位（包1位符号位）数据在线编程决定。（4）温度转换时间DS18B20的转换时间与设定的分辨率有关。9位为93.75ms，10为187.5ms,12位为750ms。DS18820其温度检测电路如下图所示： 图3.1 温度检测电路图DS18B20管脚GND为电源地，DQ为数字信号输入/输出端，VDD为外接供电电源接入端。在本系统中用外接电源，DQ接到