水箱电加热器控制系统设计.doc

水箱电加热器 控制系统的设计 课程设计人：本人 学号：********** 专业：电气工程及其自动化 水箱电加热器控制系统的设计 一、设计要求： 进行水箱加热系统设计 要求温度维持在90℃以上，大于90℃时黄灯亮，小于90℃时红灯亮 采用电加热方式 温度精确到0.5℃，传感器不用数字式传感器 水位低于25%时加水，高于90%时停止加水 CPU自选，指示灯用发光二极管 二、设计内容： 硬件原理框图 软件流程图 结合以上原理图及软件流程图说明控制系统工作原理 三、硬件选择 CPU选Inrel的高性能八位单片机8051AH 传感器选择 （1）温度传感器——模拟集成温度传感器AD590 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。  其规格如下： 温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。 可量测范围-55℃至150℃。 供应电压范围+4V至30V。 AD590的输出电流值说明如下： 其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。 Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。 （2）水位传感器——位置传感器 作为水位的检测，可以利用水的导电性来对水位进行判断。当水位未达到规定要求时，单片机I/O口探测到的将是其预置的高电平；当探测器与水相接触时，由于水的导电性，探测器的电位也会被水拉成低电平，系统可以据此判断出水位信息 这样分别在水箱的25%和90%设置两个探测器，由单片机的两个I/O口分别对其电平进行检测，即可实现实现对高水位（90%水位），低水位（25%水位）的检测 A/D转换器——8位A/D转换器ADC0804 由于设计中要求温度精确度达到0.5℃。而水温的可能变化范围为0-100℃，，而八位A/D的分辨率可达，因此此处选择8位A/D转换器ADC0804可以满足设计要求。 ADC0804型8位全MOS 转换器。它是中速廉价型产品之一。片内有三态数据输出锁存器，与微处理器兼容，输入方式为单通道，转换时间约为100μs。它的非线形误差为±1LSB。电源电压为单一+5V。 其引脚功能此处不详细介绍，其引脚图图1所示： 图1、ADC0804引脚图 输出驱动电路选择 单片机是微电子器件，它的输入信号功率很小，要直接驱动大功率部件是不可能的，要实现其控制作用，需要中间的变换电路，这种电路就是中间驱动电路接口。此处选择单片机控制信号经三极管控制继电器的闭合，从而实现对水箱加热器交流回路和注水管道电磁阀24V直流回路的控制。 执行机构选择 （1）水温控制执行机构：继电器控制的发热部件 （2）水位控制执行机构：采用电磁阀 发光二极管选择 选择黄色和红色发光二级管各一只 四、硬件电路设计 1.水箱及其控制系统的接口示意图如图2下： 图2、水箱电加热器控制系统示意图 2．各子环节硬件电路设计 （1）测温电路设计 此处利用运算放大器实现温度转换，当水温为0℃时，测温电路输出为0V，当水温为100℃时，测温电路输出为5V。这样就可以使输入ADC0804的模拟量恰好是其典型值，不用再加参考电压Vref/2。具体实现电路如图3所示，图中AD590为电流型传感器，其输出电流为每增加1℃，电流增加1μA，经过10K电阻将其转换为电压信号，再经过减法器将绝对温度转换为摄氏温度。 图3、测温电路 （2）测温电路输出与A/D转换器的接口电路 ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLKR”和“CLK”两端外接一对电阻电容即可产生转换所需要的时钟，其振荡频率为≈RC。此处采用其典型应用参数为：R=10kΩ，C=150pF，≈640kHz，每秒钟可转换1万次。 被转换的电压信号从输入，此信号是电压信号,模拟地和数字地分别设置引入端,使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。输入电压为0~+5V时，端无需外加任何电压，而由内部电源分压得到，端子浮空即可。具体电路如图4所示： 图4、测温电路与ADC0804的接口电路 （3）水位检测电路设计 此处利用水的的导电性，当探头未于水接触时，5V电压经跟随器，送至单片机I/O端口，此时相当于高电平。由于水的电阻一般远小于10MΩ, 其电阻值一般都小于10K，因此当水位探头与水面接触时，经放大器后输出低电平至单片机I/O端口。具体电路设计如图5所示。 图5、水位探测电路 本设计中分别在25%与90%水位处设置两个水位探头，25%水位处