基于单片机的水温控制电路设计论文（含程序中英文翻译）.doc

基于单片机的水温控制电路设计 序言 无论是工业控制领域还是消费电子领域，温度控制的应用都非常广泛，如工业控制中的锅炉、加热炉的控制，消费电子领域的热水器、饮水机的控制，内部都涉及到温度控制[1]。 传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的温度采集系统就是其中之一[2]。采用MCS-51单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。本文正是介绍一个基于单片机的水温控制电路来控制电炉内的水温。 水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见,但是,常规调节三个参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成,步骤繁琐复杂,既耗时又耗力.而且当对象特征变化时,又要重新整定,并且在现代工业控制过程中，许多被控对象机理复杂,这种情况下,采用常规PID调节器，三个参数的整定比较困难，为此本文提出了采用归一参数整定法，即只整定一个参数,这样减少了许多工作量，提高了工作效率，为实现简易的自整定控制带来方便[3]。 本设计单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。适用于环境参数经常变化的小型水温控制电路。设计中使用7407同相器作为数码管和固态继电器的驱动。 第一章 设计任务 1.1功能 1.总的工作功能 本设计的任务是：用电炉对水加热，基于单片机设计一个电炉水加热控制电路。要求显示实际温度和门限温度，并且要求门限水温可以由人工通过键盘来设定。电路可以通过对实际温度和门限温度的差值的处理来控制继电器进而控制电炉的开关，从而对水温进行控制，使水温保持在一定温度上。 2.各部分的功能 （1）电炉 接上220V 交流电，由继电器控制其开关，对水进行加热。 （2）传感器 对水温进行实时检测，输出温度信号给单片机。 （3）单片机基本系统 a.要采集温度传感器传过来的信号，进行相应的处理，送往显示部分； 　b.接受键盘输入的信号，进行相应的处理，送往显示部分； c.根据实测温度和设定温度的比较，进行相应的处理，给出控制信号。控制继电器开关，从而控制电炉开关。 显示 由六个七段数码管以及数码管的驱动电路组成，三位数码管显示出测量结果，三位数码管显示出限定温度。 按键 键入门限值。 （6）报警电路 当按键输入的温度在软件所限制的范围之外时，报警电路报警。 继电器 接受单片机传来的信号，通过其驱动，然后作出相应的操作来控制电炉工作与否。相当于一个由单片机控制的开关。 1.2 技术指标 1．门限温度可以在40～90℃之间设定； 2．可以通过用键盘人工设定门限温度； 3．用数码管显示设定温度和实际温度。 第二章 设计思路 2.1 总体设计－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃） AT89C51单片机的结构AT89C51结构框图 AT89C51内部结构框图如图3-1 图3-1 AT89C51内部结构框图 二.引脚功能说明 、为系统扩展控制线，XTAL1和XTAL2为时钟电路输入/输出线，VCC、VSS为电源输入线，一般接＋5V和地。 3.1.2 AT89C51单片机最小系统 最小系统包括单片机的基本供电、时钟电路和复位电路。 一.时钟和时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。AT89C51单片允许的时钟频率的典型值12MHZ，也可以是6MHZ。本设计采用12MHZ。单片机时钟电路图如图3-3 图3-3 单片机时钟电路 图3-10中晶振频率选择12MHZ。接到晶振两端的瓷片电容作用是使振荡器起振和对f 微调补偿，典型值为30PF，本设计中选用20PF瓷片电容。当单片机加电以后延迟约10ms的时间振荡器起振产生时钟，不受软件控制（XTAL2输出幅度为3V左右的正弦波。 二.复位和复位电路 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位引脚是RST，当振荡器起振后，该引脚上出现2个周期的高电平，是器件复位，只要RST保持高电平，单片机保持复位状态。单片机复位方式有二种：上电复位