基于单片机控制的水温控制系统的方案设计书_正文.docVIP

XX学院 物理系 201X 届 电子信息工程专业 毕业设计 17 - 现在的电子产品朝着密集型发展，而电子产品的温度特性普遍比较差，这就对温度的自动控制提出了新的要求。如果采用国外进口的温度检测与自控系统，虽然性能较好，但是结合国情，其价格相当昂贵，又全是英文，推广起来比较困难[2]。基于以上问题，本论文设计出一个温度传感器，配合单片机计算机系统，从软件的编制上实现对各外围硬件的控制，最终实现对水温的自动控制。在硬件的设计上，所有的元器件都采用了通用型产品，使得设计出来的产品及维修都相当方便，可以有效地降低成本，同时另外一点就是能用软件实现的功能尽量选用软件进行操作，更加突出了产品的简单性和高可靠性。 2.1系统设计技术指标 本设计水温设定由人工设定，温度设定范围为40-90℃，最小区分度为1℃,标定温差≤1℃；环境温度降低时，温度控制的静态误差≤1℃；用十进制数码管显示水的实际温度；采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到90℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 2.2方案的选择与论证 根据任务和测量控制现象以及现有的条件，现提出了以下两个方案。 方案一：采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，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，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，而且不能用数码显示和键盘设定[3]。 方案二：此方案采用了AT89C51单片机为核心，采用温度传感器DS18B20进行温度采集，用继电器控制加热，使其达到电路简单、可靠的目的。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。 将两个方案比较便可以得出一个结论，方案二明显的改善了方案一得不足及缺点，并具有控制简单，控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案二。 2.3系统总体方案设计 本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由七部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器；④加热控制部分采用继电器电路；⑤时钟电路；⑥复位电路；⑦单列3按键键盘输入设定温度值。 图2-1 系统设计方框图 2.3.1 温度传感器DS18B20简介 温度传感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件，它的特性直接影响系统的精度。美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，是必威体育精装版的“一线器件”[4]。它具有体积小、适用电压宽、经济、实用、线性度很好，精度较高且其本身已经进行了校正，使用时不需再进行调整等特点。本设计采用DS18B20作为智能温度传感器，采集的数据以“一线总线”的数字方式传输直接送到单片机中，同时可传送CRC校验码，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20的特性有：温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路；电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作等。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统，性能价格比也非常出色[5]！因此选择DS18B20作为本电路的温度传感器。其外部结构如图2-2所示[6]。 图2-2 DS18B20外部结构 DS18B20的引脚及特性： GND：接地； DQ：数据输入／输出脚（单线接口，可作寄生供电）； VDD：为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 DS18B20的内部结构： 1、64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，实现一线进行通信的目的。64位闪速ROM的结构如图2-3所示。 图2-3 64位闪速ROM结构图 2、非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值； 3、高速缓存存储，可以设置DS18B20温度转换精度。DS18B20温度传感器内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可