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基于51单片机的水温自动控制系统
沈统
摘 要:在现代化的工业生产中,温度是常用的测量机被控参数。本水温控制系统采用AT89C51为核心控制器件,实现对水温在30℃到96℃的自动控制。由精密摄氏温度传感器LM35D构成前置信号采集和调理电路,过零检测双向可控硅输出光电耦合器MOC3041构成后向控制电路,由74LS164和LED数码管构成两位静态显示用于显示实时温度值。
关键词:89C51单片机;LM35D温度传感器;ADC0809;MOC3041光电藕耦合器;水温自动控制
0 引言
在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。
1 设计任务、要求和技术指标
1.1任务
设计并制作一水温自动控制系统,可以在一定范围(30℃到96℃)内自动调节温度,使水温保持在一定的范围(30℃到96℃)内。
1.2要求
(1) 利用模拟温度传感器检测温度,要求检测电路尽可能简单。
(2) 当液位低于某一值时,停止加热。
(3) 用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。
(4) 无竞争-冒险,无抖动。
1.3技术指标
(1) 温度显示误差不超过1℃。
(2) 温度显示范围为0℃—99℃。
(3) 程序部分用PID算法实现温度自动控制。
(4) 检测信号为电压信号。
2 方案分析与论证
2.1主控系统分析与论证
根据设计要求和所学的专业知识,采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。
2.2显示系统分析与论证
显示模块主要用于显示时间,由于显示范围为0~99℃,因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案:
方案一:采用静态显示的方案
采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路,其优点在于占用主控系统的I/O口少,编程简单且静态显示的内容无闪烁,但电路消耗的电流较大。
方案二:采用动态显示的方案
由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示,占用资源少,动态控制节省了驱动芯片的成本,节省了电 ,但编程比较复杂,亮度不如静态的好。
由于对电路的功耗要求不大,因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
图1 AT89C51引脚图
2.3 检测系统分析与论证
1 温度检测:有选用AD590和LM35D两种温度传感器的方案,但考虑到两者价格差距较大,而本系统中对温度要求的精度不很高,因而选用比较廉价LM35D。温度传感器采用的是NS公司生产的LM35D,他具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围,他的输出电压与摄氏温度线性成比例,且无需外部校准或微调,可以提供±1/ 4 ℃的常用的室温精度。L M35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示 ,0 ℃时输出为 0 V , 每升高 1 ℃ , 输出电压增加10 mV。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种,其接法如图2与图3所示。正负双电源的供电模式可提供负温度的测量,单电源模式在25 ℃下电流约为50 mA ,非常省电。本系统采用的是单电源模式。
Vout=10mV/℃×T(℃)
2 液位检测:同样考虑到成本问题,选用自己做一个液位传感装置。
图2 单电源模式 图3 双电源模式
2.4控制系统分析与论证
由于需要用大功率加热装置对水温进行调节,故采用带过零检测双向可控硅输出光电耦合器MOC3041构成后向控制电路。
3 系统原理框图
硬件组成框图如图4所示:主要由AT89C51单片机、温度信号采集和调理、AD转换、数码显示电路、温度控制等部分组成。
温度采集电 路
温度采集电 路
信号调理电 路
A/D转
换电路
单
片
机
系
统
温度显 示
执行电 路
液位检测
图4 ?硬件框图
电源开启后,可以显示出实时的温度,并且可以判断出此时的温度是否需要对水进行加热操作
4 硬件电路
4.1温度信号检测和调理电路
LM35D采用单电源供电模式如图2将采集到的电压信号送入运放uA741进行放大处理,如图5。
图5 信号采集调理电路
4.2 显示电路
显示电路由两片74LS164和两个数码管构成,为了PCB中作图的方便,故采用如图6的连接方式。
图6 温度显示电路
时钟由单片机的P1.1提供,第一个数码管的数据由单片机的P1.0提供,第二个数码管的数据由第一个164的Q7提供。164的时序图如图7所示。
图7
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