基于单片机饮水机温度控制系统的设计.docVIP

. PAGE . 自动水温加热器设计 一．测控大作业要求 自动水温加热器设计 加热体：交流电阻丝 500W 测温传感器：热电偶 要求：能够检测水的温度，控制水温为设定值，允许少量偏差，比如温度45摄氏度 设计步骤； 传感器的信号输出，信号放大，滤波，电平偏移，A/D，PID控制，显示等。 二．设计目标 设计一个基于单片机的加热器的温度控制系统，以AT89C51单片机为控制核心，以传感器AD590采集温度信号,放大后经ADC0809将模拟信号转换为数字信号，送入单片机AT89C51，通过软件编程AT89C51可以驱动各个管脚连接的功能模块实现各个功能，如温度采集、温度设定、显示、示警等。该系统可以实时检测加热器水箱的水温，并且可以通过数码管显示加热器水箱水温度数，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，温度检测范围0~95℃，精度±1℃，当温度超过设定值时具有示警功能。 三．方案总设计 以单片机系统为核心的控制方案，其原理框图如图1所示。本方案通过温度传感器将温度信号转换为电流信号，信号放大后，经A/D转换器，A/D转换器将进来的模拟信号转换成数字信号，然后送到单片机处理，并将采集的温度值与键盘设定的温度值进行比较，根据比较的结果，单片机输出相应的信号来控制外部设施，达到控制加热器加热或压缩机制冷的目的。还具有显示、报警等功能。 受控对象 受控对象 传感器 显示 继 电 器 单 片 机 信号放大 加热或制冷 A/D转换 示警 键盘 负载 图1方案原理框 四．电路设计 4.1 单片机最小系统设计 本设计单片机最小系统如图2所示，由主控器AT89C51、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机AT89C51作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。 图2 单片机最小系统 4.1.1 单片机选择 AT89C51单片机是ATMEL公司的AT89系列单片机的其中一种，该系列是当今世界上必威体育精装版型的电擦写八位单片机之一，和51系列完全兼容，低电压、低电流、低功耗，价格低廉，很受用户欢迎。其管脚图如图3所示。 图3 AT89C51管脚图 4.1.2 时钟电路 时钟电路用于产生AT89C51单片机工作时所必需的时钟信号。虽然AT89C51有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件。外接晶体以及X1和X2构成并联谐振电路。晶体的振荡的频率的范围通常是在1.2MHＺ到12MHＺ之间。晶体的频率越高，则系统的时钟频率就越高，单片机的运行速度也就越快。AT89C51单片机常选择振荡频率6MHＺ或12MHＺ的石英晶体，考虑到本设计所用的各种器件对时钟频率的要求及整体电路的简洁性，本设计选用的是振荡频率为6MHＺ的石英晶体。 4.1.3 复位电路 AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。常用的复位电路有四种方式：（1）上电复位电路（2）按键复位电路（3）脉冲复位电路（4）兼有上电复位与按键复位的电路。由于考虑到结构和成本等原因，在很多设计里面，复位电路通常采用上电复位和按键复位两种。根据本系统的特性，决定选用最简单的上电复位电路。 上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过10ms，就可以实现自动上电复位。当时钟频率选用6MHＺ，电容C选用22mF，电阻R选用1KW。该复位电路工作原理为：在通电瞬间，在RC电路充电过程中，RST端出现正脉冲，保证RST引脚出现10 ms以上稳定的高电平，从而使单片机复位。 4.2 温度采集电路设计 根据加热器的特性及本设计的特点，本设计的温度采集电路分为两路，其中一路是采集一个水箱热水的温度，另一路是采集另一个水箱凉水的温度，因为两路都是对加热器水箱温度的采集，因此，其元器件及电路连接是一样的。这部分电路主要器件有：温度传感器、电位器、运算放大器、电阻等。它的主要功能是把采集到的温度转换成电压，然后输入到A/D转换器转换。 温度传感器选用AD590，运算放大器用LM741。温度传感器AD590的温度检测范围在-55℃～+150℃，而且精度很高，非线性误差为±0.3℃。达到本设计温度检测范围为0℃～95℃，精度±1℃的设计要求。LM741是单片高性能内补偿运算放大器，具有较宽的共模电压范围，它的特性是：不需外部频率补偿 、具有短路保护 、失调电压到零的能力 、较宽的共模和差模电压范围 、功耗低 、无阻塞现象。而电位器选用阻值分别为2K和50K。其电路图如图4所示。 图4 温度采集电路 温度传感器AD590将温度信号转换成电流信号，然后经过3个由LM