基于單片機(jī)的水溫控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(終稿)

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1、1水溫自動控制系統(tǒng)概述12設(shè)計(jì)任務(wù)與要求12.1設(shè)計(jì)任務(wù)12.2設(shè)計(jì)要求13系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理24方案論證24?1總體方案論證與比較24.2各部分電路方案論證35硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算45.1溫度采樣和轉(zhuǎn)換電路45.2溫度控制電路65.3單片機(jī)控制部分65.4鍵盤及數(shù)字顯示部分76參考文獻(xiàn)8水溫自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1水溫自動控制系統(tǒng)概述溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在H常生活中都起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應(yīng)有的作用，從而造成水資源的巨大浪費(fèi)。特別是在當(dāng)前全球水資源極度缺乏的情況下，我們更應(yīng)該掌握好對水溫的控制，把身邊的水資

2、源好好地利用起來。在現(xiàn)代冶金、石油、化工及電力生產(chǎn)過程中，溫度是極為重耍而又普遍的熱工參數(shù)之一。在環(huán)境惡劣或溫度較高等場合下，為了保證生產(chǎn)過程止常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對加熱爐爐溫進(jìn)行測、顯示、控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的爐溫控制系統(tǒng)，可以同時采集多個數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過通訊口送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制。那么無論是哪種控制，我們都希望水溫控制系統(tǒng)能夠有很高的精確度（起碼是在滿足我們要求的范圍內(nèi)），幫助我們實(shí)現(xiàn)我們想要的控制，解決身邊的問題。在計(jì)算機(jī)沒有發(fā)明之前，這些控制都是我們難以想象的

3、。而當(dāng)今，隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，而且計(jì)算機(jī)和傳感器的價格也H益降低，可靠性逐步提高，用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水溫控制并提高控制的精確度不僅是可以達(dá)到的而且是容易實(shí)現(xiàn)的。用高新技術(shù)來解決工業(yè)生產(chǎn)問題，排除生活用水問題實(shí)施對水溫的控制已成為我們電子行業(yè)的任務(wù)，以此來加強(qiáng)工業(yè)化建設(shè)，提高人民的生活水平。2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個能對水溫進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。2.2設(shè)計(jì)要求（1）通過設(shè)計(jì)，能獨(dú)立地查找資料，廣泛閱讀有關(guān)參考文獻(xiàn)；（2）設(shè)計(jì)并制作一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水，容器為扼瓷器皿。水溫可以在

4、一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實(shí)現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變；（3）溫度設(shè)定范圍為35?85°C,最小區(qū)分度為1°C,標(biāo)定溫度W1°C,環(huán)境溫度降低時（例如用電風(fēng)扇降溫）溫度控制的靜態(tài)誤差W1°C；（4）軟件調(diào)試：要求操作方便，調(diào)試成功并且可靠性高。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理傳感器信號放大―?A/D電爐功率放大鍵盤單片機(jī)基本系統(tǒng)鍵盤顯不微型打印機(jī)圖2-1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖該水溫控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)、前向通道（溫度采樣轉(zhuǎn)換電路）、后向通道（溫度控制電路）、鍵盤顯示電路等四部分組成，其總體設(shè)計(jì)框圖如上圖所示。4方案論證

5、4.1總體方案論證與比較本題目是設(shè)計(jì)制作一個水溫控制系統(tǒng)，對象為一升凈水，加熱器為1KW的電爐。要求能在35°C-95°C范圍內(nèi)設(shè)定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及十進(jìn)制數(shù)碼管顯示等功能。根據(jù)題目的要求，我們提出了以下的兩種方案：方案1：此方案是采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比較電路將反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用數(shù)碼顯示和鍵盤設(shè)定。方案2：采用單片機(jī)AT89C51為核心。采用

6、了溫度傳感器AD590采集溫度變化信號，A/D采樣芯片ADC0804將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并通過單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。比較上述兩種方案，方案2明顯的改善了方案1的不足及缺點(diǎn)，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)電路采用方案2。4.2各部分電路方案論證本電路以單片機(jī)為基礎(chǔ)核心，系統(tǒng)由前向通道模塊、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤顯示摸塊等四大模塊組成。現(xiàn)將各部分主要元件及電路做以下的論證：(

7、1)溫度采樣部分方案1：采用熱敏電阻，可滿足35°C-95°C的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對于檢測精度小于1°C的溫度信號是不適用的。方案2：采用溫度傳感器AD590o：AD590具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其測量范圍在-50°C—+150°C,滿刻度范圍誤差為土0.3°C,當(dāng)電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1%時，誤差只有土o.orc,其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。此外AD590是溫度-電流傳感器，對于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助。經(jīng)上述比較，方案2明顯優(yōu)于方案1,故選用方案2。(2)鍵盤顯示部

8、分控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電路的好壞。方案1：采用可編程控制器8