單片機水溫控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）系（院）物理與電子工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程論文題目水溫控制系統(tǒng)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師班級2008級電信2班學(xué)號28完成日期：2012年04月05日水溫控制系統(tǒng)設(shè)計【摘要】該水溫控制系統(tǒng)采用單片機進行溫度實時采集與控制。溫度信號由“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20提供，DS18B20在30～+85°C范圍內(nèi),固有測溫分辨率為0.5℃。水溫實時控制采用繼電器控制電熱絲進行升溫控制。系統(tǒng)具備較高的測量精度和控制精度，能完成升溫和降溫控制。關(guān)鍵字：STC89C52　DS18B20　水溫控制1前言一些價格比較昂貴和具有極大觀賞性的魚出現(xiàn)在

2、大家的眼球，比如蝴蝶魚，銀龍魚，但是它們對于水溫的要求比較苛刻，因此飼養(yǎng)這種魚類需要對溫度進行嚴(yán)格的控制，使其有一個正常的生活環(huán)境。2總體設(shè)計方案2．1設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1L凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。2．2方案選擇28根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊分可以劃分為：溫度測量模塊，顯示電路模塊，加熱模塊，控制模塊。2．2．1控制器模塊部分根據(jù)題目要求，控制器主要用于對溫度測量信號的接受和處理、控制電熱絲和風(fēng)扇使控制對象滿足設(shè)計要求、控制顯示電路對溫度

3、值實時顯示以及控制鍵盤實現(xiàn)對溫度值的設(shè)定等。對控制器的選擇有以下三種方案：方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)控制器。FPGA功能強大，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的I/O口方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)控制核心。由溫度傳感器送來的溫度信號，經(jīng)FPGA程序?qū)ζ溥M行處理，控制加熱裝置動作。但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且其成本偏高，引腳較多，硬件電路布線復(fù)雜

4、。Output顯示電路加熱裝置測溫部分鍵盤輸入控制部分Input圖2.2.1系統(tǒng)基本模塊方框圖方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)控制器。FPGA功能強大，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的I/O口方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)控制核心。由溫度傳感器送來的溫度信號，經(jīng)FPGA程序?qū)ζ溥M行處理，控制加熱裝置動作。但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且其成本偏高，引腳較

5、多，硬件電路布線復(fù)雜。方案二：采用模擬運算放大器組成PID控制系統(tǒng)。對于水溫控制是足夠的。但要附加顯示、溫度設(shè)定等功能，要附加許多電路，稍顯麻煩。方案三：采用ATMEL公司的STC89C52作為系統(tǒng)控制器。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大28，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點?；谝陨戏治鰯M訂方案二，由AT89C52作為控制核心，對溫度采集和實時顯示以及加熱裝置進行控制。2．2．2加熱裝置有效功率控制模塊部分根據(jù)題目，可以使用電熱爐進行加熱，控制電熱爐的功率即可以控制加熱的速度。當(dāng)水溫過高時，

6、關(guān)掉電熱爐進行降溫處理，讓其自然冷卻。在制作中，我們裝設(shè)一個小電風(fēng)扇，當(dāng)水溫超高時關(guān)閉電爐開啟風(fēng)扇散熱，當(dāng)需要加熱時開啟電爐關(guān)閉風(fēng)扇。由于加熱的功率較大，考慮到簡化電路的設(shè)計，我們直接采用220V電源。對加熱裝置控制模塊有以下兩種方案：方案一：采用可控硅來控制加熱器有效功率。可控硅是一種半控器件，應(yīng)用于交流電的功率控制有兩種形式：控制導(dǎo)通的交流周期數(shù)達到控制功率的目的；控制導(dǎo)通角的方式控制交流功率。由交流過零檢測電路輸出方波經(jīng)適當(dāng)延時控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，延時時間即移相偏移量由溫度誤差計算得到?？梢詫崿F(xiàn)對交流電單個周期有效值周期性控制，保證系統(tǒng)的動態(tài)

7、性能指標(biāo)。該方案電路稍復(fù)雜，需使用光耦合驅(qū)動芯片以及變壓器等器件。但該方案可以實現(xiàn)功率的連續(xù)調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度快，控制精度也高。方案二：采用繼電器控制。使用繼電器可以很容易實現(xiàn)地通過較高的電壓和電流，在正常條件下，工作十分可靠。繼電器無需外加光耦，自身即可實現(xiàn)電氣隔離。這種電路無法精確實現(xiàn)電熱絲功率控制，電熱絲只能工作在最大功率或零功率，對控制精度將造成影響。但可以由多路加熱絲組成功率控制，由單片機對溫差的處理實現(xiàn)分級功率控制提高系統(tǒng)動態(tài)性能?；谝陨戏治鲆约艾F(xiàn)有器件限制選擇方案二，采用繼電器控制省去光耦和交流過零檢測電路，在軟件上選用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ?/p>

8、同樣可以達到較好的效果。2．2．3溫度采集模塊部分題目要求溫度靜態(tài)誤差小于等于0.2℃，溫度信