单片机水温控制系统模板Word下载.docx
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温度是极为重要而又普遍的热工参数之一,在环境恶劣或温度较高等场合,为了保证生产过程正常安全地进行,提高产品的质量和数量,以及减轻工人的劳动强度、节约能源,要求对加热炉炉温进行测、显示、控制,使之达到工艺标准。
如何更快、更准确的控制所需的温度是温度控制技术的关键。
本文所设计的水温控制系统可适用于多种温控系统电路中。
它以单片机AT89C51为核心,通过4个数码管显示温度和3个按键实现人机对话,使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示,并提供指示灯用来指示系统现在所处状态,如:
温度设置、加热、停止加热等,整个系统通过三个按键来设置加热温度和控制运行模式。
关键词:
单片机数码管显示单总线DS18B20
目录
前言......................................................................3
1系统设计方案............................................................4
1.1功能要求...............................................................4
1.2设计思路...............................................................4
1.3方案论证与比较.........................................................5
1.4方案实施...............................................................5
2硬件设计部分.............................................................5
2.1硬件原理框图及原理.....................................................6
2.2单片机AT89C51介绍.....................................................6
2.3键盘电路设计..........................................................13
2.4数码管显示电路设计....................................................14
2.5温度采集电路设计......................................................15
2.6报警电路设计..........................................................19
2.7加热管控制电路设计....................................................19
3系统软件设计...........................................................20
3.1软件设计流程图.......................................................20
3.2软件程序编制.........................................................22
3.3软硬件调试说明.......................................................27
4结束语.................................................................29
致谢.....................................................................30
参考文献.................................................................31
附录.....................................................................32
前言
能及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对工件的水处理温度要求严格控制。
对于不同控制系统,其适宜的水质温度总是在一个范围。
超过这个范围,系统或许会停止运行或遭受破坏,所以我们必须能实时获取水温变化。
对于,超过适宜范围的温度能够报警。
同时,我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。
单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来,80年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展。
单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显其能。
单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。
单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合,使得单片机的应用非常广泛。
同时,单片机具有较强的管理功能。
采用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。
传统的温度采集电路相当复杂,需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量,并且这种方式不仅电路复杂,元器件个数多,而且线性度和准确度都不理想,抗干扰能力弱。
现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高,而且比传统的温度传感器有更好的线性表现,最重要的一点是使用起来方便。
1系统设计方案
1.1基本功能
(1)循环温度采集与显示;
(2)温度在当前环境温度到水沸点的范围内可自动调整,精度≤±
1℃;
(3)温度控制值在0℃到100℃范围内以1℃为步进调节,控制误差±
(4)实时温度达到温度设定值自动报警;
(5)直接通过按键操作去调整水温设定;
(6)具有可视化操作界面;
1.2设计要求
按功能要求,实际完成水温控制系统的功能。
1.3温度采集方案论证
方案一:
采用模拟集成温度传感器
由于本设计的温度测温电路,可以使用热敏电阻Pt100其感温效应,Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器,主要技术参数如下:
1、测量范围:
-200℃~+850℃;
2、允许偏差值△℃:
A级±
(0.15+0.002│t│),B级±
(0.30+0.005│t│);
3、热响应时间<
30s;
4、最小置入深度:
热电阻的最小置入深度≥200mm;
5、允通电流≤5mA。
另外,Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
铂热电阻的线性较好,在0~100摄氏度之间变化时,最大非线性偏差小于0.5摄氏度。
铂热电阻阻值与温度关系为
.
图1-1传感器放大电路
传感器电路包括传感器测量电桥和放大电路两部分,R2、R3、R4和Pt100组成传感器测量电桥,为了保证电桥输出电压信号的稳定性,电桥的输入电压通过TL431稳至2.5V。
从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。
电桥的一个桥臂采用可调电阻R3,通过调节R3可以调整输入到运放的差分电压信号大小,通常用于调整零点。
放大电路采用LM358集成运算放大器,为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差,放大电路采用两级放大,如图1-2所示,前一级约为10倍,后一级约为3倍。
温度在0~100度变化,当温度上升时,Pt100阻值变大,输入放大电路的差分信号变大,放大电路的输出电压Av对应升高。
这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
方案二采用数字单片智能温度传感器
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器特性如下DS18B20是DALLAS公司生产的一线制数字温度传感器;
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℃,被测温度用符号扩展的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可以并联到一起,CPU只需一根数据线就能与诸多DS18B20通信(如图3-2),占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
图1-2DS18B20温度采集电路
1.4方案实施
通过以上两种方案比较,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
2硬件设计部分
2.1系统原理框图及原理
数码管显示
键盘
加热管控制
单片机at89c51
报警
DS18B20
图2-1系统原理框图
框图原理介绍
系统以89c51单片机为CPU,温度传感器DS18B20读取外界温度传送给CPU,再由CPU将温度值传送给数码管显示,通过键盘可以设定上下限温度值,当及时温度小于设定值时加热管导通进行加热,高于设定温度时停止加热同时报警模块启动报警。
2.2单片机AT89C51介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
单片机内部结构图为如图2-1。
图2-2单片机内部结构图
2.2.1主要特性
(1)与MCS-51兼容
(2)4K字节可编程闪烁存储器
(3)寿命:
1000写/擦循环
(4)数据保留时间:
10年
(5)全静态工作:
0Hz-24Hz
(6)低功耗的闲置和掉电模式
(7)片内振荡器和时钟电路
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