水温控制系统设计Word文件下载.docx

水温控制系统设计Word文件下载.docx

《水温控制系统设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水温控制系统设计Word文件下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

27C128

0000H～3FFFH

8155

4000H～40FFH

RAM

4100H～4105H

I/O

0809

8500H

0832

8600H

显示

8000H

温度1

8100H

温度2

8200H

温度3

8300H

流量

8400H

功率

6264

0C000H～0DFFFH

4、数字逻辑电路板设计

（1）单片机的选择

本系统中使用80C31单片机。

电路板上的

引脚可利用跳线接电源，也可以接地。

因此，在此管座上可以插80C31、89C51等芯片。

（2）A/D转换电路

ADC0809与单片机的连接中对主要功能信号的处理方法是：

时钟信号：

用80C31的地址锁存允许信号ALE经4分频后获得。

80C31晶振频率为11.592MHz，ALE信号经D触发器4分频后，即可得到483KHz的时钟脉冲，满足ADC0809的时钟要求。

地址线与数据线：

0809的地址选择信号线和输出数据线均与P0口相接。

系统中P0.0～P0.2经锁存后分别与ADDA～ADDC三根线相连。

控制信号：

根据ADC0809的转换时序图，地址锁存允许信号ALE和启动转换信号START由80C31的写信号

和8500H或非获得。

读取转换结果的OE信号也由8031的

信号与8500H或非产生。

转换结果信号EOC，根据编程方式可接可不接。

若采用中断方式读取转换结果，则经反向器接入8031的

脚，否则可不接。

电路板上设有跳线。

（3）D/A转换电路

采用DAC0832作为D/A转换器件，接成电压输出型8位DAC。

根据DAC0832的内部特点，它与单片机的连接方式有三种方式：

单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。

本系统中使用方式为单缓冲方式，利用地址线8600H同时接至DAC0832的

和

引脚。

从集成运放

A741的6脚输出单极性模拟电压。

（4）并行口扩展

键盘显示接口用8155扩展。

8155芯片包含有256个字节的静态RAM和一个定时计数器。

可扩展三个I/O口，PA兼作显示位驱动和键盘列扫描，PB作显示数据线，PC作键盘行扫描。

定时计数器可作为流量脉冲计数器，RAM可作为外部数据存储用。

（5）串行口扩展

系统中使用电平转换专用电路MAX232用MAX232把80C31串行口输出的TTL电平转换为RS232标准电平，把从微机送来的RS232标准电平转换为TTL电平送给80C31。

实现与微机间的通信。

（6）存储器扩展

系统中扩展有16KBEPROM（27C128）用于存放程序和需永久保存的数据、表格等，扩展8KBRAM（6264）用于存放数据。

另外，8155内的256RAM，也可用于存放数据。

（7）译码和地址

系统中译码电路共分两级完成，第一级是用74LS139译出4组端口，供27128、8155、6264使用，第二级用74LS138完成译码，译出8个端口，供0809、0832和显示量使用。

译码地址见硬件地址规划表。

（8）开关的功能和应用

为了使PCB板适用于不同的场合，该板上共有4个跳线。

说明如下：

K1:

ADC0809转换结束ECO中断输入引脚。

若用跳线短接，则接入

。

若不接，则编程时用软件延时。

K2:

CPU选择开关。

若K2的1和2短接，此时8031的

端接地，选择片内无ROM的单片机，如8031、80C31等。

若K2的2与3短接，则选择片内有ROM的单片机，如8751、89C51等。

K3：

系统手动复位开关。

K4：

流量输入选择开关，若K4的1与2短接，则流量输入量送入80C31的T0，若K4的2与3短接，则送入8155的TIMEIN引脚。

三、输入输出接口板设计

1、温度传感器及传感电路

系统中温度变化范围为0～100℃，用PT100铂电阻作为温度传感器，其电阻的阻值R与温度的关系近似为：

R=100×

K

（K=1.385）

即温度在0～100℃变化时，电阻变化为100～138.5

要将电阻变化转变为0～5V的电压变化送给A/D转换电路。

系统中采用桥式电路，电路检测的是桥电路两桥臂的电压差，能有效抑制电源波动对电路造成的影响。

温度传感器输入电路如下图所示：

2、开关量输入/输出电路

为防止干扰，开关量输入/输出电路全部采用光耦合隔离。

3、可控硅控制电路

在系统设计过程中，自行设计了一套可控硅出发电路。

将DAC0832输出的0～5V控制电压转变为可控硅的导通角，进而控制输出功率。

四、键盘、显示板

1、键盘板

键盘由16个自定义键组成。

其中，10个定义为数字键，其余6个为功能键。

2、显示板

LED显示器用CD4511作为接口驱动器件。

其显示方式为静态显示。

五、电源板

由于电路中有模拟电路，故电源采用变压器加稳压电路的设计方案。

继电器用24V直接用整流加滤波获得。

模拟电压用±

12V电压用7812、7912稳压获得。

数字电路用5V电压由于电流较大，用7850加电流扩展MJ2955稳压获得。

六、其他问题

1、8031板的设计

这块板上全是数字电路，干扰问题还并不严重，故在板的设计过程中，应尽量使板上的元件排列整齐、美观。

在此基础上再考虑接线的正确、合理。

2、接口板的设计

由于这块板上的电路比较混杂：

既有数字电路又有模拟电路；

既有低压电路又有高压电路（220V）；

除此之外，板上还有继电器、可控硅等干扰电路，所以，在布线的时候，首先考虑到的是干扰问题，其次才是美观。

3、电源板的设计

电源板在设计的过程中并不需要考虑干扰问题，但要考虑的是电流问题，即走线宽度的问题。

4、键盘板及显示板的设计

键盘板和显示板在设计的过程中，重点是考虑板的布局和按键的定位问题。

即板的大小要和模具的大小、形状一致。

七、系统软件设计

1、软件设计要求及设计思路

（1）键盘功能

键盘要能够对系统的控制温度、工作方式等进行设定。

若采用PID算法时，还必须对采样周期T、比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td等进行设定。

在系统工作过程中还可查看设定值。

（2）通信程序的要求

在联机时，系统要能够测出的温度、流量等值转送给PC机。

以便上位机进行统计、绘制曲线。

通过键盘设定的值均可通过上位机进行设置。

（3）报警功能

当加热电路、水循环回路出现故障时，系统要能即时的报警，并显示出错信息、停机等待。

2、软件总流程图

根据软件的设计要求制定出系统总框图，如右图软件总框图所示：

3、子程序功能及内存分配

（1）子程序功能及入口、出口的确定

由于程序由多个人来编写，故子程序的入口、出口、功能及内存的使用必须约定好。

根据软件设计要求及总框图制定出子程序功能，如表2所示：

表2子程序功能表

序号

名称

标号

1

延时

D100MS

100ms软件延时

D10MS

10ms软件延时

2

A/D

ADLP

采样三路温度、采样结束后送70～72H

3

加热PID

TPID

加热PID算法（结果送23H）

4

D/A

DALP

将PID算出的数送给DAC0832进行加热控制（23H送DAC0832）

5

DISP

从70～73H取数送显示

6

测流量

TESTL

置T0值，硬件记数，CPU读数，结果送73H

7

加热报警

BELLT

蜂鸣器响，显E1，端口复位

8

流量报警

BELLW

蜂鸣器响，显E2，端口复位

9

加热正常

TGOOD

加热时水温反而下降则报警（调用BELLT）

10

水循环正常

WGOOD

上水时有无流量，若无，则调BELLW

11

12

通信

键盘

COM

KEYBROAD

向PC送数，接收PC数据、命令等

判断有无键按下，有则进行设定、显示等操作。

设定值存75H、76H、20H（若温度设定值小于室温，则重新设定）

（2）内存资源分配

内存分配包括堆栈SP初值、各标志、内存空间的确定。

具体约定如下：

→测量值

70H～72H：

温度1～3

73H：

74H：

室温

→设定值

75H：

温度

76H：

→其他用途

23H：

送0832的功率值

78H：

判断加热正常方式

79H：

加热正常1

7AH：

加热正常2

7BH：

流量正常

60～63H：

显示缓冲区

64H：

显示缓冲区地址缓存

65H：

键值暂存

→PID参数

28H：

Kc

29H：

T0

2AH：

Ti

2BH：

Td

→SP分配空间

30H～4FH（初始化为30H）

八、系统调试

1、硬件检查

电路板焊接好之后，首先要进行线路检查。

对照原理图，用万用表检查芯片每一个管脚的连接是否正确。

特别要注意电源部分是否存在短路现象。

在确保电路板没有问题之后，方可接上电源，进行下面的调试。

这一步必须细致，否则若留下隐患，则在以后的调试过程中极易烧毁芯片，造成更大的故障。

2、硬件调试

（1）电源板的调试

硬件检查完毕后，首先应调试电源板。

接上变压器及电源线后，接通电源。

用万用表检查几路电压经整流后的直流电压是否正确。

若电压没有或电压有跌落现象，应立即切断电源，检查电路是否有断路、短路现象或有无元件发热，若有，应查明原因，给予排除。

在电路电压调试正常后，还应进行长时间通电实验和带假负载实验。

（2）A/D、D/A参考电压电路的调试

先将8031板上的所有芯片从管座上拔下，仅留下ADC0809和DAC0832的参考电压电路。

将电路板与电源板连接后，用万用表测量输出电压是否正确。

若有问题，则应断电检查。

排除故障后，再进行以后的调试。

（3）输出开关量电路的调试

接上电源，对照插座接口表，给定电平信号，观察其对应的继电器是否吸合。

若有故障，则应对照原理图进行排除。

（4）温度传感电路的调试

零点调试：

用一只100

的普通精密电阻代替温度传感器。

接上电源，仔细调节调零电位器（平衡电位器），使输出电压为零。

三路温度电路都调节结束后，零点调试结束。

满点调试：

用一只精密可调电阻调到138.5

（用数字万用表调试）作为温度传感器。

接上电源，调节调满电位器（放大倍数调节电位器）直到输出电压为5V，则满点调试结束。

（5）流量、液位传感电路的调节

接上电源，将输入线接上高、低电平（模拟输入信号）。

用万用表检测输出信号的变化是否正确。

若不正确，则应检查光耦电路，排除故障。

（6）可控硅电路的调整

用+5V电压和一个电位器模拟DAC0832输出电压，调节输