基于单片机的水温控制系统毕业设计Word下载.docx
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采用数字可编程温度传感器作为温度检测元件。
数字可编程温度传感器可以直接读出被测温度值。
不需要将温度传感器的输出信号接到A/D转换器上,减少了系统的硬件电路的成本和整个系统的体积同时具有极强的抗干扰纠错能力;
负压特性:
电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作[6]。
由于采用的是具有一总线特点的温度传感器,所以电路连接简单;
而且该传感器拥有强大的通信协议,同过几个简单的操作就可以实现传感器与单片机的交互,包括复位传感器、对传感器读写数据、对传感器写命令[6]。
软件、硬件易于调试,制作成本较低。
也使得系统所测结果精度大大提高。
通过以上二种方案的论证和比较,从设计的实用性、方便性和成本等诸多方面考虑,最终选择了以DS18B20为温度测量和传输元件的设计,这样设计在本次毕业设计中能够在经费有限的情况下,进行最优的实现方法。
具体方案:
采用AT89S52作为整个电路的核心控制器件,用DS18B20传感器采集温度信息。
当采集到温度信息时,通过一系列处理后从单片机输出来实现声光报警及温度控制。
总体框图如下图2-1,本设计方案的优点是结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉并且智能化。
图2-1总体框图
第3章主要元器件介绍
3.1AT89S52单片机
AT89S52为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。
AT89S52主要功能列举如下:
1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash
2、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)
3、内部程序存储器(ROM)为8KB
4、内部数据存储器(RAM)为256字节
5、32个可编程I/O口线
6、8个中断向量源
7、三个16位定时器/计数器
8、三级加密程序存储器
9、全双工UART串行通道
AT89S52各引脚功能介绍:
图3-1AT89S52引脚图
VCC:
AT89S52电源正端输入,接+5V。
VSS:
电源地端。
XTAL1:
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2:
系统时钟的反相放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。
RESET:
AT89S52的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA:
"
EA"
为英文"
ExternalAccess"
的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。
因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。
如果是使用8751内部程序空间时,此引脚要接成高电平。
ALE/PROG:
ALE是英文"
AddressLatchEnable"
的缩写,表示地址锁存器启用信号。
AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中,因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。
平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
PSEN:
此为"
ProgramStoreEnable"
的缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,通常这支脚是接到EPROM的OE脚。
AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。
PORT0(P0.0~P0.7):
端口0是一个8位宽的开路汲极(OpenDrain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。
其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0~A7)及数据总线(D0~D7)。
设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0~A7,再配合端口2所送出的A8~A15合成一完整的16位地址总线,而定址到64K的外部存储器空间。
PORT2(P2.0~P2.7):
端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。
P2除了当做一般I/O端口使用外,若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8~A15,这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
PORT1(P1.0~P1.7):
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。
如果是使用8052或是8032的话,P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发脚位。
PORT3(P3.0~P3.7):
端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下:
P3.0:
RXD,串行通信输入。
P3.1:
TXD,串行通信输出。
P3.2:
INT0,外部中断0输入。
P3.3:
INT1,外部中断1输入。
P3.4:
T0,计时计数器0输入。
P3.5:
T1,计时计数器1输入。
P3.6:
WR,外部数据存储器的写入信号。
P3.7:
RD,外部数据存储器的读取信号。
3.2数字化温度传感器DS18B20
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;
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3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路[7]。
以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。
2DS18B20的内部结构:
DS18B20内部结构如图3-2所示,主要由4部分组成:
64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器[8]。
图3-2DS18B20内部结构图
DS18B20的管脚排列如图3-3所示,DQ为数字信号输入/输出端;
GND为电源地;
VDD为外接供电电源输入端
图3-3DS18B20管脚排列图
3.3固态继电器
固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关,在开关过程中无机械接触部件,因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外,还具有逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,安装位置无限制,具有良好的防潮防霉防腐蚀性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳,输入功率小,灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好,噪声低和工作频率高等特点[9]。
固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护,过载保护和过热保护功能,与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块,直接用于控制系统中。
固态继电器由三部分组成:
输入电路,隔离(耦合)和输出电路。
1、输入电路
按输入电压的不同类别,输入电路可分为直流输入电路,交流输入电路和交直流输入电路三种。
有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容,正负逻辑控制和反相等功能,可以方便的与TTL,MOS逻辑电路连接。
对于控制电压固定的控制信号,采用阻性输入电路。
控制电流保证在大于5mA。
对于大的变化范围的控制信号(如3~32V)则采用恒流电路,保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA可靠工作。
2、隔离(耦合)
固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种:
光电耦合通常使用光电二极管—光电三极管,光电二极管—双向光控可控硅,光伏电池,实现控制侧与负载侧隔离控制;
高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级,经检波整流,逻辑电路处理形成驱动信号。
3、输出电路
SSR的功率开关直接接入电源与负载端,实现对负载电源的通断切换。
主要使用有大功率晶体三极管(开关管-Transistor),单向可控硅(Thyristor或SCR),双向可控硅(Triac),功率场效应管(MOSFET),绝缘栅型双极晶体管(IGBT)。
固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路,交流输出电路和交直流输出电路等形式。
按负载类型,可分为直流固态继电器和交流固态继电器。
直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管,交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅。
而交流固态继电器又可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。
交流固态继电器,按导通与关断的时机,可分为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器。
图3-4固态继电器
第4章硬件设计
4.1硬件总体模块
温度检测模块:
由DS18B20采集温度信息,是实现温度控制的基本条件。
温度显示模块(LED数码显示):
利用四位数码管显示当前温度。
声光报警模块:
来具体展现所采集到的温度的信息,通过蜂鸣器是否响和LED灯是否亮来体现。
按键模块:
通过人为操作来控制温度的控制功能。
继电器模块:
实现对当前环境温度的控制。
时钟模块:
产生时钟信号。
4.2时钟电路设计
时钟电路是用来产生AT89S52单片机工作时所必须的时钟信号,AT89S52本身就是一个复杂的同步时序电路,为保证工作方式的实现,AT89S52在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作,时钟的频率影响单片机的速度和稳定性[10]。
通常时钟由于两种形式:
内部时钟和外部时钟。
我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。
AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2,它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容,
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- 基于 单片机 水温 控制系统 毕业设计