温度控制器的设计与制作.docx
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温度控制器的设计与制作
温度控制器的设计与制作
一、功能要求
设计并制作一个温度控制器,用于自动接通或断开室内的电加热设备,从而使室内温度达到设定温度要求,并能实时显示室内温度。
当室内温度大于等于设定温度时,控制器断开电加热设备;当室内温度比设定温度小2时,控制器接通电加热设备。
控温范围:
0~51
控温精度:
≤1
二、硬件系统设计
1.硬件系统由七部分组成,即单片机及看门狗电路、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度储存电路及电源电路。
(1)单片机及看门狗电路
根据设计所需的单片机的内部资源(程序存储器的容量、数据存储器的容量及I/O口数量),选择AT89C51-24PC较合适。
为了防止程序跑飞,导致温度失控,进而引起可怕的后果,本设计加入了硬件看门狗电路IMP813L,如果它的WDI脚不处于浮空状态,在1.6秒内WDI不被触发(即没有检测到上什沿或下降沿),就说明程序已经跑飞,看门狗输出端
将输出低电平到手动复位端,使复位输出端RST发出复位信号,使单片机可靠复位,即程序重新开始执行。
(注:
如果选用AT89S51,由于其内部已具有看门狗电路,就不需外加IMP813L)
(2)温度检测电路
温度传感器采用AD590,它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源,它的工作电压为4~30V,感测的温度范围为-550C~+1500C,具有良好的线性输出,其输出电流与温度成正比,即1μA/K。
因此在00C时的输出电流为273.2μA,在1000C时输出电流为373.2μA。
温度传感器将温度的变化转变为电流信号,通过电阻后转变电压信号,经过运算放大器JRC4558运算处理,处理后得到的模拟电压信号传输给A/D转换部分。
A/D转换器选用ADC0804,它是用CMOS集成工艺制成的逐次逼近型模数转换芯片,分辨率8位,转换时间100μs,基准电压0~5V,输入模拟电压0~5V。
(3)控制输出电路
控制信号由单片机的P1.4引脚输出,经过光耦TLP521-1隔离后,经三极管C8550直接驱动继电器WJ108-1C-05VDC,如果所接的电加热设备的功率≤2KW,则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备,如果加热设备的功率>2KW,可以继电器控制接触器,由接触器直接控制加热设备。
(4)键盘电路
键盘共有四个按键,分别是S1(设置)、S2(+)、S3(-)、S4(储存)。
通过键盘来设置室内应达到的温度,键盘采用中断方式控制。
(5)显示电路
显示电路由两位E10501_AR数码管组成,由两片74LS164驱动,实现静态显示,74LS164所需的串行数据和时钟由单片机的P3.0和P3.1提供。
对于学过“串行口”知识的班级,实习时,可以采用串行口工作于方式0,即同步移位寄存器的输出方式,通过串行口输出显示数据(实时温度值或设置温度值);对于没学过“串行口”知识的班级,实习时,可以采用模拟串行口的输出方式,实现显示数据的串行输出。
(6)设置温度存储电路
为了防止设定温度在电源断电后丢失,此设计加入了储存电路,储存器选用具有I2C总线功能的AT24C01或FM24C01均可。
每次通过键盘设置的室内设定温度都通过储存器储存起来,即使是电源断电,储存器存储的设定温度也不丢失,在电源来电后,单片机自动将设定温度从储存器中读出,一方面避免了断电后的更新设置工作;另一方面也保护了控制器控制的安全性,可靠性。
(7)电源电路
电源采用了串联型集成稳压器电路,电源有两路输出,一路由L7805CV稳压输出+5V,除JRC4558、AD590外,电路的其它部分均由+5V供电;一路由MC78L12和LM79L12稳压输出±12V,给JRC4558、AD590供电。
当然这里还可以选择现成的开关型稳压电源,但它的价格相对来说要高一些。
2.硬件系统电路原理图:
3.材料表
型号
数量
对应元件序号
种类
330Ω
1
R26
电阻
470Ω
19
R1~R17、R28、R29
820Ω
2
R20、R25
1K
2
R22、R23
2K
1
R27
3K
2
R21、R24
10K
2
R18、R19
2K
2
RP3、RP4
电位器
5K
2
RP1、RP2
10P
1
C9
瓷片电容
30P
2
C17、C18
100μ/25V
4
C1、C2、C3、C4
电解电容
470μ/16V
2
C5、C6
1N4148
2
D2、D3
整流二极管
3.9V/1W
1
D1
稳定二极管
红色、φ3
2
D4、D5
发光二极管
DB107
1
ZLQ1
整流桥
KBP206
1
ZLQ2
C8550
1
Q1
三极管
12M
1
Y1
晶振
74LS164
2
U11、U12
IC
AD590
1
U9
ADC0804
1
U5
AT24C01
1
U6
AT89C51
1
U4
IMP813L
1
U7
JRC4558
1
U8
L7805CV
1
U3
LM79L12
1
U2
MC78L12
1
U1
TLP521-1
1
U10
E10501-AR
2
DS1、DS2
数码管
WJ108-1C-05VDC
1
K1
继电器
220V/8V/
2×15V/2.5W
1
T1
电源变压器
VH-2
2
CN1、CN2
连接座
三、软件系统设计
1.温控系统采用模块化程序结构,可分为四大模块:
(1)系统初始化模块:
完成变量的设定、中断入口的设定、各变量赋初值、堆栈设定、读设置温度、定时器T0工作方式及初值的设定并启动、开中断。
(2)循环模块:
完成A/D转换及温度值的换算、温度值显示、温度比较、看门狗的触发。
(3)定时器T0中断模块:
完成1秒的定时。
(4)外部中断INT1中断模块:
完成键盘对温度值的设定。
2.软件流程框图:
3.参考程序:
;----------------------------
;温度控制器源程序
;----------------------------
s1bitp1.0;s1按键控制口位
s2bitp1.1;s2按键控制口位
s3bitp1.2;s3按键控制口位
s4bitp1.3;s4按键控制口位
wdkzbitp1.4;温度控制口位
wdibitp1.5;看门狗触发端
sdabitp1.7;AT24C01的数据线
sclbitp1.6;AT24C01的时钟线
drxdbitp3.0;74LS164数据
dtxdbitp3.1;74ls164时钟
intrbitp3.2;A/D转换结束信号控制口位
szledbitp3.5;设置LED
sbzbit00h;秒标志位
swwdequ30h;十位温度的BCD码存储单元
gwwdequ31h;个位温度的BCD码存储单元
adpjequ32h;A/D转换后的平滑滤波值存储单元
szwdequ33h;设置温度值存储单元
adwzequ34h;5次A/D值的初始位置,即34h~38h
mjszequ39h;1秒记数值(50ms次数)
smjszequ3ah;3秒记数值(200ms次数)
shmjszequ3bh;10秒记数值(200ms次数)
org0000h
ljmpstart
org000bh
ljmptimezd;T0中断
org0013h
ljmptemszzd;INT1中断
org0030h
start:
clrsbz
movmjsz,#20
movsmjsz,#15
movshmjsz,#50
movsp,#60h
;--------------赋初值
;lcalldurom
movszwd,a
;--------------读设置温度
movtmod,#01h
movth0,#3ch
movtl0,#0b0h
setbtr0
;--------------定时器T0的设定及启动
setbit1
setbex1
setbet0
setbea
;--------------开中断(INT1和T0中断)
cyc:
lcalladzh
mova,adpj
lcallbcdzh
lcalldisp
lcalltembj
jnbsbz,$
clrsbz
lcallwdog
sjmpcyc
;---------------------------
;模数转换子程序名:
adzh
;入口参数:
无
;出口参数:
adpj
;---------------------------
adzh:
pushpsw
pushacc
movr1,#adwz
movr2,#5
adzh1:
movx@r0,a
jbintr,$
movxa,@r0
mov@r1,a
incr1
djnzr2,adzh1
;--------------5次A/D值完成
movr0,#adwz
movr2,#5
lcallpaix
;--------------5次A/D值排序
movr5,#00h
movr6,#00h
movr7,#3
mova,#adwz
adda,#1
movr1,a
jiafa:
mova,@r1
adda,r5
movr5,a
mova,r6
addca,#0
movr6,a
incr1
djnzr7,jiafa
;--------------去极值后,余下的3个值求和(和在r6r5中)
chufa:
movr3,#16
movr4,#30
movr7,#0
mova,r5
adda,r5
movr5,a
mova,r6
addca,r6
movr6,a
mova,r5
adda,#15
movr5,a
mova,r6
addca,#0
movr6,a
;--------------为"四舍五入"作准备即和值乘以2加上15除以30
chufa1:
clrc
mova,r5
rlca
movr5,a
mova,r6
rlca
movr6,a
mova,r7
rlca
subba,r4
jncchufa2
adda,r4
sjmpchufa3
chufa2:
incr5
chufa3:
movr7,a
djnzr3,chufa1
movadpj,r5
;-------------完成温度平均值
popacc
poppsw
ret
;--------------------------------
;排序子程序名:
paix(从大到小)
;入口参数:
R0指向数据存储区的首地址,R2存放数据长度
;--------------------------------
paix:
pushpsw
pushacc
paix0:
mova,
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