基于单片机饮水机温度控制系统的设计

1、自动水温加热器设计一测控大作业要求自动水温加热器设计加热体：交流电阻丝 500W 测温传感器：热电偶 要求：能够检测水的温度，控制水温为设定值，允许少量偏差，比如温度 45 摄氏度 设计步骤；传感器的信号输出，信号放大，滤波，电平偏移， A/D，PID 控制，显示等。二设计目标设计一个基于单片机的加热器的温度控制系统，以 AT89C51单片机为控 制核心，以传感器 AD590采集温度信号，放大后经ADC0809将模拟信号转换 为数字信号，送入单片机 AT89C51通过软件编程AT89C5何以驱动各个管 脚连接的功能模块实现各个功能，如温度采集、温度设定、显示、示警等。 该系统可以实时检测加热器

2、水箱的水温， 并且可以通过数码管显示加热器水 箱水温度数，可以通过键盘或开关选择制冷或加热，可以人为设置水的温度 的上下限，如加热，当温度在设定的范围内时正常工作，当低于水温下限时 控制加热器加热；如制冷，当温度高于水温上限时控制压缩机制冷，温度检 测范围095C，精度土 1C,当温度超过设定值时具有示警功能。 三方案总设计以单片机系统为核心的控制方案，其原理框图如图 1 所示。本方案通过 温度传感器将温度信号转换为电流信号，信号放大后，经 A/D 转换器， A/D转换器将进来的模拟信号转换成数字信号，然后送到单片机处理，并将采集 的温度值与键盘设定的温度值进行比较，根据比较的结果，单片机输出

3、相应的信号来控制外部设施，达到控制加热器加热或压缩机制冷的目的。还具有显示、报警等功能。受控对象图1方案原理框四.电路设计单片机最小系统设计本设计单片机最小系统如图2所示，由主控器AT89C51时钟电路和复 位电路三部分组成。单片机AT89C51作为核心控制器控制着整个系统的工 作,而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。XIX2RSTCl-|T20PY1 I1 硕 HG2_l T20Plk图2单片机最小系统单片机选择AT89C51单片机是ATME公司的AT89系列单片机的其中一种，该系列是 当今世界上最新型的电擦写八位单片机之一，和51系列

4、完全兼容，低电压、低电流、低功耗，价格低廉，很受用户欢迎。其管脚图如图3所示。图3 AT89C51管脚图时钟电路时钟电路用于产生 AT89C51单片机工作时所必需的时钟信号。虽然AT89C51有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件。外接晶体以及X1和X2构成并联谐振电路。晶体的振荡的频率的范围通常是在z到12MH之间。 晶体的频率越高，则系统的时钟频率就越高，单片机的运行速度也就越快。 AT89C5仲片机常选择振荡频率6MH或12MH的石英晶体，考虑到本设计所 用的各种器件对时钟频率的要求及整体电路的简洁性，本设计选用的是振荡频率为6MH的石英晶体。复位电路AT89C51的复位是由外部的复

5、位电路来实现的。常用的复位电路有四种 方式：（1）上电复位电路（2）按键复位电路（3）脉冲复位电路（4）兼有 上电复位与按键复位的电路。由于考虑到结构和成本等原因，在很多设计里 面，复位电路通常采用上电复位和按键复位两种。根据本系统的特性，决定 选用最简单的上电复位电路。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过10ms就可以实现自动上电复位。当时钟频率选用6MH，电容C选用22 F,电阻R选用1K。该复位电路工作原理为：在通电瞬间，在 RC电路 充电过程中，RST端出现正脉冲，保证RSTH脚出现10 ms以上稳定的高电平， 从而使单片机复位。温度采集电路设计根据

6、加热器的特性及本设计的特点，本设计的温度采集电路分为两路， 其中一路是采集一个水箱热水的温度，另一路是采集另一个水箱凉水的温 度，因为两路都是对加热器水箱温度的采集，因此，其元器件及电路连接 是一样的。这部分电路主要器件有：温度传感器、电位器、运算放大器、 电阻等。它的主要功能是把采集到的温度转换成电压，然后输入到A/D转换器转换。温度传感器选用 AD59Q运算放大器用LM741温度传感器AD590的温 度检测范围在-55 C+150C，而且精度很高，非线性误差为土 C。达到本 设计温度检测范围为 0C95E，精度土仁C的设计要求。LM741是单片高 性能内补偿运算放大器，具有较宽的共模电压范

7、围，它的特性是：不需外部 频率补偿、具有短路保护、失调电压到零的能力、较宽的共模和差模电压范围、功耗低、无阻塞现象。而电位器选用阻值分别为2K和50K。其电路图如图 4 所示。图 4 温度采集电路温度传感器AD590各温度信号转换成电流信号，然后经过3个由LM741、 电位器和电阻组成的转换电路 0PA1 OPA2 0PA3 OPA1主要是将AD590输 出的电流转换为电压。而 0PA2是做零位调整，最后 0PA3将电压放大。本 设计共有两路采集电路，放大后的电压也就是输出电压，它们分别是V01、%, %、VO2分别作为A/D转换器的两路模拟输入信号。A/D 转换电路设计A/D 转换部分电路的

8、功能主要是将采集部分采集来的模拟信号转换成 数字信号，然后输送到单片机进行数据处理。A/D 转换部分电路主要器件有 ADC0809、74LS02、74S74 等。 ADC0809 与AT89C51连接电路如图5所示。图 5 A/D 转换电路A/D转换器ADC0809共有八路模拟输入端，由于本设计温度采集只有两 路，因此只用到两路模拟输入端，其输入通道为IN0、IN1 。这两个通道的数据分别是温度采集电路的输出信号 V01、*2,也就是转换为电压值的加热 器两个水箱水的温度值。选择这两个通道需要通过设置 ADC0809的ADDAB、 C的值，因为它对应的是八路模拟信号，而本系统只有两路模拟信号输

9、入， 因此，只需要将低位 ADDA!到AT89C51的口，并根据口的电压是低电平或 高电平来选择要检测哪个通道，当ADDAS为0时选的是IN0通道，当ADDA 为1时选的是IN1 通道。而ADDB ADDCR需接地即可。显示电路设计 大多数的单片机应用系统，都要配置输入设备和输出设备。本系统的输 出设备是显示器，根据本系统的设计特点，采用七段LED数码管作为显示器。 而本系统设计要求温度检测范围 0C95C,精度土仁C。数码管只需显示 两位即可达到要求，因此，显示部分电路采用两个一位的LED数码管来组成显示器，没有要求显示小数点，LED数码管的dp脚悬空。本设计显示电路的 应用有两点，一是实时

10、显示加热器水箱的水温值，另一个是显示键盘设定的 温度上、下限值。其电路连接如图 6 所示。图6 显示部分电路通过一个74LS47连接7个100欧姆的电阻来驱动数码管显示。数码管 的VCc脚分别连接到两个三极管的共射极，而三极管的共基极连到一起接到 +5V电源上。共集极分别连接两个的电阻接到单片机 AT89C51的、管脚。LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中 应用非常普遍，通常使用的是七段LED这种显示器有共阳极和共阴极两种， 本设计选用的是共阳极。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起， 通常此公共阳极接正电压5V0当某个发光二极管的阴极接低电平时， 发光二

11、 极管被点亮，相应的段被显示。键盘电路设计根据本系统的设计特点及要求，键盘的功能主要是用来设置温度上下 限，因此本设计采用独立式键盘来完成这一功能要求0其电路连接如图所示0图7独立式键盘与AT89C51连接图本设计，采用四按键键盘，所以在四个 I/O 口上接四个按键组成一个四 按键的简易式键盘。各线通过电阻接 +5V,当键盘上没有键闭合时，所有的 线断开，呈高电平状态。当键盘上某一个键闭合时，该键所对应的线与连接 单片机的线短路。当S1键按1下，进入加热或制冷模式后，数码管显示为 00, 00代表温 度设置起点温度。再按下按键 S2 数码管显示值将逐步从个位数往上加，直 到想要设置的温度值，而按键 S3是步进减键，按键每下一次，个位数减 1。 S4键是确定键，通过它来确定前面所设定的数值。报警电路设计 报警电路主要是由发光二极管和蜂鸣器组成的，具有声、光报警功能的 简单电路，其电路如图 8所示。当温度超过设置的上、下限时，口输出高电 平，三极管导通，蜂鸣器工作，发出声音。口输出高电平时，发光二极管正 向导通，发光报警。图8 报警电路控制电路设计 该电路是由两个固态继电器作为控制开关，一个继电器控制加热装置， 另一个继电器控制制冷装置。为了实现输入与