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1、 烟 台 南 山 学 院 毕毕 业业 论论 文文 题目 智能水温监控系统的设计智能水温监控系统的设计 姓 名：_ 马振宇 _ 所在学院：_ 自动化工程学院 所学专业：_电气工程及其自动化 _ 班 级 _ 电气工程 2 班_ 学 号 _200803104546 指导教师：_ 王选诚 _ 完成时间：_2012.3.19_ 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书 论文题目智能监控水温控制系统的设计 院部自动化工程学院专业电气工程及其自动化班级 电气工程 2 班 毕业论文（设计）的要求： 基于 MCS-51 单片机控制的水温智能控制系统，重点要阐述系统硬件的构成，各部分的主要作用 及系统软件的设
2、计过程。设计方案的核心部件是 80C51，通过硬件及软件的合理设计，使系统能满足 控制模型中不同阶段的要求。 毕业论文（设计）的内容与技术参数 用单片机控制水的温度，水温在一定范围内又人工设定，并能在水温改变时，实现自动调整，以 保持设定的温度基本不变。 技术参数： 1：采用适当的控制方法，当设定温度突变（由 40提高到 90）时，减小系统的调节时间和超 调量，最小区分度：1； 2：温度控制静态误差：小于等于 1； 3：两位共阳极 LED 数码管显示，显示温度范围：3599。 毕业论文（设计）工作计划（以周为单位） ； 第 1,2 周：课题调研、查询资料 第 3,4 周：开题，方案讨论，提交开
3、题报告 第 5-8 周：制作，数码显示电路，串行部分电路 第 9,10 周：调试任务、中期检查 第 10-12 周：调试程序、测试改进 第 13 周：写出总论文、答辩 接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 学 生 马振宇 (签名) 年 月 日 指 导 教 师 (签名) 年 月 日 院长 (主任 ) (签名) 年 月 日 I 摘 要 在工业生产过程中，人们需要对各类加热炉中的温度进行检测和控制。我 设计的水温控制系统选取的设施为单片机，因为单片机具有低功耗，高性能， 可靠性好，易于产品化等特点，因此采用单片机对温度进行控制步进控制方便， 简单和灵活，而且可以提高被控制温度的技术指标
4、，从而能够大大提高产品的 质量。 本论文介绍“水温智能控制系统”的设计。单片机温度控制作为控制系统 中的一个典型试验设计，综合运用了微机原理，自动控制原理等诸多方面的知 识。设计过程中，首先进行硬件的设计，其次进行软件设计和综合调试，最终 使得此系统实现水温的恒温控制智能化。 关键词关键词：MCS-51 单片机 水温控制 数据采集 温度传感器 II Abstract In the process of industrial production, people need to all kinds of heating furnace temperature detection and cont
5、rol. I design the temperature control system of selection of facilities for the SCM, because single chip microcomputer with low power consumption, high performance, good reliability, easy production characteristics, therefore the use of single-chip microcomputer to control temperature step convenien
6、t control, simple and flexible, and can improve the control temperature of the technical indicators, which can greatly improve the quality of the products. In this paper,“ design of the intelligent water temperature control system .“. Temperature controlled by single chip microcomputer as the contro
7、l system in a typical experimental design, the integrated use of the principle of microcomputer, automatic control principle and so on many aspects of knowledge. In the design process, first the hardware design, software design and the second integrated debugging, finally makes the system achieve th
8、e water temperature in the constant temperature intelligent control KeyKey WordsWords：MCS-51, water temperature controlling, date collection, temperature sensor III 目目 录录 1 1 概概 述述1 2 2 总体设计方案总体设计方案2 2.1 主要技术指标.2 2.2 系统功能划分指标分配和框图构成.2 3 3 单元电路设计单元电路设计3 3.1 前向通道.3 3.2 单片机基本系统.4 3.3 后向通道.5 3.4 显示通道.5
9、4 4. .软件设计软件设计7 4.1 总体方案.7 4.2 程序流程.7 4.3 模块说明.7 5 5 制制 作作9 硬件电路的布线与焊接9 6.6. 硬件调试硬件调试10 6.1 单片机基本系统调试.10 6.2 前向通道调试.10 6.3 后向通道调试.10 7 7 程序调试程序调试12 7.1 转换程序仿真.12 7.2 输出程序仿真.12 7.3 显示程序仿真.13 结结 论论15 致致 谢谢16 参考文献参考文献17 附录附录 1 1.18 附录附录 2 2.20 1 1 1 概概 述述 本设计基本思路是:设定一定范围的水温,并能在环境温度降低时实现自动 调整,以保持设定的温度基本
10、不变。 该系统采用一片 80C51 为控制器,前向通道为温度采集,D/A 转换,后向通道为温 度控制通道,并由 LED 构成显示通道。首先温度传感器将温度的变化转换成对应 的电信号的变化,即将温度转换成电压并进行放大,然后进行 A/D 转换，此转换 将模拟电压转化成为二进制数字电压信号,传送到 80C51 芯片，通过程序实现与 设定的温度范围比较判断，根据比较结果进行温度控制,以保持恒定的水温,同 时用数码管将实测温度显示出来。本设计控制电路执行部件由一个发光二极 3 管来进行模拟显示，系统设定温度为 40C90C（可根据实际需要设定） 。当 温度低于 40C 或高于 90C，发光二极管发亮代
11、表控制电路开始工作。 2 2 2 总体设计方案总体设计方案 方案 1：全硬件设计。基本思想是利用热敏电阻感知温度,信号转化及放大 电路使温度信号转化成电压信号,分压电路提供参考电压,运放 LM324 构成电压 比较器,反相输入参考电压,正相输入信号电压(随温度改变的电压),当信号电压 超过参考电压时,电压比较器输出电平发生跳变,从而给控制电路一个信号，控 制电路根据收到的信号决定是否工作,以保持恒定的温度。 4 方案 2：软硬件结合。基本思想是根据设计思路编程，设定所需要的温度范 围，利用硬件电路将温度转换成数字信号，传送给单片机，由单片机进行实测 温度与设定温度的比较，将比较结果传送到控制电
12、路，控制电路根据收到的信 号决定是否工作,以保持恒定的温度。由于温度范围写入单片机内部，并且由软 件来决定控制电路工作与否，在一定程度上可以大大减少误差，在操作上也比 较方便。 本设计是一个典型的检测、控制型应用系统，要求系统完成从水温检测、 信号处理、输入运算到输出控制和显示以实现水温控制的全过程，因此，应以 单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足控制应用类型的 功能需要。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的 5 人机界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能也在常规数字逻辑电路中往 往是难以实现或无法完成的，所以本设计将采用方案二。 2.12.1 主要技术
13、指标主要技术指标 温度设定范围为：40C90C，最小区分度：1C； 温度控制静态误差：小于等于 1C； 两位共阳极 LED 数码管显示，显示温度范围：35C99C。 2.22.2 系统功能划分指标分配和框图构成系统功能划分指标分配和框图构成 根据系统功能和设计要求,为了简化系统硬件、降低硬件成本、提高系统灵 活性和可靠性，有关温度运算、数码管显示及大部分控制过程都可用软件来完 成，硬件的主要功能是温度的检测及输出信号的控制和温度的显示。系统总体 设计方案方框图如图 1 所示。 图 2-1 水温控制系统总体框图 传感器 单片机 基本系 统 LED 显示 信号 放大 A/D 电炉功率放大 3 3
14、3 单元电路设计单元电路设计 3.13.1 前向通道前向通道 前向通道是信息采集的通道,主要包括传感器检测、信号放大、A/D 转换等 电路。由于水温变化是一个相对缓慢的过程,因此前向通道中没有使用采样保持 电路。按设计要求,水温控制静态误差1C,水温设定范围为 40C90C,而对 水温的检测范围应适当大于此范围,设为 35C99C,则系统控制的总误差应不 大于 1/(99-35)100%=1.56%,分配到前向通道的信号采集总误差应不大于系统 总误差的 1/2,即精度应为 0.78%,可以采用 8 位 A/D 转换器实现。如图 2 所示。 6 123456 A B C D 654321 D C
15、 B A Title NumberRevisionSize B Date:1-Jun-2006 Sheet of File:D:BACKUP32.DDBDrawn By: VccREF 20 Vin(-) 7 lsbDB0 18 DB1 17 Vin(+) 6 DB2 16 DB3 15 DB4 14 A-GND 8 DB5 13 DB6 12 msbDB7 11 Vref/2 9 INTR 5 CLK-R 19 CS 1 RD 2 CLK-IN 4 WR 3 U1 D1 D2 RI R2 30K 10K 150pF 10uF GNDGND GND +15V -15V GND + - AD59
16、0 -15V VR2 VR1 20K 1 2 3 AD581 +15 GND 3 2 6 1 8 74 OP-07 +2.5V P0 P3.5 P2.0 P3.7 P3.6 +5V 图 2-2 系统前向通道 在图 2 中，水温经温度传感器 AD590 和信号放大器 OP-07 产生 0-5V 的模拟 电压信号送入 ADC0804 的输入端，ADC0804 将模拟量转换为数字量，通过系统 总线送入单片机进行运算处理，前向通道设计包含以下几个方面： (a)传感器选择 温度传感器的种类较多。热电偶由于热电势较小，因而灵敏度较低；热敏 电阻由于非线性而影响其精度；铂电阻温度传感器由于成本高，在一般小系统 中很少使用。AD590 是美国 Analog Devices
