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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!基于单片机的智能温度控制系统的设计摘 要该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。温度采集由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-5525固有测温分辨率为0.5 。水温实时控制采用双向可控硅BT134和光隔离器MOC3041控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。通过对基于单片机的相对温度控制器设计，加深对传感器技术及检测技术的了解，巩固对单片机知识的掌握，并系统的复习本专业所学过的知识。关键词：AT89C51 DS18B20 BT134 MOC3041 水温控制Ab
2、stract This system uses the microcontroller. an measure the relative humidity of the surrounding air automatically and accurately , and after measuring the data and changing through, send it in the processor, Then through the programming of the software, after changing the value of relative humidity
3、 of the environment at present into the decimal digit, and then in charge of the number to show; And, through software programming, in addition, corresponding control circuit (such some circuit as photoelectric coupling and relay ,etc. make up ), design the relative humidity of the present environme
4、nt of regulation that can be automatic: When the indoor air humidity is too high. Through designing the controller of relative humidity based on one-chip computer , strengthen the knowledge of the technology of the sensor and detection technique, the ones that consolidated to knowledge of the one-ch
5、ip computer were mastered, and the systematic knowledge that a speciality has been studied of review.Keyword: AT89C51 DS18B20 BT134 MOC3041 水温控制如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!目录1.系统方案选择和论证31.1任务41.2要求41.2.1基本要求41.2.2发挥部分41.3 系统基本方案41.3.1各模块电路的方案选择及论证51.3.2系统各模块的最终方案62系统硬件设计82.1温度采集部分设计82.2 矩阵键盘的设计92.3液晶显电路92.
6、4 水温升温将温控制.103系统软件设计113.1读取DS18B20温度模块子程序113.2数据处理子程序113.3键盘扫描子程序133.4主程序流程图144. 系统测试164.1 静态温度测试164.2动态温控测量164.3结果分析16附录1.参考文献18附录2.源代码19如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!1.系统方案选择和论证1.1任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。1.2要求技术指标为-40+100度控制精度为1度温度检测精度为0.5度控制对象为电炉丝加
7、热器，介质为水，LED数码直读显示1.3 系统基本方案根据题目要求系统模块分可以划分为：温度测量模块，显示电路模块，加热模块，控制模块。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。1.3.1各模块电路的方案选择及论证（1）控制器模块如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理、控制电热丝和风扇使控制对象满足设计要求、控制显示电路对温度值实时显示以及控制键盘实现对温度值的设定等。对控制器的选择有以下二种方案：方案一：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D
8、转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。（2）加热装置有效功率控制模块根据题目，可以使用电热炉进行加热，控制电热炉的功率即可以控制加热的速度。当水温过高时，关掉电热炉进行降
9、温处理，让其自然冷却。在制作中，我们装设一个小电风扇，当水温超高时关闭电炉开启风扇散热，当需要加热时开启电炉关闭风扇。由于加热的功率较大，考虑到简化电路的设计，我们直接采用220V电源。对加热装置控制模块有以下两种方案：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。可控硅是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数达到控制功率的目的；控制导通角的方式控制交流功率。由交流过零检测电路输出方波经适当延时控制双向可控硅的导通角，延时时间即移相偏移量由温度误差计算得到。可以实现对交流电单个周期有效值周期性控制，保证系统的动态性能指标。该方案
10、电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。但该方案可以实现功率的连续调节，因此响应速度快，控制精度高。方案二：采用继电器控制。使用继电器可以很容易实现地通过较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。这种电路无法精确实现电热丝功率控制，电热丝只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。通过比较，我们选择方案一。（3）温度采集模块题目要求温度静态误差小于等于0.2，温度信号为模拟信号，本设计要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。该温度采集模块有以下三种方案：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!方案一：利用热电阻传感器作
11、为感温元件，热电阻随温度变化而变化，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值相应的温度值。最常用的是铂电阻传感器，铂电阻在氧化介质中，甚至在高温的条件下其物理，化学性质不变。由铂电阻阻值的变化经小信号变送器XTR101将铂电阻随温度变化的转换为420mA线形变化电路，再将电流信号转化为电压信号，送到A/D转换器ADC0809.即将模拟信号转换为数字信号。该方案线性度优于0.01。方案二：采用温度传感器AD590K。AD590K具有较高精度和重复性，良好的非线性保证0.1的测量精度。加上软件非线性补偿可以实现高精度测量。AD590将温度转化为电流信号，因此要加相应的调理电路，将电流信号转化
12、为电压信号。送入8为A/D转换器，可以获得255级的精度，基本满足题目要求。 方案三：采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。基于以上分析和现有器件所限，温度采集模块选用方案三。DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了
13、令人满意的效果。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!（4）键盘与显示模块根据题目要求，水温要由人工设定，并能实时显示温度值。对键盘和显示模块有下面两种方案： 方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强,并可灵活的现实多种状态。方案二：采用三位LED七段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。按键采用单列3按键进行温度设定。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。根据以上论述，51单片
14、机资源丰富，根据需要，我们选用方案一。1.3.2 系统各模块的最终方案根据以上分析，结合器件和设备等因素，确定如下方案： 如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!1. 采用AT89C51单片机作为控制器，分别对温度采集、LCD显示、温度设定、加热装置功率控制。2. 温度测量模块采用数字温度传感器DS18B20。此器件经软件设置可以实现高分辨率测量。 3. 电热丝有效功率控制采用光隔离器和双向可控硅控制。4. 显示用LCD液晶显示实时温度值。系统的基本框图如图1.1所示。CPU（AT 89C51）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过89S52来处理数据。数据
15、处理后的结果就显示到数码管上。另外由键盘设定温度值送到单片机，单片机通过数据处理发出温度控制信息到继电器。OutputLED数码管继电器DS18B20键盘输入AT89C52Input1.1系统基本框图如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2系统硬件设计2.1温度采集部分设计本系统采用半导体温度传感器作为敏感元件。传感器我们采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，DQ接上拉电阻，与单片机P2.6口相连，直接与单片机通讯，大大简化了电路的复杂度。DS18B20的测温电路如图2.1所示。图2.1 DS18B20测温电路2.2 矩阵键盘的设计由于控制键位较多，方便程序设计，硬件安全可靠，我们设计44矩阵键盘，与单片机P1口相连，电路如图2.2所示。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图2.2 矩阵键盘电路2.3液晶显电路我们用单片机P0口作为1602的数据传输口，P2.0为数据命令选择端、P2.1读写、P2.2使能端。硬件电路如图2.3所示。图2.3 液晶硬件电路图如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!
