智能饮水机控制系统-毕业设计

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1、智能饮水机控制系统学生：XXX指导教师：XXX内容摘要：该系统设计综合电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。设计方案中，主要采用AD590和光敏三极管作为检测单元，并运用了 MC14433、74LS160 等集成器件。整个设计系统实现两个功能，即测温数显和加热次数自动控制，包括检测、 A/D转换（计数）、译码选通、继电器控制等电路模块单元。与传统的饮水机相比，由 于采用了自动检测和控制的电子设计技术，可较好地实现对水温和水质的测量和控制， 具有较广泛的应用前景。关键词：检测单元 温度传感器AD590自动控制 继电器Intelligent water machine control

2、systemAbstract：The system of design integrated electronic technology theory,fromthe actual conditions of life, improving the function of the drinking fountains.The Design projec t with the main use ofAD590 and pho tot ransis tor as a test unithas still used theMC14433, 74LS160, such as integrated de

3、vice. The whole design system tries to achieve two functions, namely, digital temperature measurement and automatic control of the number of heating, including detection, A / D conver ter (Cou nt), decoding s trobe, relay co nt rol such circu it modules. Compared with the traditional drinking founta

4、ins, the use of automatic detection andcontrol of electronic design technology, can better achieve the righttemperature and water quality measurement and control, with a wider range of applications.Keywords： Detection Unit Temperature Sensor AD590 Automatic Control Rela前言11 总体设计方案 21.1 设计方案一 21.1.1

5、方案一方框图 21.1.2 方案论证21.2 设计方案二 31.2.1 方案二方框图31.2.2 方案论证31.3 方案比较与选择32 单元模块设计 42.1 直流稳压源电路42.2 温度检测电路52.3 A/D转换及显示电路62.4 光敏检测及计数电路72.4.1 光敏三极管感应电路72.4.2 计数及继电器控制电路83 特殊器件介绍 93.1双积分型A/D转换器MC1443393.2温度传感器AD590113.3 电磁继电器 123.4 计数器 74LS161134 系统调试145 系统功能、指标参数156 结束语15参考文献 17智能饮水机控制系统前言饮水机存在于现代每个家庭生活中，但是

6、目前大部分的饮水机功能仅限于烧水功 能，对现代人来说，功能还是不完善或者说存在一定的缺陷，比如对水温没有显示装置， 对加热次数没有合理控制等，这些都与对健康水质的追求相矛盾。为了解决以上问题，我结合所学电子设计理论知识，设计了本套智能饮水机控制系 统。该系统结合了电子线路设计、数字电子技术、Protel仿真设计软件等相关知识，考 虑现实需要来完成的。主要实现的功能为对饮水机加热后的水温测量及其 3 位半的数字 显示和对饮用水加热次数进行自动控制的功能。功能一可以通过热敏电阻，经过一些电 路变换（电桥电路），感应出特定电压信号，经过A/D转换电路变成相应的温度，直接3 位半显示器来实现显示；也可

7、以通过集成温度传感器比如AD590，将感应电流接入特定 的 A/D 转换电路，最后译码实现温度数显功能。功能二的实现为利用饮水机加热信号灯 会的亮灭状态，我们想利用这个特点和一个光敏器件结合，这样就可以产生脉冲信号， 输入到计数器，根据设定的数值，让相应的计数器管脚作为输出， 再利用输出的这个 脉冲切断主电路（用到特定的继电器）；也可以利用饮水机内部加热电路的断开状态来 通过脉冲感应出加热次数，再利用脉冲实现控制。方案二的设计模块中检测电路、AD转换电路、控制显示电路，主要是检测电路对整 个功能实现影响较大，且A/D转换电路需要放大电路的作用，导致整体误差的扩大，而 控制显示电路采用了单片机设

8、计，不容易实现微型化。最后对两种方案进行 protel99se 软件的仿真测试。通过验证比较，方案一电路稳定，显示准确，决定选取方案一作为最终的设计方案。1 总体设计方案1.1 设计方案一1.1.1 方案一方框图图 1.1.1-1 方案一方框图1.1.2 方案论证该方案的设计流程方框图如上所示，分两块功能电路。功能一电路采用AD590作为 温度检测电路来检测温度，将传感器的电流信号（需转换成电压信号）输入到AD转换 器中，经译码电路和选通电路最终实现3位半LED的数显；功能二电路采用光感应器件（光敏三极管），将感应脉冲送至 74LS160 计数器，计数器设定了一定的计数次数，当 达到此次数时，

9、发出一脉冲送至相应控制电路中，进而控制继电器工作，实现切断加热 电路。本方案运用温度传感器AD590和光感应器光敏三极管件作为检测感应器件，其中 AD590的输出是电流，在输入到AD转换器中需要先转换成电压信号。该方案整体上易 于实现，采用了很多集成器件，使得整体电路结构完整、清晰，各功能结构简单。1.2 设计方案二1.2.1 方案二方框图图 1.2.1-1 方案二方框图1.2.2 方案论证该方案的设计电路流程图如上面所示，对比方案一，该方案设计检测电路由光敏电 阻组成的电桥电路和感应脉冲电路组成，实现原理也较为简单，结构简洁，但功能一电 路误差较大，增加整形放大电路的情况下，扩大了误差范围，

10、同时也不适用饮水机环境； 功能二区别一方案一在于检测电路采用了饮水机内部加热电路的开关状态原理，感应出 电路脉冲，从而实现对加热次数的显示与控制。1.3 方案比较与选择两种方案比较，在功能一方面，方案一运用了 AD590 温度传感器作为检测电路器件， 方案二运用热敏电阻构成的电桥电路作为检测电路，虽然两种方案均能实现温度的数显 和控制，但方案二电路检测误差较大，且一定程度上不适用于饮水机系统中。而方案一 采用AD590的集成温度传感器作为热检测电路，这种检测方法灵敏度高，线性度好，适 用测温范围较饮水机系统合适。功能二方面，方案一采用光感应器件光敏三极管作为脉 冲计数来源，且存在一定的误差，方

11、案二采用内部加热电路的开关状态作为脉冲来源， 稳定性较好，不易受外界影响，但是实现不方便。方案二的设计模块中检测电路、AD转换电路、控制显示电路，主要是检测电路对整 个功能实现影响较大，且A/D转换电路需要放大电路的作用，导致整体误差的扩大，而 控制显示电路采用了单片机设计，不容易实现微型化。最后对两种方案进行protel99se 软件的仿真测试，通过验证比较，方案一电路稳定，显示准确，决定选取方案一作为最 终的设计方案。2 单元模块设计2.1 直流稳压源电路该直流稳压源电路实现是+5V的电压输出，原理图如下所示:图 2.1-1 直流稳压源电路图在连接电路中，需要在变压器的副边接入保险丝FU,

12、以防电路短路损坏变压器或 其它器件，其额定电流要略大于Iomax，选FU的熔断电流为1A。整个电源电路结构形 式为220V电压经过变压器输入桥式整流电路中，而后经几个极性电容滤波接入到可调 式三端稳压器CW317输入端，稳压器内部含有过流、过热保护电路。R1和RP1组成电压 输出调节电路，输出电压Vo1.25(l+RPl/Rl)(2.1)由于设计要求+5V,根据上面公式计算参数得到：RP1/R1=3,取R1=24O,RP1为4.7K Q的滑动变阻器。电容C2与RP1并联组成滤波电路，以减少输出的纹波电压，二极管 VD 的作用是防止输出端与地短路,损坏稳压器,起到保护稳压管的作用。相关主要元器

13、件选择及数量下表 2.1-1 。表 2.1-1 主要元器件选择及数量表编号名称规格数量CW317可调式稳压器1.2V37V/1.5AFU保险丝1A (Iomax)1Cl、C2极性电容2200Uf/25V2D5二极管IN414812.2 温度检测电路在饮水机系统温度检测电路中，运用AD590温度传感器构成TV变换电路，如下图2.2-1 所示：R312vOQ100k30KIN MCI 403 OUTAD590图 2.2-1 温度检测电路图如图所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如 下：在0C时调整R2,使输出VO=0，然后在100C时调整R4使VO=100mV。

14、如此反复调 整多次，直至0C时，V0=0mV，100C时VO=lOOmV为止。最后在饮水机水温下进行校验,例如，若水温为25C，那么V应为25mV。冰水混合物是0C环境，沸水为100C环境。 要使电路中的输出为200mV/C，可通过增大反馈电阻（图中反馈电阻由R3与电位器R4 串联而成）来实现。MC1403是高精度集成稳压器，可以提供输出可调的基准电压。本模块电路中用到的是电流型AD590,采用集成运算放大器LF355构成的电路实现 电压的输出，同时增加了电路的精度和可靠性。温度检测电路中用到的主要电子器件和 数量如表2.2-1 。表2.2 1检测电路中的主要电子器件及数量表编号名称规格数量A

15、D590温度传感器-55C 150C1LF355运算放大器K(200V/Mv)1R2、R4滑动变阻器2K、 100K2MC1403基准电压源-30.5-17.5V12.3 A/D转换及显示电路采用MC14433、CD4511、MC1413等集成器件，电路连接图如图2.3-1所示:图2.3-1 A/D转换及显示电路图如图2.3-1所示的电路为3位半温度显示电路，其中，MC14433为集成电路驱动器,它含有7个反向驱动单元，各单元采用达林顿晶体管电路。因为MC14433的DS1DS4为 高电平有效，经MC1413反相后，正好与4只共阴极LED的千位、百位、十位及个位的 阴极有效相连。当MC14433在每次A/D转换结束时，EOC端输出一个脉宽为Tcp/2的正脉冲，该正 脉冲过后，就在DS1DS4端依次输出脉宽为18Tcp的位选通正脉冲，其中，Tcp为时钟 脉冲周期。当DS1输出正脉冲时，Q3、Q2和Q0输出的最高位数据0或1用来表示超量 程、欠量程和极性标志等等。当Q3=1时，最高位显示0表示欠量程，Q3=0时最高位显 示1表示超量程