智能饮水机控制系统

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1、智能饮水机控制系统率魄他+刚模拟电子技术课程考查/设计报告题目智能饮水机控制系统授课教师张秀梅姓名学号于凯201000802035韩洪刚 201000802054孙康春201000802061专业10电子信息工程 教学单位 物理系 完成时间2012430-2012630目录目录1 1摘要及关键词.2 2总体设计方.32.1设计方案一2.1.1方案一方框图.32.1.2方案论证3 2.2设计方案二2.2.1方案二方框图.32.2.2方案论证.4 2.3 方案比较与选择.4 3单元模块设.5 3.1 直流稳压源电路路路路 341光敏三极管感应电路3.4.2 计数及继电器控制电路件介绍4.1双积分型

2、A/D转换器MC144334.2温度传感器AD5904.4 计数器 74LS161调试 .5 3.2 温度检测电.6 3.3 A/D 转换及显示电7 3.4 光敏检测及计数电.8 . 8. 9 4 特殊器 10 10. 12 13 4.3 电磁继电器. .14 5 系统.15 6 系统功能、指标参数 .16 7 总结与体 会 . .16 8 参考文 献 .1711 摘要及关键词摘要饮水机存在于现代每个家庭生活中，但是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

3、决以上问题，我们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

4、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。本设计综合功能一和功能二，采用 AD590及光敏器件的设计方案实现电路。经 测试仿真，该套设计系统整体性能良好，基本实现各功能，使得普通饮水机更加智 能化、更加人性化，但也存在一定控制灵敏度和抗干扰缺陷。可以预见，智能饮水 机将来的发展前景很宽广，可以添加些更多的新功能，新技术，比如可以加入无线 和网络控制装置，实现各家电的联网控

5、制等。相信，在现代电子设计技术日新月异 的发展下，智能饮水机将会是更全面的、更丰富的控制系统。 关键词饮水机AD590传感器 直流稳压源电路 温度监控 显示电路 传感器212 总体设计方案2.1 设计方案一2.1.1 方案一方框图译码器温度传感 CC4511 A/D转换器器AD590 MC1443电3 位半 路LED显示MC1413选通电路光敏三计数器脉冲传达及 K 继电器控极管 74LS161 控制电路 制电路加热电路图 2.1.1 方案一方框图2.1.2 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 （

6、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，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。2.2 设计方案二2.2.1 方案二方框图热敏电阻整 形放 A/D 转换大 8051

7、相关 电路 电电桥定值接口电路3路 电阻3 位半数字显示电路脉冲传达内部加热计数器 K继电器控 及控制电74LS161电路感应制电路 路 脉冲加热电路图 2.2.1 方案二方框图2.2.2 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，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。 2.3 方案比 较与选择两种方案比较，在功

8、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。4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，

9、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。3单元模块设计3.1直流稳压源电路该直流稳压源电路实现是+5V的电压输出,V JHH-* 0原理图如下所示5图3.1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,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lomax，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

10、接入到可调式三端稳压器 CW317俞入端，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Vo?1.25(1+RP1/R1) (3.1)由于设计要求+5V,根据上面公式计算参数得到:RP1/R仁3,取R1=240,RP1为4.7KQ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。相关主要元器件选择及数量下表 3.1表3.1编号名称规格数量CW317可调式稳压器1.2V37V/1.5AFU 保险丝 1A(lomax) 1C1、C2 极性电容 2200Uf/25V 2D5二

11、极管IN4148 1 3.2 温度检测电路3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3.2所示：抽图3.2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0?时调整R2,使输出VO=0然后在100?时调整R4使VO=100mV如此 反复调整多次，直至0?时，VO=0mV100?时VO=100m为止。最后在饮水机水温下 进行校验，例如，若水温为25?，那么VO应为25mV冰水混合物是0?环境，沸水 为100?环境。要使电路中的输出为200mV/?,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)

12、来实现。MC1403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3.2附表3.2编号名称规格数量AD590温度传感器-55?,150? 1LF355 运算放大器 K(200V/Mv) 1R2、R4滑动变阻器2K、100K 2MC1403基准电压源-30.5-17.5V 13.3 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 3.3所示:e w图3.3 A/D转换及显示电路图如图

13、3.3所示的电路为3位半温度显示电路，其中，MC1443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DS1DS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MC1443：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DS1DS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7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

14、1表示超量程;Q2表示被测电压极性，即 Q2=1极性为正，Q2=0极性为负，这时+5V电压通过电阻Rm使“-”号点亮;Q0表示 量程，即Q04说明输入电压在正常范围内，Q0=1表示在正常范围之外。Rm和Rh分 别是负极性和小数点显示的限流电阻。在DS1输出位选通正脉冲后，DS2 DS3和DS4输出的正脉冲使 Q3Q(端输出相 应的BCD码数据。CD451伪7段译码驱动器，当输入电压过载时，0R=1控制CC4511的灭灯端BI，使显示灯熄灭。MC14433S供输出可调的基准电压 Vref，当基准电压为2V或200mV寸，满量 程分别为1.999V或199.9mV优点为具有自动校零和自动量程转换功能。MC14433勺时钟频率fcp与CP0 CP1两端所接电阻Rc值有关。当Rc=470 时，fcp=66KHz;当Rc=750 时，fcp=50KHz,每个A/D转换周期约需16400个时 钟脉冲，若时钟频率fcp=66KHz是，由式T=N/fcp=4N/fosc可得一次A/D转换所需 时间为T=0.25s，则测量速度为4次/s。积分元件R1C1的取值可由下式估算：R1C仁Vimax.T1/?Vc1 (3.3)式中， ?Vc1=VDD-Vimax-0.5V,T1=4000/fcp,4000 为信号积分阶段所需时钟脉冲数。电路中用到的相关主要电子器件表 3.3