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1、数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计单片机控制的水温控制系统 数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计 题 目： 基于单片机的水温控制系统 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信041班 姓 名： 学 号： 指导老师： 成 绩： ( 2007.1 )目 录 第1节 引 言31.1 水温控制系统概述31.2 本设计任务和主要内容3第2节 系统主要硬件电路设计42.1 单片机控制系统原理42.2 温度采样电路42.2.1温度传感器的选取4 2.2.2温度传感器AD5905 2.2.3电路原理及参数计算52.2.4 ADC0804性能描述52.3 温度控制电路52.4 主机控制部分6
2、2.5 键盘及数字显示部分6第3节 系统软件设计8 3.1 主程序流图83.2 主程序83.3 键盘和数字显示流程图14 3.4 键盘显示程序14第4节 结束语23参考文献24基于单片机的水温控制系统数理与信息工程学院 电信041班 王炜指导教师：余水宝 第1节 引 言 在能源日益紧张的今天，电热水器，饮水机，电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。 但是利用AT89C51单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路，故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字
3、量，显示于LED显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。1.1 水温控制系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的截流角度出发，节省电能，保护环境。1.2 本设计任务和主要内容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
4、保持设定的温度基本不变。本设计主要内容如下： （1）温度设定范围为4090，最小区分度为1，标定温度1。（2）环境温度降低时温度控制的静态误差1。（3）用十进制数码管显示水的实际温度。（4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40提高到60）时，减小系统的调节时间和超调量。（5）温度控制的静态误差0.2。第2节 系统主要硬件电路设计 2.1 单片机控制系统原理图2-1 单片机控制系统原理框图 2.2 温度采样电路系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590）、基准电压（7812）及A/D转换电路（ADC0804）三部分组成。如图：2-2 图2-2 信号采集电路 2.2.1 温度传感器的选取
5、目前市场上温度传感器较多，有以下几种：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好，但其成本较高。方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590。其测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，误差只有0.01。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。2.2.2 温度传感器AD590
6、测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，误差只有0.01 。AD590为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和95时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。 2.2.3电路原理及参数计算温度采样电路的基本原理是采用电流型温度传感器AD590将温度的变化量转换成电流量，再将电流量转换成电压量通过A/D转换器ADC0804将其转换成数值量交由单片机处理。2.2.4 ADC0804性能描述ADC0804为8bit的一路A/D转换器，其输入电压范围在05v，转换速度小于100us，转换精度0.39。满足系统的要求。如图2-3 A/
7、D转换电路 图2-3 A/D转换电路由于系统控制的水温范围为35-95,所以当输出电压为零伏时AD590的输出电流为308.2uA,因此为了使Ui的电位为零就必须使电流等于电流等于308.2uA, 三端稳压7812的输出电压为12v所以取电阻R2=30k , R1=10k的电位器。又由于ADC0804的输入电压范围为05v ，为了提高精度所以令水温为95时ADC0804的输入电压为5v（即Uo=5v）。当水温为95时AD590的输出电流为368.2uA。因此取R5=81k , R5=5k的电位器。2.3 温度控制电路此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BTA12组成。MOC30
8、41光电耦合器的耐压值为400v，它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。100电阻与0.01uF电容组成双向可控硅保护电路。控制部分电路图 如图2-4 部分控制电路。 如图 2-4 部分控制电路2.4主机控制部分此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。如图2-5 主机控制部分 如图2-5 主机控制部分2.5键盘及数字显示部分在设计键盘/显示电路时，我们使用单片机2051做为电路控制的核心，单片机20
9、51具有一个全双工的串行口采用串口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。键盘/显示接口电路如图2-6。图3-4-1中单片机2051的P1口接数码管的8只引脚，这样易于对数码管的译码，使数码管能显示设计者所需的各数值、小数点、符号等等。单片机2051的P3.3、P3.4、P3.5接3-8译码器74L138，译码器的输出端直接接八个数码管的控制端和键盘，键盘扫描和显示器扫描同用端口这样能大大的减少单片机的I/O，减少硬件的花费。 图2-6 键盘/显示部分电路键盘的接法的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机2051的端口资源有限，所以我们在设计中将传统的4*4的键盘接成8*2的形
10、式（如图2-7），键盘的扫描除了和显示共用的8个端外，另外的两个端直接和2051的P3.2和P3.7相连。图2-7键盘接线如图2-7的接法已经完全用完了单片机的15个I/O口，有效的利用了单片机的资源。第3节 系统的软件设计3.1 系统主程序设计 开机 机系统初始化显示清零，各记数指针清零，设定定时器及中断否是调用相应的中断程序判断是否有中断？PID算法PWM波产生接收及发射串显示数据PC机通信子程序 图3-1主程序流程图各类数值转换子程序 3.2 主程序主程序如下：ORG 0000H AJMP START ;主程序 ORG 000BH AJMP TIM0 ;T0中断子程序 ORG 0023H
11、 AJMP RT ;串口中断接受子程序 ORG 0100HSTART:MOV 50H,#00H ;初始化设定温度 MOV 51H,#00H MOV 52H,#00H MOV 53H,#00H MOV 54H,#0C6H ;发送第5个数码管字形码“C” MOV TMOD,#01H ;T0工作在MODE1 MOV TH0,#0ECH ;晶振12M，50ms中断一次 MOV TL0,#78H SETB TR0 MOV TMOD,#20H ;T1工作在MODE2 MOV TH1,#0E6H ;设波特率 MOV TL1,#0E6H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV IE,#92H ;允许T0,RI中断 MOV R6,#04H ;初始要接收的数据个数 MOV R1,#50H ;初始要接收数据的起始地址 MOV R4,#00H REY: MOV A,53H CJNE A,#00H,YES SJMP REYYES: MOV R3,#00HYES1: CLR P2.0 ;开始AD转换 CLR P3.6 SETB P3.6 ACALL DELAYJ1: MOVX A,R0 ACALL SJCL ;调用数据处理子程序 ACALL DISP DJ
