基于單片機飲水機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動水溫加熱器設(shè)計．測控大作業(yè)要求自動水溫加熱器設(shè)計加熱體：交流電阻絲500W測溫傳感器：熱電偶要求：能夠檢測水的溫度，控制水溫為設(shè)定值，允許少量偏差，比如溫度4攝氏度設(shè)計步驟；傳感器的信號輸出，信號放大，濾波，電平偏移， , 控制，顯示等。二．設(shè)計目標設(shè)計一個基于單片機的加熱器的溫度控制系統(tǒng)，以單片機為控制核心，以傳感器采集溫度信號放大后經(jīng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機9通過軟件編程可以驅(qū)動各個管腳連接的功能模塊實現(xiàn)各個功能，如溫度采集、溫度設(shè)定、顯示、示警等。該系統(tǒng)可以實時檢測加熱器水箱的水溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示加熱器水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開關(guān)選擇制冷或加熱，可以人為設(shè)置水的溫度的上下限，如加熱，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時正常工作，當(dāng)?shù)陀谒疁叵孪迺r控制加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時控制壓縮機制冷，溫度檢測范圍0~9℃5，精度±1℃，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時具有示警功能。三．方案總設(shè)計以單片機系統(tǒng)為核心的控制方案，其原理框圖如圖1所示。本方案通過溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，信號放大后，經(jīng) 轉(zhuǎn)換器，

轉(zhuǎn)換器將進來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到單片機處理，并將采集的溫度值與鍵盤設(shè)定的溫度值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，單片機輸出相應(yīng)的信號來控制外部設(shè)施，達到控制加熱器加熱或壓縮機制冷的目的。還具有四．電路設(shè)計單片機最小系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計單片機最小系統(tǒng)如圖所示，由主控器 、時鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機 作為核心控制器控制著整個系統(tǒng)的工作，而時鐘電路負責(zé)產(chǎn)生單片機工作所必需的時鐘信號，復(fù)位電路使得單片機能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。

圖2單片機最小系統(tǒng).單1圖2單片機最小系統(tǒng).單1片機選擇單片機是公司的 系列單片機的其中一種，該系列是當(dāng)今世界上最新型的電擦寫八位單片機之一，和51系列完全兼容，低電壓、

低電流、低功耗，價格低廉，很受用戶歡迎。其管腳圖如圖3所示。VCC導(dǎo)U?1PIO w POOPll > P01P12 P02P13 P03P14 P04F15 F05F16 P06P17 P071MT1 F20INTO P21P22T1 P23TO P24P25EA/VP P26P27XIX2RESET RXDTXDRD g AL.EyP-WR S FSEN39233337436535634733832211H221I23242531zc2719281018911二;口0方AT89C51管腳圖4.1.時2鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生 單片機工作時所必需的時鐘信號。雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件。外接晶體以及和構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。晶體的振蕩的頻率的范圍通常是在 到Z之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率就越高，單片機的運行速度也Z就越快。 單片機常選擇振蕩頻率7或到勺石英晶體，考慮到本設(shè)計所用的各種器件對時鐘頻率的要求及整體電路的簡潔性，本設(shè)計選用的是振蕩頻率為的石英晶體。Z4.1.復(fù)3位電路的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。常用的復(fù)位電路有四種方式：（1）上電復(fù)位電路（2）按鍵復(fù)位電路（3）脈沖復(fù)位電路（4）兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等原因，在很多設(shè)計里面，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。根據(jù)本系統(tǒng)的特性，決定選用最簡單的上電復(fù)位電路。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要的上升時間不超過 ，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。當(dāng)時鐘頻率選用 ，電容選Z用n,電阻選用K。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，在電路充電過程中，端出現(xiàn)正脈沖，保證引腳出現(xiàn)以上穩(wěn)定的高電平,從而使單片機復(fù)位。溫度采集電路設(shè)計根據(jù)加熱器的特性及本設(shè)計的特點，本設(shè)計的溫度采集電路分為兩路，其中一路是采集一個水箱熱水的溫度，另一路是采集另一個水箱涼水的溫度，因為兩路都是對加熱器水箱溫度的采集，因此，其元器件及電路連接是一樣的。這部分電路主要器件有：溫度傳感器、電位器、運算放大器、電阻等。它的主要功能是把采集到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓，然后輸入到 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。溫度傳感器選用5運算放大器用。溫度傳感器 的溫度檢測范圍在℃一℃,而且精度很高，非線性誤差為土℃。達到本設(shè)計溫度檢測范圍為℃—℃,精度土℃的設(shè)計要求。 是單片高性能內(nèi)補償運算放大器，具有較寬的共模電壓范圍，它的特性是：不需外部頻率補償、具有短路保護、失調(diào)電壓到零的能力、較寬的共模和差模電壓范圍、功耗低、無阻塞現(xiàn)象。而電位器選用阻值分別為和。其電路圖如圖4所示。圖4溫度采集電路溫度傳感器 將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流信號，然后經(jīng)過個由、電位器和電阻組成的轉(zhuǎn)換電路 、 、A主要是將輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓。而 是做零位調(diào)整，最后將電壓放大。本設(shè)計共有兩路采集電路，放大后的電壓也就是輸出電壓，它們分別是、01，、分別作為 轉(zhuǎn)換器的兩路模擬輸入信號。

轉(zhuǎn)換電路設(shè)計轉(zhuǎn)換部分電路的功能主要是將采集部分采集來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后輸送到單片機進行數(shù)據(jù)處理。轉(zhuǎn)換部分電路主要器件有 0 、等。與連接電路如圖所示。ELDCIsisn巫w亞3： 皿亞4人皿5￡ZCNiEtQFM3皿2叫,TOC\o"1-5"\h\z1 型圖 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換器 共有八路模擬輸入端，由于本設(shè)計溫度采集只有兩路，因此只用到兩路模擬輸入端，其輸入通道為 、 。這兩個通道的數(shù)據(jù)分別是溫度采集電路的輸出信號、，也就是轉(zhuǎn)換為電壓值的加熱01 02器兩個水箱水的溫度值。選擇這兩個通道需要通過設(shè)置 的、、的值，因為它對應(yīng)的是八路模擬信號，而本系統(tǒng)只有兩路模擬信號輸入,因此，只需要將低位 連到的口，并根據(jù)口的電壓是低電平或高電平來選擇要檢測哪個通道，當(dāng) 值為時選的是 通道，當(dāng) 為時選的是 通道。而、 只需接地即可。4.4顯示電路設(shè)計大多數(shù)的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，都要配置輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。本系統(tǒng)的輸出設(shè)備是顯示器，根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計特點，采用七段數(shù)碼管作為顯示器。而本系統(tǒng)設(shè)計要求溫度檢測范圍℃15,精度士℃。數(shù)碼管只需顯示兩位即可達到要求，因此，顯示部分電路采用兩個一位的數(shù)碼管來組成顯示器，沒有要求顯示小數(shù)點，數(shù)碼管的腳懸空。本設(shè)計顯示電路的應(yīng)用有兩點，一是實時顯示加熱器水箱的水溫值，另一個是顯示鍵盤設(shè)定的溫度上、下限值。其電路連接如圖6所示。圖6顯示部分電路通過一個 連接個 歐姆的電阻來驅(qū)動數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的腳分別連接到兩個三極管的共射極，而三極管的共基極連到一起接到CC電源上。共集極分別連接兩個 的電阻接到單片機的、管腳。顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，通常使用的是七段E這種顯示器有共陽極和共陰極兩種，本設(shè)計選用的是共陽極。共陽極顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，

通常此公共陽極接正電壓。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。5鍵盤電路設(shè)計根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計特點及要求，鍵盤的功能主要是用來設(shè)置溫度上下限，因此本設(shè)計采用獨立式鍵盤來完成這一功能要求。其電路連接如圖7所示。圖7獨立式鍵盤與連接圖ALE-TP5EH圖7獨立式鍵盤與連接圖ALE-TP5EH本設(shè)計，采用四按鍵鍵盤，所以在四個口上接四個按鍵組成一個四按鍵的簡易式鍵盤。各線通過電阻接5當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的線斷開，呈高電平狀態(tài)。當(dāng)鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的線與連接單片機的線短路。當(dāng)鍵按下，進入加熱或制冷模式后，數(shù)碼管顯示為。代表溫度設(shè)置起點溫度。再按下按鍵數(shù)碼管顯示值將逐步從個位數(shù)往上加，直到想要設(shè)置的溫度值，而按鍵是步進減鍵，按鍵每下一次，個位數(shù)減1鍵是確定鍵，通過它來確定前面所設(shè)定的數(shù)值。報警電路設(shè)計報警電路主要是由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的，具有聲、光報警功能的簡單電路，其電路如圖所示。當(dāng)溫度超過設(shè)置的上、下限時， 口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作，發(fā)出聲音?？谳敵龈唠娖綍r，發(fā)光二極管正向?qū)?，發(fā)光報警。圖8報警電路控制電路設(shè)計該電路是由兩個固態(tài)繼電器作為控制開關(guān)，一個繼電器控制加熱