水温控制系统设计论文.doc

水温控制系统
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。温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供,DS18B20在-10~+85°C范围内, ℃。水温实时控制采用继电器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。
关键字: AT89C51 DS18B20 水温控制
目录
1. 系统方案选择和论证……………………………………………………………2
题目要求……………………………………………………………………………………2
基本要求…………………………………………………………………………2
系统基本方案……………………………………………………………………………3
各模块电路的方案选择及论证…………………………………………………3
系统各模块的最终方案…………………………………………………………5
2. 硬件设计与实现……………………………………………………………………………4
主要单元电路的设计……………………………………………………………………5
温度采集部分设计………………………………………………………5
……………………………………………5
3. 系统软件设计……………………………………………………………………………6
主程序流程图……………………………………………………………………………7
4. 系统测试……………………………………………………………………………………7
静态温度测试……………………………………………………………………………8
………………………………………………………………………………8
……………………………………………………………………………………8
附录1:产品使用说明……………………………………………………………………………8
附录2:系统硬件原理图…………………………………………………………………………9
附录3:软件程序清单……………………………………………………………………………10
参考文献…………………………………………………………………………………………19

题目要求
设计并制作一个水温自动控制系统,控制对象为1L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。
基本要求
(1)温度设定范围为40~90℃,最小区分度为1℃,标定温度≤1℃。
(2)环境温度降低时(例如用电风扇降温)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。
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。
各模块电路的方案选择及论证
(1)控制器模块
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:
Output
显示电路
加热装置
测温部分
键盘输入
控制部分
Input
系统基本模块方框图
方案一:采用模拟运算放大器组成PID控制系统。对于水温控制是足够的。但要附加显示、温度设定等功能,要附加许多电路,稍显麻烦。
方案二:采用ATMEL公司的AT89C51作为系统控制器。单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析拟订方案二,由AT89C52作为控制核心,对温度采集和实时显示以及加热装置进行控制。
(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,关掉电热炉进行降温处理,让其自然冷却。在制作中,我们装设一个二极管来代替表示,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。都通过二极管发光来表示。
(3)温度采集模块
℃,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二种方案:
方案一: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±℃的测量精度。加上