水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)模塊方案的比較與論證，最終確定的系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。本論文設(shè)計(jì)是主要采用AT89C51單片機(jī)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度采集、信號(hào)處理、溫度設(shè)置、溫度顯示和繼電器輸出控制等功能的主要核心芯片。利用數(shù)字溫度計(jì)來(lái)檢測(cè)水溫；采用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度計(jì)采集到信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理；采用四位共陰LED和按鍵實(shí)現(xiàn)溫度的顯示和溫度的設(shè)置功能；采用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)間接控制外圍設(shè)備。 圖1 系統(tǒng)組成方框圖1、部分外圍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本文通過(guò)方案比較與論證，最終確定的外圍系統(tǒng)組成方框圖如圖2所示。外圍系統(tǒng)主要是利用數(shù)字溫度計(jì)來(lái)檢測(cè)水溫，并把數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理判斷水溫是否穩(wěn)定，是否啟動(dòng)加熱

2、裝置。加熱部分是由單片機(jī)控制繼電器的輸出部分，并由繼電器間接控制加熱裝置的啟停。 圖2 外圍系統(tǒng)組成方框圖 2、硬件電路設(shè)計(jì) 2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)芯片AT89C51為核心，由電源部分、復(fù)位電路和晶振電路組成（如圖3所示）。圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)3、溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與論證采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤迹瑹犭娕加蓛蓚€(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成（熱電偶的構(gòu)成如圖5），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過(guò)將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機(jī)，在將隨

3、被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。4、顯示功能電路的設(shè)計(jì)與論證采用74LS138和74LS248分別驅(qū)動(dòng)同一塊四位共陰LED的位選和數(shù)選，這不僅節(jié)省了I/O地址端口，也節(jié)省了單片機(jī)的內(nèi)部空間容量，同時(shí)不容易產(chǎn)生干擾（顯示電路如圖6所示）。5、 溫度報(bào)警提示功能電路的設(shè)計(jì)與論證本設(shè)計(jì)的發(fā)揮部分，是加入了報(bào)警，如果我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備的水溫，當(dāng)水的溫度超過(guò)我們所設(shè)定的溫度值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)

4、生一定頻率的脈沖，由P0.0引腳輸出，P0.0外接一只NPN的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，以便操作員來(lái)維護(hù)，從而達(dá)到報(bào)警的目的。此方案能完成聲光提示功能，給人以提示的可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實(shí)現(xiàn)，成本也不高（報(bào)警提示電路如圖7所示）。6、 外圍電路控制設(shè)計(jì)本部分設(shè)計(jì)根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的水溫信號(hào)通過(guò)處理后，由AT89C51單片機(jī)判斷是否進(jìn)行加熱還是降溫或者穩(wěn)定不變。模式一：對(duì)于單相加熱裝置，若要加熱則采用AT89C51的輸出引腳端接5V中間繼電器的線圈，由單片機(jī)產(chǎn)生的相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)來(lái)接通5V中間繼電器的線圈，同時(shí)使中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通外圍電路220V電壓并控

5、制外圍單相加熱裝置工作（如圖8所示）。圖8 單相加熱裝置電路圖模式二：對(duì)于三相加熱裝置，若要加熱則采用AT89C51的輸出引腳端接5V中間繼電器的線圈，由單片機(jī)產(chǎn)生的相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)來(lái)接通5V中間繼電器的線圈，再由中繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)去控制主接觸器的線圈，接通外圍電路380V電壓并控制外圍三相加熱裝置工作（如圖9所示）。圖9 三相加熱裝置電路圖7、 控制主程序設(shè)計(jì)控制程序啟動(dòng)后程序進(jìn)入5S的倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，并開(kāi)啟四位數(shù)碼顯示工作；5S倒計(jì)時(shí)結(jié)束后程序開(kāi)始運(yùn)行，首先程序先判斷是否運(yùn)行溫度設(shè)置程序，否則運(yùn)行正常的溫度檢測(cè)、上下限報(bào)警及外圍電路控制程序。即由溫度傳感器DS18B20檢測(cè)水溫，再通過(guò)單片機(jī)對(duì)

6、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)實(shí)際溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行比較，判斷是否達(dá)到上下限報(bào)警要求，把結(jié)果傳送至顯示部分并調(diào)用顯示子程序顯示，同時(shí)判斷是否啟動(dòng)加熱功能，是則控制繼電器輸出控制外圍設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的工作；否則系統(tǒng)進(jìn)入恒溫控制狀態(tài)。完成后進(jìn)入下一個(gè)掃描周期。圖11 單片機(jī)主程序流程圖8、 溫度設(shè)置程序設(shè)計(jì)程序進(jìn)入溫度設(shè)置狀態(tài)后,程序會(huì)檢測(cè)判斷片選鍵是否按下，否則片選閃爍并進(jìn)入位選檢測(cè)狀態(tài)；是則片選位閃爍并使累加器加1，判斷是否為4（片選總位數(shù)）若是返回重新檢測(cè)判斷片選鍵是否按下，若否把累加器的值賦值給片選存儲(chǔ)器，同時(shí)進(jìn)入位選檢測(cè)狀態(tài)。程序進(jìn)入位選狀態(tài)后，等待10S并檢測(cè)判斷位選鍵是否按下，否則子程序返回；是則進(jìn)入位選狀態(tài)并使累回器加1，再對(duì)累加器的數(shù)據(jù)進(jìn)入十進(jìn)制調(diào)整，同時(shí)賦值給設(shè)定值存儲(chǔ)器及顯示存儲(chǔ)器，結(jié)束子程序并返回。9、 上下限報(bào)警程序設(shè)計(jì)程序運(yùn)行后，溫度傳感器DS18B20檢測(cè)水溫，通過(guò)單片機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)實(shí)際溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行比較