水溫自動控制系統(tǒng)

1、水溫自動控制系統(tǒng)通過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。本論文設計是主要采用AT89C51單片機芯片來實現(xiàn)溫度采集、信號處理、溫度設置、溫度顯示和繼電器輸出控制等功能的主要核心芯片。利用數字溫度計來檢測水溫；采用A/D轉換芯片ADC0809來實現(xiàn)對溫度計采集到信號進行模數轉換處理；采用四位共陰LED和按鍵實現(xiàn)溫度的顯示和溫度的設置功能；采用繼電器來實現(xiàn)間接控制外圍設備。 圖1 系統(tǒng)組成方框圖1、部分外圍系統(tǒng)的設計思路本文通過方案比較與論證，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)主要是利用數字溫度計來檢測水溫，并把數據傳送給單片機處理判斷水溫是否穩(wěn)定，是否啟動加熱

2、裝置。加熱部分是由單片機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、硬件電路設計 2.1單片機最小系統(tǒng)的設計單片機最小系統(tǒng)是由單片機芯片AT89C51為核心，由電源部分、復位電路和晶振電路組成（如圖3所示）。圖3 單片機最小系統(tǒng)3、溫度檢測電路的設計與論證采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成（熱電偶的構成如圖5），熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數據采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機，在將隨

3、被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。4、顯示功能電路的設計與論證采用74LS138和74LS248分別驅動同一塊四位共陰LED的位選和數選，這不僅節(jié)省了I/O地址端口，也節(jié)省了單片機的內部空間容量，同時不容易產生干擾（顯示電路如圖6所示）。5、 溫度報警提示功能電路的設計與論證本設計的發(fā)揮部分，是加入了報警，如果我們所設計的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設備的水溫，當水的溫度超過我們所設定的溫度值時，系統(tǒng)會產生報警。報警時由單片機產

4、生一定頻率的脈沖，由P0.0引腳輸出，P0.0外接一只NPN的三極管來驅動揚聲器發(fā)出聲音，以便操作員來維護，從而達到報警的目的。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，而且易于實現(xiàn)，成本也不高（報警提示電路如圖7所示）。6、 外圍電路控制設計本部分設計根據溫度傳感器檢測到的水溫信號通過處理后，由AT89C51單片機判斷是否進行加熱還是降溫或者穩(wěn)定不變。模式一：對于單相加熱裝置，若要加熱則采用AT89C51的輸出引腳端接5V中間繼電器的線圈，由單片機產生的相對應的脈沖信號來接通5V中間繼電器的線圈，同時使中間繼電器的常開觸點閉合，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，由單片機產生的相對應的脈沖信號來接通5V中間繼電器的線圈，再由中繼電器的常開觸點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、 控制主程序設計控制程序啟動后程序進入5S的倒計時狀態(tài)，并開啟四位數碼顯示工作；5S倒計時結束后程序開始運行，首先程序先判斷是否運行溫度設置程序，否則運行正常的溫度檢測、上下限報警及外圍電路控制程序。即由溫度傳感器DS18B20檢測水溫，再通過單片機對

6、檢測信號進行處理，并對實際溫度和設定溫度進行比較，判斷是否達到上下限報警要求，把結果傳送至顯示部分并調用顯示子程序顯示，同時判斷是否啟動加熱功能，是則控制繼電器輸出控制外圍設備執(zhí)行相應的工作；否則系統(tǒng)進入恒溫控制狀態(tài)。完成后進入下一個掃描周期。圖11 單片機主程序流程圖8、 溫度設置程序設計程序進入溫度設置狀態(tài)后,程序會檢測判斷片選鍵是否按下，否則片選閃爍并進入位選檢測狀態(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）若是返回重新檢測判斷片選鍵是否按下，若否把累加器的值賦值給片選存儲器，同時進入位選檢測狀態(tài)。程序進入位選狀態(tài)后，等待10S并檢測判斷位選鍵是否按下，否則子程序返回；是則進入位選狀態(tài)并使累回器加1，再對累加器的數據進入十進制調整，同時賦值給設定值存儲器及顯示存儲器，結束子程序并返回。9、 上下限報警程序設計程序運行后，溫度傳感器DS18B20檢測水溫，通過單片機對檢測信號進行處理，并對實際溫度和設定溫度進行比較