单片机的温度控制系统设计方案.pdf

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1、1/15 基于 51 单片机的水温自动控制系统0 引言在现代的各种工业生产中,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30到 96。1 设计任务、要求和技术指标1.1 任务设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围30到96）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围30到 96）内。1.2 要求1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。2）当液位低于某一值时，停止加热。3）用 AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。4）无竞争-冒险，无抖动。1.3 技术指标1）温度显

2、示误差不超过 1。2）温度显示范围为 099。3）程序部分用 PID算法实现温度自动控制。2 液位检测：同样考虑到成本问题，选用自己做一个液位传感装置。图 2 单电源模式图 3 双电源模式2.4 控制系统分析与论证由于需要用大功率加热装置对水温进行调节，故采用带过零检测双向可控硅输出光电耦合器 MOC3041 构成后向控制电路。3 系统原理框图硬件组成框图如图 4 所示：主要由 AT89C51 单片机、温度信号采集和调理、AD转换、数码显示电路、温度控制等部分组成。文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C

3、8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:

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9、8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D73/15 图 4 硬件框图电源开启后，可以显示出实时的温度，并且可以判断出此时的温度是否需要对水进行加热操作4 硬件电路4.1温度信号检测和调理电路LM35D 采用单电源供电模式如图2 将采集到的电压信号送入运放uA741进行放大处理，如图 5。图 5 信号采集调理电路4.2 显示电路显示电路由两片74LS164和两个数码管构成，为了PCB中作图的方便，故采用如图6 的连接方式。温度采集电 路信号调理电 路A/D 转换电路单片机系统温度显 示执行电 路液位检测文档编码:CY8D1L8Y

10、2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I

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16、2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D74/15 图 6 温度显示电路时钟由单片机的 P1.1 提供，第一个数码管的数据由单片机的P1.0 提供，第二个数码管的数据由第一个 164的 Q7提供。164的时序图如图 7所示。图 7 74LS164 的时序图4.3 温度控制电路温度控制电路由光电耦合器MOC3041 和双向晶闸管 BT137构成，硬件连接如图8。图 8 温度控制电路4.4 AD 转换电路本部分电路由 ADC08

17、09 和一些 74 系列芯片构成，其中74LS74用于对单片机的 ALE信号进行分频作为 0809的时钟，74LS373用做地址锁存实现单片机P0口的分时复用。该部分硬件电路如图 9所示。文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:C

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24、心引用，各功能通过软件软件实现。图10 为单片机的主控电路。图 10 单片机主控电路4.6 整体 PCB图见附件 A 5 软件部分5.1 主程序流程说明文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5

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30、:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D76/15 主程序的任务主要是循环检测采集到的温度值，不断比较实现PID 控制。流程图如下：图 11 主程序流程图5.2 各子程序模块流程5.2.1 显示部分JR=0。冷开始初始化延时采集一次温度数据并进行转换

31、数据暂存 B 修改指针延时再采集一次温度数据并进行转换A=B?A=96?AB?JR=0。冷JR=1。加文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D

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36、1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3

37、ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D77/15 显示部分主要包括三个小模块：第一、原始数据的拆分；第二、待显示数据查表；第三、待显示数据的输出。数据分配表如图12，送待显示数据流程如图13，查表流程如图 14 图 13 待显示数据输出流程图 14 查表程序流程5.2.2 中断程序部分中断部分包括

38、定时器中断主要实现 1 秒刷新一次显示）和外部中断检测液位。为防止抖动，设置一个标志位，进入中断后判断标志位，如果一秒钟内没有出中断，则响应，否则不响应），流程图分别如图15 和图 16。文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:C

39、Y8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8

40、B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:C

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45、7。将编写好的程序用 Keil uVision2汇编编译成 hex 格式的文件后导入 Proteus7 中的原理图附件 B）内。结果正常显示，说明程序本身没有问题。6.2 硬件调试调试所用工具：直流稳压电源，示波器，万用表等。6.2.1 放大电路的调试：将信号调理部分电路的输入端接地，调节电位器，使输出电压为零用万用表毫伏档测量）。输入一定的电压值01V范围内，观察电路的输出电压，调节电阻值，使输出为输入的 5 倍。6.2.2 显示电路的调试：先写一个简单的显示程序，烧入单片机内，接好电路，观察显示是否正常。6.2.3AD转换电路的调试：写一个简单的控制ADC0809 的程序，用示波器观察AD

46、C0809 所接受到的信号是否正确，如时钟信号、开始信号等、给定输入端一个电压，给OE端持续加高电平，使允许输出，用万用表或示波器测量各个输出引脚的转换情况，结果与计算值是否相符合。6.2.4系统的整体调试：将编写好的程序烧入单片机中，接好整体电路，观察输出结果是否正确。调试中显示一直是 99，最后去掉 373 和排阻，显示正常。主要是因为加的排阻过小，只有330欧姆，而 ADC0809 向单片机送数据的时间有很短，所以，即使送入0 也可能会被单片机认为是 1，所以一直显示 99。入中断保护现场重赋计数初值1S到？调用显示恢复现场返回入中断F1=1？停止加热F1=1 延时 1S 返回文档编码:

47、CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C

48、8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:CY8D1L8Y2D5 HH8A5A5C8B3 ZB9I8A7Y6D7文档编码:

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