2022年水温控制系统设计报告 .pdf

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1、电子产品设计设计报告设计时间：X 年 X 月 X 日班级：XX 姓名：XX 报告页数：7 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 1 XX大学课程设计报告设计题目： 水温控制系统学院： XX 专业： XX 学号： XX 姓名： XX 第1节 引 言在能源日益紧张的今天，电热水器， 饮水机， 电饭煲之类的家用电器在保温时，由于其简单的温控系统，利用温敏电阻来实现温控，因而会造成很大的能源浪费浪费。但是利用 AT89C51

2、单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路， 故障报警电路等组成，软件选用汇编语言编程。单片机可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于LED 显示器上。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高，将会有更广阔的开发前景。1.1 水温控制系统概述能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行， 虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的截流角度出发，节省电能， 保护环境。

3、1.2 本设计任务和主要内容设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，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。本设计主要内容如下：（1）温度设定范围为4090，最小区分度为1，标定温度1。 （2）环境温度降低时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。（ 4）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40提高到 60）时，减小系统的调节时间和超调量。（5）温度控制的静态误差0.2 。第2节 系统主要硬件电路设计2.1 单片机控制系统原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

4、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2 2.2 温度采样电路系统的信号采集电路主要由温度传感器（AD590 ） 、基准电压（7812）及 A/D 转换电路（ADC0804 ）三部分组成。如图：2-2 2.2.1 温度传感器的选取目前市场上温度传感器较多，有以下几种：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好，但其成本较高。方案二： 采用热敏电阻， 选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。方案三：选用美国Analog

5、 Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590 。其测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在510V之间，稳定度为1时，误差只有 0.01。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。2.2.2 温度传感器 AD590 测量范围在 -50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在510V之间，稳定度为 1时，误差只有0.01 。AD590 为电流型传感器温度每变化1其电流变化1uA在35和 95时输出电流分别为308.2uA 和368.2uA 。名师资料总结

6、 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3 2.2.3电路原理及参数计算温度采样电路的基本原理是采用电流型温度传感器AD590 将温度的变化量转换成电流量，再将电流量转换成电压量通过A/D转换器 ADC0804 将其转换成数值量交由单片机处理。2.2.4 ADC0804 性能描述ADC0804 为8bit的一路 A/D 转换器，其输入电压范围在05v，转换速度小于100us转换精度 0.39。满足系统的要求。如图 2-3 A/D 转

7、换电路由于系统控制的水温范围为35-95,所以当输出电压为零伏时AD590 的输出电流为308.2uA,因此为了使 Ui的电位为零就必须使电流Ib等于电流 Ic等于 308.2uA, 三端稳压 7812的输出电压为 12v所以取电阻 R2=30k , R1=10k 的电位器。又由于 ADC0804 的输入电压范围为05v ， 为了提高精度所以令水温为95时 ADC0804 的输入电压为 5v （即Uo=5v） 。 当水温为 95时AD590的输出电流为 368.2uA 。因此取 R5=81k , R5=5k 的电位器。2.3 温度控制电路此部分电路主要由光电耦合器MOC3041和双向可控硅BT

8、A12 组成。 MOC3041 光电耦合器的耐压值为 400v， 它的输出级由过零触发的双向可控硅构成，它控制着主电路双向可控硅的导通和关闭。 100电阻与 0.01 uF电容组成双向可控硅保护电路。控制部分电路图如图2-4 部分控制电路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 4 2.4 主机控制部分此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机 89C52 内部有 8KB单元的程序存储器及256字节

9、的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。如图2-5 主机控制部分2.5 键盘及数字显示部分在设计键盘 / 显示电路时，我们使用单片机2051做为电路控制的核心，单片机2051具有一个全双工的串行口采用串口，利用此串行口能够方便的实现系统的控制和显示功能。键盘/ 显示接口电路如图2-6 。图3-4-1 中单片机 2051的P1口接数码管的8只引脚， 这样易于对数码管的译码，使数码管能显示设计者所需的各数值、小数点、符号等等。单片机 2051的 P3.3、P3.4、P3.5 接3-8 译码器 74L138，译码器的输出端直接接八个数码管的控制端和键盘，

10、键盘扫描和显示器扫描同用端口这样能大大的减少单片机的I/O ，减少硬件的花费。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 5 键盘的接法的差别直接影响到硬件和软件的设计，考虑到单片机2051的端口资源有限， 所以我们在设计中将传统的4*4的键盘接成 8*2 的形式（如图 2-7 ） ，键盘的扫描除了和显示共用的 8个端外，另外的两个端直接和2051的P3.2 和P3.7 相连。如图 2-7 的接法已经完全用完了单片机的15个

11、I/O 口，有效的利用了单片机的资源。第3节 系统的软件设计3.1 系统主程序设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 6 3.2 键盘显示程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 7 结 束 语本设计主要根据目前节省能源的发展趋势和国内实际的

12、应用特点和要求，采用了自动化的结构形式，实现对水温的自动检测和控制。系统以单片机AT89C52 为核心部件，单片机系统完成对水温信号的采集、处理、显示等功能 ; 用Protel 软件绘制电路原理图和PCB 电路印刷板图，并在电路板厂制作控制主板;利用MCS51 汇编语言编制, 运行程序该系统的主要特点是: 1. 适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同用户水温的要求，实现对水温的实时监控。避免了电力力资源的浪费，节省了能源。2. 将单片机以及温度传感器引入对水温的分析和处理中，单片机控制决策无需建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合对非线性、时变、滞后系统的控制

13、，对水温控制系统采用单片机控制非常适合。3. 系统成本低廉， 操作非常简单， 可扩展性强， 只要稍加改变， 即可增加其他使用功能。本设计对现代化的发展具有十分重要的意义：首先， 节省了能源， 特别是最近几年，我国东部沿海地区电力资源缺口十分巨大，可以缓解部分电力资源压力。其次， 由于我国大部分电力资源是火力发电，因而从一定程度上节省了自然资源，以及保护了环境。通过对本设计的思考，更加加深了对单片机的认识，熟练了单片机的编程，更对当前的温度传感器有了更深刻的认识与了解，但是由于此系统依赖温度传感器，因而对温度传感器的稳定性， 线性等诸多方面有着严格的要求，但是传感器的性能越好，相对而言其价格也就越高，因而在此设计中，温度传感器还是存在遗憾，其次，由于采用了汇编语言，所以其编程过程复杂不易查错。最后由于时间紧迫，本设计还有诸多地方需要改进。由于本设计是从保温部分节能为出发点而设计，因而在其加热部分还是存在很大能源浪费，因而在日后的开发应用中因当注意要，对其加热部分的选材的改进。成绩评定 _ 教师签名 _名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -