5单片机温度控制系统设计

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习基于51单片机地水温自动控制系统0引言在现代地各种工业生产中，很多地方都需要用到温度控制系统.而智能化地 控制系统成为一种发展地趋势本文所阐述地就是一种基于89C51单片机地温度 控制系统.本温控系统可应用于温度范围 30C到96C .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(30C到96C)内自动调 节温度，使水温保持在一定地范围(30r到96r)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转换器把采集到地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) 温度显示误差不超过1r.(2) 温度显示范围为or 99r.(3) 程序部分用PID算法实现温度自动控制.(4) 检测信号为电压信号2方案分析与论证2.1主控系统分析与论证根据设计要求和所学地专业知识,采用AT89C51为本系统地核心控制器 件.AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器地低电压，高性能CMOS8位微处理器.其引脚图

2、如图 1 所示.2.2显示系统分析与论证显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为099r,因此可采用两个共阴 地数码管作为显示元件在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示地方案采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统地I/O 口少,编程简单且静态显示地内容无闪烁，但电路消耗地电流较大.方案二：采用动态显示地方案由单片机地I/O 口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了 驱动芯片地成本，节省了电，但编程比较复杂，亮度不如静态地好.由于对电路地功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O 口线地前提下选用方案 一地静态显示.图1 AT89C51引脚图2.3检测系统分析与论证1温度检测：有选用AD590和LM35D两种温度传感器地方案，但考虑到两 者价格差距较大，而本系统中对温度要求地精度不很高，因而选用比较廉价 LM35D.温度传感器采用地是NS公司生产地LM35D,他具有很高地工作精度和较 宽地线性工作范围，他地输出电压与摄氏温度线性成比例，且无需外部校准或微调 可以提供土 1/ 4 r地常用地室温精度 丄M35地输出电压与摄氏温度地线形

3、关系 可用下面公式表示,0 r时输出为0 v ,每升高1 r ,输出电压增加10 mV.其 电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图2与图3所示.正负双电源 地供电模式可提供负温度地测量，单电源模式在25 r下电流约为50 mA ,非常省 电.本系统采用地是单电源模式Vout=10mV/rx T(r)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MOC304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.图4 硬件框图电源开启后，可以显示出实时地温度，并且可以判断出此时地温度是否需要 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将采集到地电压信号送入运放 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 PC沖作图地方便

4、，故采用 如图6地连接方式.图6温度显示电路时钟由单片机地P1.1提供,第一个数码管地数据由单片机地 P1.0提供,第二个数 码管地数据由第一个164地Q7提供.164地时序图如图7所示.图7 74LS164地时序图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ADC0809和一些74系列芯片构成，其中74LS74用于对单片机 地ALE信号进行分频作为0809地时钟,74LS373用做地址锁存实现单片机 P0 口 地分时复用该部分硬件电路如图9所示.图9 AD转换电路4.5主控系统电路该系统由AT89C51构成，由5V电源供电，采用6Mhz地晶振.主控系统电路主 要承担显示及对温度地PID控制地核心引用，各功能通过软件软件实现.图10为 单片机地主控电路.图10单片机主控电路4.6整体PCB图见附件A5软件部分5.1主程序流程说明主程序地任务主要是循环检测采集到地温度值，不断比较实现PID控制.流 程图如下：开始采集一次温度数据并进行转换采集一次温度数据 并进行转换初始化J延时数据暂

5、存B修改指针延时再采集一次温度数 据并进行转换JR=1;加热JR=0;冷却JR=1；加热JR=0;冷却图11主程序流程图5.2各子程序模块流程显示部分显示部分主要包括三个小模块：第一、原始数据地拆分；第二、待显示数据 查表；第三、待显示数据地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522中断程序部分中断部分包括定时器中断（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.图15定时器中断流程图5.3整体程序见附件C6系统调试6.1软件调试调试所用软件：Keil uVision2和 Proteus7.将编写好地程序用Keil uVision2汇编编译成hex格式地文件后导入Proteus7中地原理图（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,万用表等放大电路地调试：将信号调理部分电路地输入端接地，调节电位器，使输出电压为零（用万用表 毫伏档

6、测量）.输入一定地电压值0 1V范围内,观察电路地输出电压，调节 电阻值,使输出为输入地5倍.显示电路地调试：先写一个简单地显示程序，烧入单片机内，接好电路,观察显示是否正常.6.2.3 AD转换电路地调试：写一个简单地控制ADC0809地程序,用示波器观察ADC0809所接受到地信号 是否正确，如时钟信号、开始信号等、给定输入端一个电压，给0E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地转换情况，结果 与计算值是否相符合624系统地整体调试：将编写好地程序烧入单片机中，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.主要是因为加地排阻过小 只有330欧姆,而ADC080醐单片机送数据地时间有很短,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.系统存在地问题：由于实验调试时，只是观察led灯地亮灭变化，没有接上实际地光耦驱动大 功率加热器件，而实际测试时,led灯地亮度不高说明驱动电流太小，因而在 驱动光耦时还需加入74LS07以增大P1.2 口地驱动电流，使之能够驱动光耦. 调试地过程中发现所购买地 ADC

7、080地 IN0输入端直接与地短接,所以,真正 做成地系统用地是通道1.又加上调试时去掉了排阻和 74LS373,因而选地址 时是直接把地址选择端接成了高低电平，虽然实现了功能但是与初衷不符 参考资料：【1】谢自美 电子线路综合设计华中科技大学出版社【2】张毅刚单片机原理及应用附件A:整体PCB图附件B:PROTEUS 真图附件C:本系统所用程序：DIN BIT P1.0CLK BIT P1.1JR BIT P1.2F1 BIT 21HORG 0000HSJMP MAINORG 0003HLJMP INT00ORG 000BHLJMP INTDISPORG 0030HMAIN: SETB EASETB EX0SETB ET0MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0Hmov 20h,#10SETB TRO;CLR F1CJ1: MOV R0,#30HLCALL D1SLCALL AD0809MOV B,ACJ2: MOV R0,#31HLCALL D1SLCALL AD0809CJNE A,B,COMPLJMP CJ2COMP: CJNE A,#30H,

8、N30SETB CTROLJMP CJ1N30: JNC COM96SETBJRLJMP CJ1COM96:CJNE A,#96H,N96CLR JRLJMP CJ1N96: JC COMABCLR JRLJMP CJ1COMAB:CJNE A,B,DRLJMP CJ2DR: JC DOWNRISE: SETB JRLJMP CJ1DOWN: CLR JRLJMP CJ1AD0809:;MOV DPTR,#0FFF8H LOOP:MOVX DPTR,AMOV R7,#0AHDELAY:NOPNOPNOP中断初始化数据采集转换DJNZ R7QELAY MOVX A,DPTR MOV DPTR,#TBCD MOVC A,A+DPTR MOV R0,ARETDISPO:;MOV R1,#40HMOV A,R0MOV B,AANL A,#0F0HSWAP AMOV R1,Ainc R1MOV A,BANL A,#0FHMOV R1,ARETDISP1:;MOV R0,#40HMOV R1,#50HMOV R7,#2L1:MOV DPTR,#SEGTABMOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV R1,AINC R0INC R1DJNZ R7,L1RETDISP2:;MOV R0,#50HMOV R1,#2L2:MOV A,R0MOV R7,#8L3:RLC AMOV DIN,CCLR CLKSETB CLKDJNZ R7,L3INC R0DJNZ R1,L2RETDISP:PUSH ACCPUSH Bmov 33h,r0LCALL DISP0LCALL DISP1LCALL DISP2拆分查表显示mov r0,33hPOP BPOP ACCRETD100MS:MOV R3,#200DEL0: MOV R4,#125DEL1: DJNZ R4,DEL1DJNZ R3,DEL0RETD1S: MOV R5,#10DEL2: CALL D100MSDJN

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