电子设计竞赛设计报告书水温自动控制系统.doc

广西区第二届电子设计竞赛设计报告书 设计题目：水温自动控制系统 参赛者姓名：所在学院： 所在班级：06电本6班 竞赛时间：2008年4月20日 校电子设计竞赛组委会制二八年五月摘要本设计以单片机和新型数字传感器为核心组成温度测量及控制系统。本系统采用INTEL MCS-51指令系统的ATMEL(爱特梅尔)AT89S52单片机作为控制芯片，完成温度值接收、转换、报警处理；由DALLAS出品的新型的单路串行数字温度传感器DS18B20，完成温度测量、分析、判断阈值、输出功能。通过控制风扇和热得快进行相关操作，使一定空间范围内的温度保持基本恒定。关键词：温度自动控制 DS18b20 风扇 热得快AbstractThis design spread with new arithmetic figure to sensor to constitute the temperature to measure and control for core with the machine of slice system. Single slice of the system's ATMEL AT89S52 of INTEL MCS-51 instruction of adoption of this system machine conduct and actions MICROARRAY , complete the temperature worth receive, conversion, report to the police to handle; New and single road string produced by DALLAS line the arithmetic figure temperature sensor DS18B20, and complete the temperature to measure, analysis, judgment the worth, output function. Then the computer controls an electric fan or a heating wire to keep the temperature within a certain range.Key words: temperature autocontrol,DS 18b20 , fan, heating wire设计要求设计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或升高时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。系统设计具体要求： 温度设定范围为4090。 环境温度降低时（用电风扇降温）温度控制的静态误差1。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。用十进制数码管或LCD显示水的实际温度。1、总体方案设计及论证根据题目的要求，我们提出了以下的两种方案：方案1：此方案是采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用数码显示和键盘设定。方案2：采用单片机AT89C52为核心。采用了温度传感器DS18B20采集温度变化信号。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。比较上述两种方案，方案2明显的改善了方案1的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点，因此本设计电路采用方案2。2.3 各部分电路方案论证本电路以单片机为基础核心，系统由前向通道模块、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。现将各部分主要元件及电路做以下的论证：（1）、温度采样部分 方案1：采用热敏电阻，可满足35-95的测量范围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比较差，对于检测精度小于1的温度信号是不适用的。 方案2：采用温度传感器DS18B20。：DS18B20数字温度计独特的一线接口，只需要一条口线通信  多点能力，简化了分布式温度传感应用  无需外部元件  可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V  无需备用电源  测量温度范围为-55 ° C至+125 ,精度为±0.5 ° C，其各方面特性都满足此系统的设计要求。 经上述比较，方案2明显优于方案1，故选用方案2。（2）、控制电路部分    方案1：采用8031芯片，其内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，这给电路增加了复杂度。 方案2：本方案的CPU模块采用2051芯片，其内部有2KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器。但由于系统用到较多的I/O口，因此此芯片资源不够用。 方案3：采用AT89C52单片机，其内部有8KB单元的程序存储器，不需外部扩展程序存储器，而且它的I/O口也足够本次设计的要求。二、总体方案此方案采用89S52单片机系统实现，键盘输入温度设定值，用现在最新的集成温度传感器DS18B20采集准确的温度，液晶显示设定值和水温实测值，加热和降温控制采用触点继电器控制。 温度控制器系统框图三、元器件选型及电路设计1  元器件选型1) 温度传感器温度传感器选用DS18B20芯片。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。2) 键盘采用独立四个键来输入，它们的功能分别为：“设定”，“加一”，“减一”和“跟随”，四个功能。 3 ）液晶显示 现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。 1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。引脚和尺寸如图所示 ： ）AT89S52芯片AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器,256字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 系统硬件总的电路设计1)   温度采集电路DS18B20为单总线器件，接口电路简单，如下图所示2)        键盘电路本键盘电路采用独立键设计，四个键接到单片机的四个中断源上。当按下时为低电平。电路如图：3)        蜂鸣报警电路蜂鸣器通过一个三极管来驱动，这里选用9015。电路图如下：4)     液晶显示电路 液晶选用LCD1602电路图如下。5）加热模块用固态继电器控制热得快加热。6）减温模块用触点继电器控制风扇减温。电路图如下：3     程序设计 温控系统的主流程图为： 程序中用键盘程序采用中断方式，定时采用单片机中的定时器来节省外部硬件。PWM采用I/O口模拟输出。 2各个模块的流程图读取温度DS18B20模块的流程  键盘扫描处理流程参考文献： 微型计算机控制技术.潘新民、王燕芳编著.电子工业出版社，2003.1单片机原理及应用.姜志海主编，电子工业出版社，2005.7单片机原理及接口技术.梅丽凤、王艳秋、张军编著，清华大学出版社2004.2