单片机水温控制电路系统的设计

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1、单片机水温控制电路设计单片机水温控制电路设计序言无论是工业控制领域还是消费电子领域，温度控制的应用都非常广泛，如工业控制中的锅炉、加热炉的控制，消费电子领域的热水器、饮水机的控制，内部[1]都涉及到温度控制。传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入了[2]人们的生活，以单片机为核心的温度采集系统就是其中之一。采用MCS-51单片机对温度进行控制，不仅具有控

2、制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。本文正是介绍一个基于单片机的水温控制电路来控制电炉内的水温。水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见,但是,常规调节三个参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成,步骤繁琐复杂,既耗时又耗力.而且当对象特征变化时,又要重新整定,并且在现代工业控制过程中，许多被控对象机理复杂,这种情况下,采用常规PID调节器，三个参数的整定比较困难，为此本文提出了采用归一参数整定法，即只整定一个参数,这样减少了许多工作量，提高了[3]工作效率，为实现简易的自整定控制带来

3、方便。本设计单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。适用于环境参数经常变化的小型水温控制电路。设计中使用7407同相器作为数码管和固态继电器的驱动。第一章设计任务第1页单片机水温控制电路设计1.1功能1.总的工作功能本设计的任务是：用电炉对水加热，基于单片机设计一个电炉水加热控制电路。要求显示实际温度和门限温度，并且要求门限水温可以由人工通过键盘来设定。电路可以通过对实际温度和门限温度的差值的处理来控制继电器进而控制电炉的开关，从而对水温进行控制，使水温保持在一定温度上。2.各部分的功能（1）电炉

4、接上220V交流电，由继电器控制其开关，对水进行加热。（2）传感器对水温进行实时检测，输出温度信号给单片机。（3）单片机基本系统a.要采集温度传感器传过来的信号，进行相应的处理，送往显示部分；b.接受键盘输入的信号，进行相应的处理，送往显示部分；c.根据实测温度和设定温度的比较，进行相应的处理，给出控制信号。控制继电器开关，从而控制电炉开关。（4）显示由六个七段数码管以及数码管的驱动电路组成，三位数码管显示出测量结果，三位数码管显示出限定温度。（5）按键键入门限值。（6）报警电路当按键输入的温度在软件所限制的范围之外时，报警电路报警。（7）继电器接受单片机传来的信号，通过其驱动，然后作出

5、相应的操作来控制电炉工作与否。相当于一个由单片机控制的开关。1.2技术指标1．门限温度可以在40～90℃之间设定；第2页单片机水温控制电路设计2．可以通过用键盘人工设定门限温度；3．用数码管显示设定温度和实际温度。第二章设计思路2.1总体设计此设计一个基于单片机的水温控制电路，需要完成的功能是温度的设定、检测与显示以及的温度的控制和报警等。当温度小于设定温度时电炉工作，当温度大于设定温度时电炉不工作。[4]（1）软、硬件功能划分在绝大多数单片机应用电路中，电路功能的软、硬件划分往往是由应用电路对控制速度的要求决定的，在没有速度限制的情况下可以考录以软件换取硬件电路的简化，以求降低硬件成本

6、。a)速度估算在不考虑容器热容量和环境温度影响的情况下，水温上升1℃所需的时间达到秒，如果考虑容器热容量和环境温度的影响，时间可能更长。由此可见，对于指令执行时间一般为几个微妙的单片机应用电路来说，控制速度几乎没有热核限制。b)软、硬件功能划分为了简化华电路硬、降低硬件成本、提高电路灵活性和可靠性，有关PID运算，输入信号滤波及大部分控制过程都可由软件来完成，硬件的主要功能是温度信号的传感，设定值的键入，数值的显示及输出信号的转换。2.2简述首先，要选择一个CPU控制芯片。由于电路控制方案简单，在运行过程中需要存放的中间变量只有给定温度、实测温度、PI运算中间结果及输出结果等十几个变量，

7、因此选用AT89C51微控制器作为电路的核心，由于AT89C51的片内[4]RAM已能满足存放要求，可不必再扩充外部RAM。其次，要选择一个温度敏感元件，它能够很灵敏的根据温度变化输出一定的信号。这样的器件种类很多，本设计选用的数字式集成温度传感器DS18B20。这第3页单片机水温控制电路设计是由于本设计中单片机除了要完成数据采集、处理、控制和显示任务外，还要完成按键值得采集、处理。如果用常规的数字加模拟电路实现就会相对困难一些。D