(完整word版)基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、系統(tǒng)設(shè)計報告基于51單片機的水溫自動控制系統(tǒng)0引言疋種基于在現(xiàn)代的各種工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方都需要用到溫度控制系統(tǒng)。而智能化的控制系統(tǒng)成 為一種發(fā)展的趨勢。本文所闡述的就是一種基于89C51單片機的溫度控制系統(tǒng)。本溫控系統(tǒng)可應(yīng)用于溫度范圍30C到96Co1設(shè)計任務(wù)、要求和技術(shù)指標(biāo)1.1任務(wù)要求利用模擬溫度傳感器檢測溫度，要求檢測電路盡可能簡單。 當(dāng)液位低于某一值時，停止加熱。用AD轉(zhuǎn)換器把采集到的模擬溫度值送入單片機。 無競爭-冒險，無抖動。技術(shù)指標(biāo)溫度顯示誤差不超過1Co溫度顯示范圍為0C 99Co 程序部分用PID算法實現(xiàn)溫度自動控制。 檢測信號為電壓信號。設(shè)計并制作一水溫自動控制系統(tǒng)，可以

2、在一定范圍(30C到96C)內(nèi)自動調(diào)節(jié)溫度，使 水溫保持在一定的范圍(30C至U 96C)內(nèi)。1.2(1)(2)(3)(4)1.3(1)(2)(3)(4)2方案分析與論證2.1主控系統(tǒng)分析與論證根據(jù)設(shè)計要求和所學(xué)的專業(yè)知識，采用AT89C5偽本系統(tǒng)的核心控制器件。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。其引腳圖如圖1所示。2.2顯示系統(tǒng)分析與論證顯示模塊主要用于顯示時間，由于顯示范圍為 099C,因此可采用兩個共陰的數(shù)碼管 作為顯示元件。在顯示驅(qū)動電路中擬訂了兩種設(shè)計方案：方案一：采用靜態(tài)顯示的方案采用三片移位寄存器74LS164作為顯示

3、電路，其優(yōu)點在于占用主控系統(tǒng)的I/O 口少，編程簡單且靜態(tài)顯示的內(nèi)容無閃爍，但電路消耗的電流較大。方案二：采用動態(tài)顯示的方案由單片機的I/O 口直接帶數(shù)碼管實現(xiàn)動態(tài)顯示，占用資源少，動態(tài)控制節(jié)省了驅(qū)動芯片 的成本，節(jié)省了電，但編程比較復(fù)雜，亮度不如靜態(tài)的好。由于對電路的功耗要求不大，因此就在盡量節(jié)省I/O 口線的前提下選用方案一的靜態(tài)顯 示。PL ig pljE pljE PiEPi. J|TFt,囘 ftsiH (iiw)ipj. nO fTWiPJ. ilXTijJPljO (Tsn,jipj. jo (TQI PX 畫 仃】冋5回 麗卩工T回 pa. 0/ too) 國 PIX 1/(0

4、1) 斷存壤I 囲ipo上門訕 E,n/vp?E陀國p兀舁UM* 顧”+叩*HP 0 Ph 3/tun 國理mm回 PI. “gS PJ. 0/lAlfJ圖1 AT89C51引腳圖2.3檢測系統(tǒng)分析與論證1溫度檢測：有選用AD590和 LM35D兩種溫度傳感器的方案，但考慮到兩者價格差距較 大，而本系統(tǒng)中對溫度要求的精度不很高，因而選用比較廉價LM35D溫度傳感器采用的是NS公司生產(chǎn)的LM35D他具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍,他的輸出電壓與攝氏溫 度線性成比例，且無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供 1/ 4 C的常用的室溫精度。L M35的輸出 電壓與攝氏溫度的線形關(guān)系可用下面公式表示,0

5、 C時輸出為0 V ,每升高1 C ,輸出電壓增加10 mV其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其接法如圖2與圖3所示。正負(fù) 雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的測量，單電源模式在25 C下電流約為50 mA ,非常省電。 本系統(tǒng)采用的是單電源模式。Vout=10mV/CX TC)2液位檢測：同樣考慮到成本問題，選用自己做一個液位傳感裝置。+ H-：0 VLM35fH；TPUT13【陽OmV HO ciiVX圖3雙電源模式圖2單電源模式2.4控制系統(tǒng)分析與論證由于需要用大功率加熱裝置對水溫進行調(diào)節(jié)，故采用帶過零檢測雙向可控硅輸出光電耦 合器MOC304構(gòu)成后向控制電路。3系統(tǒng)原理框圖AD轉(zhuǎn)換、數(shù)

6、硬件組成框圖如圖4所示：主要由AT89C51單片機、溫度信號采集和調(diào)理、 碼顯示電路、溫度控制等部分組成。液位檢測溫度 顯示執(zhí)行 電路單片機系統(tǒng)圖4 硬件框圖電源開啟后，可以顯示出實時的溫度，并且可以判斷出此時的溫度是否需要對水進行加 熱操作4硬件電路2將采集到的電壓信號送入運放 UA741進行放大處理,4.1溫度信號檢測和調(diào)理電路 LM35D采用單電源供電模式如圖如圖5。n1111V(1111工11K33-Jltd1SEWSJi _cLBfE- loJr32VS嚴(yán)IKC4TI5741yLc 1第22頁丄 I I _|I IIT十T I圖5信號米集調(diào)理電路4.2顯示電路顯示電路由兩片 連接方式

7、。74LS16 4和兩個數(shù)碼管構(gòu)成,為了 PCB中作圖的方便,故采用如圖6的M3P 74L316IOWJ3 JUZChrq4itXfti:IO son yptoaWTVCS釧A1 114iCi4鞏L10eiLL FL 1渤a常So；心* S*DP7_7.n：G DPDPTf-J 血 GJF圖6溫度顯示電路時鐘由單片機的P1.1提供，第一個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)由單片機的 P1.0提供，第二個數(shù)碼管的數(shù) 據(jù)由第一個164的Q7提供。164的時序圖如圖7所示。AlSt RIALINPUTSL_nur111I*aocMurLrLrLrLrLnLrLrLrLrLTLrIL_jILI i_rnOUTPUTSOb

8、1 3QqOhCL FARIICLEAR圖7 74LS164的時序圖4.3溫度控制電路溫度控制電路由光電耦合器MOC304和雙向晶閘管BT137構(gòu)成，硬件連接如圖 &圖8溫度控制電路4.4 AD轉(zhuǎn)換電路本部分電路由ADC0809和一些74系列芯片構(gòu)成，其中74LS74用于對單片機的ALE信號 進行分頻作為0809的時鐘，74LS373用做地址鎖存實現(xiàn)單片機 P0 口的分時復(fù)用。該部分硬 件電路如圖9所示。COCCKdCflAI XLSU3STARTLosIW總當(dāng)住5uriraaHHIV4FF 說c 31V-SMlPMVJtijTMTMId呷VK卜劉bWI-1站EADCUriADBaAEXXrl

9、LZ申ABLESTjiTCLOCKX IT znizP .ignj； X aSTs TTt中 aID CLX主控系統(tǒng)電路主要承擔(dān)顯10為單片機的主控電路。圖9 AD轉(zhuǎn)換電路4.5主控系統(tǒng)電路該系統(tǒng)由AT89C51構(gòu)成，由5V電源供電，采用6Mhz的晶振。 示及對溫度的PID控制的核心引用，各功能通過軟件軟件實現(xiàn)。圖圖10單片機主控電路4.6整體PCB圖見附件A5軟件部分5.1主程序流程說明PID控制。流程圖如下:主程序的任務(wù)主要是循環(huán)檢測采集到的溫度值，不斷比較實現(xiàn)開始初始化圖11主程序流程圖5.2各子程序模塊流程521顯示部分顯示部分主要包括三個小模塊：第一、原始數(shù)據(jù)的拆分；第二、待顯示數(shù)據(jù)

10、查表；第三、 待顯示數(shù)據(jù)的輸出。數(shù)據(jù)分配表如圖 12,送待顯示數(shù)據(jù)流程如圖13,查表流程如圖144原始數(shù)據(jù)區(qū)d七段碼數(shù)據(jù)區(qū)屮圖14查表程序流程圖12數(shù)據(jù)分配表4圖13待顯示數(shù)據(jù)輸出流程522中斷程序部分中斷部分包括定時器中斷（主要實現(xiàn) 1秒刷新一次顯示）和外部中斷（檢測液位。為防 止抖動，設(shè)置一個標(biāo)志位，進入中斷后判斷標(biāo)志位，如果一秒鐘內(nèi)沒有出中斷，則響應(yīng)，否 則不響應(yīng)），流程圖分別如圖15和圖16。圖16外中斷流程圖圖15定時器中斷流程圖5.3整體程序見附件C 6系統(tǒng)調(diào)試6.1軟件調(diào)試調(diào)試所用軟件：Keil uVision2 和 Proteus7。將編寫好的程序用Keil uVision2匯

11、編編譯成hex格式的文件后導(dǎo)入Proteus7中的原理 圖（附件B）內(nèi)。結(jié)果正常顯示，說明程序本身沒有問題。6.2硬件調(diào)試調(diào)試所用工具：直流穩(wěn)壓電源，示波器，萬用表等。6.2.1放大電路的調(diào)試：將信號調(diào)理部分電路的輸入端接地，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓為零（用萬用表毫伏檔測 量）。輸入一定的電壓值0 1V范圍內(nèi)，觀察電路的輸出電壓，調(diào)節(jié)電阻值，使輸出為 輸入的5倍。6.2.2 顯示電路的調(diào)試：先寫一個簡單的顯示程序，燒入單片機內(nèi)，接好電路，觀察顯示是否正常。6.2.3 AD轉(zhuǎn)換電路的調(diào)試：寫一個簡單的控制ADC0809勺程序，用示波器觀察ADC0809所接受到的信號是否正確， 如時鐘信號、開始信號

12、等、給定輸入端一個電壓，給 0E端持續(xù)加高電平，使允許輸出， 用萬用表或示波器測量各個輸出引腳的轉(zhuǎn)換情況，結(jié)果與計算值是否相符合。6.2.4系統(tǒng)的整體調(diào)試：將編寫好的程序燒入單片機中，接好整體電路，觀察輸出結(jié)果是否正確。調(diào)試中顯示一 直是99,最后去掉373和排阻，顯示正常。主要是因為加的排阻過小，只有330歐姆，而ADC080響單片機送數(shù)據(jù)的時間有很短，所以，即使送入0也可能會被單片機認(rèn)為是1,所以一直顯示99。625系統(tǒng)存在的問題：由于實驗調(diào)試時，只是觀察led燈的亮滅變化，沒有接上實際的光耦驅(qū)動大功率加熱器 件，而實際測試時，led燈的亮度不高說明驅(qū)動電流太小，因而在驅(qū)動光耦時還需加入

13、74LS07以增大P1.2 口的驅(qū)動電流，使之能夠驅(qū)動光耦。調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)所購買的 ADC0809勺IN0輸入端直接與地短接，所以，真正做成的系統(tǒng)用的是通道1。又加上調(diào)試 時去掉了排阻和74LS373因而選地址時是直接把地址選擇端接成了高低電平，雖然實 現(xiàn)了功能但是與初衷不符。參考資料：【1】謝自美電子線路綜合設(shè)計華中科技大學(xué)出版社【2】張毅剛單片機原理及應(yīng)用附件A：附件B:整體PCB圖MF卄 aawFFl TIPJ.I匪rcrmK.*F7a*inI世“山 ruri卜F3.lnhrfafrjHFBV-neM0 忤.Q.rHAi? 1U4B、亠-IJIi.RV1灶碼:.出T桝卜臥S左位 tEi

14、i EEW口 a o c- DOO-.u+lh II話+(4卜| 平丄P ROTEU仿真圖附件C:本系統(tǒng)所用程序:DIN BIT P1.0CLK BIT P1.1JR BIT P 1.2F1 BIT 21HORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT00ORG 000BH LJMP INTDIS PORG 0030HMAIN: SETB EASETB EX0SETB ET0TMOD,#01HTH0,#3CHTL0,#0B0HMOVMOVMOV mov 20h,#10中斷初始化SETB TR0CLR F1CJ1: MOV R0,#30H LCALL D1S LCA

15、LL AD0809 MOV B,ACJ2: MOV R0,#31H LCALL D1S LCALL AD0809 CJNE A,B,CO MP LJMP CJ2COM P: CJNE A,#30H,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 CJ1數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換AD0809:;

16、MOV DP TR,#0FFF8H LOOP:MOVX DP TR,AMOV R7,#0AH DELAY:NOPNOPNOPDJNZ R7,DELAYMOVX A,D PTRMOV DP TR,#TBCDMOVC A,A+D PTRMOV R0,ARETDIS PO:;MOV R1,#40HMOV A,R0MOV B,AANL A,#0F0HSWAP AMOV R1,Ainc R1MOV A,BANL A,#0FHMOV R1,ARETDIS P1:;MOV R0,#40HMOV R1,#50HMOV R7,#2L1:MOV DP TR,#SEGTABMOV A,R0MOVC A,A+D PT

17、RMOV R1,AINC R0INC R1DJNZ R7,L1RETDIS P2:;MOV R0,#50HMOV R1,#2L2:MOV A,R0MOV R7,#8L3:RLC AMOV DIN,CCLR CLKSETB CLKDJNZ R7,L3INC R0DJNZ R1,L2RETDIS P:P USH ACCP USH Bmov 33h,r0拆分查表顯示LCALL DIS P0LCALL DIS P1LCALL DIS P2 mov r0,33hPOP BPOP ACCRETD100MS:MOV R3,#200DEL0: MOV R4,#125DEL1: DJNZ R4,DEL1DJNZ

18、 R3,DEL0 RETD1S: MOV R5,#10DEL2: CALL D100MSDJNZ R5,DEL2RETINT00:JNB F1,LINT CLR JRSJMP RETURNLINT:SETB F1LCALL D1S RETURN:RETIINTDIS P:P USH ACCP USH BMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0H djnz 20h,back mov 20h,#10 LCALL DIS P back:POP BPOP ACCRETITBCD:DB 00H,00H,01H,01H,02H,02H,02H,03HDB 03H,04H,04H,04H,05H,0

19、5H,05H,06HDB 06H,07H,07H,07H,08H,08H,09H,09HDB 09H,10H,10H,11H,11H,11H,12H,12HDB 12H,13H,13H,14H,14H,14H,15H,15HDB 16H,16H,16H,17H,17H,18H,18H,18HDB 19H,19H,20H,20H,20H,21H,21H,21HDB 22H,22H,23H,23H,23H,24H,24H,25HDB 25H,25H,26H,26H,27H,27H,27H,28HDB 28H,28H,29H,29H,30H,30H,30H,31HDB 31H,32H,32H,32H,33H,33H,34H,34HDB 34H,35H,35H,35H,36H,36H,37H,37HDB 37H,38H,38H,39H,39H,39H,40H,40HDB 41H,41H,41H,42H,42H,43H,43H,43HDB 44H,44H,44H,45H,45H,46