基于單片機(jī)的水溫控制電路設(shè)計(jì)

序言
無論是工業(yè)控制領(lǐng)域還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，溫度控制的應(yīng)用都非常廣泛，如工業(yè)控制中的鍋爐、加熱爐的控制，消費(fèi)電子領(lǐng)域的熱水器、飲水機(jī)的控制，內(nèi)部都涉及到溫度控制[1]。
傳統(tǒng)靠人工控制的溫度、濕度、液位等信號(hào)的測壓﹑力控系統(tǒng)，外圍電路比較復(fù)雜，測量精度較低，分辨力不高，需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)(非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等)；且它們的體積較大、使用不夠方便。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的溫度采集系統(tǒng)就是其中之一[2]。采用MCS-51單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標(biāo)。本文正是介紹一個(gè)基于單片機(jī)的水溫控制電路來控制電爐內(nèi)的水溫。
水溫控制在工業(yè)及日常生活中應(yīng)用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見,但是,常規(guī)調(diào)節(jié)三個(gè)參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來完成,步驟繁瑣復(fù)雜,既耗時(shí)又耗力.而且當(dāng)對象特征變化時(shí),又要重新整定,并且在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，許多被控對象機(jī)理復(fù)雜,這種情況下,采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)器，三個(gè)參數(shù)的整定比較困難，為此本文提出了采用歸一參數(shù)整定法，即只整定一個(gè)參數(shù),這樣減少了許多工作量，提高了工作效率，為實(shí)現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便[3]。
    本設(shè)計(jì)單片機(jī)控制部分采用AT89C51單片機(jī)為核心，采用軟件編程，實(shí)現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而控制電爐的加熱來實(shí)現(xiàn)溫度控制。適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制電路。設(shè)計(jì)中使用7407同相器作為數(shù)碼管和固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)。
      

第一章  設(shè)計(jì)任務(wù)

1.1功能
1.總的工作功能
   本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：用電爐對水加熱，基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)電爐水加熱控制電路。要求顯示實(shí)際溫度和門限溫度，并且要求門限水溫可以由人工通過鍵盤來設(shè)定。電路可以通過對實(shí)際溫度和門限溫度的差值的處理來控制繼電器進(jìn)而控制電爐的開關(guān)，從而對水溫進(jìn)行控制，使水溫保持在一定溫度上。
2.各部分的功能
（1）電爐
     接上220V 交流電，由繼電器控制其開關(guān)，對水進(jìn)行加熱。
（2）傳感器
     對水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，輸出溫度信號(hào)給單片機(jī)。
（3）單片機(jī)基本系統(tǒng)
  a.要采集溫度傳感器傳過來的信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，送往顯示部分；
　b.接受鍵盤輸入的信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的處理，送往顯示部分；
  c.根據(jù)實(shí)測溫度和設(shè)定溫度的比較，進(jìn)行相應(yīng)的處理，給出控制信號(hào)?？刂评^電器開關(guān)，從而控制電爐開關(guān)。
（4） 顯示
  由六個(gè)七段數(shù)碼管以及數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路組成，三位數(shù)碼管顯示出測量結(jié)果，三位數(shù)碼管顯示出限定溫度。
（5）按鍵
鍵入門限值。
（6）報(bào)警電路
     當(dāng)按鍵輸入的溫度在軟件所限制的范圍之外時(shí)，報(bào)警電路報(bào)警。
（7）繼電器
      接受單片機(jī)傳來的信號(hào)，通過其驅(qū)動(dòng)，然后作出相應(yīng)的操作來控制電爐工作與否。相當(dāng)于一個(gè)由單片機(jī)控制的開關(guān)。

1.2 技術(shù)指標(biāo)
   1．門限溫度可以在40～90℃之間設(shè)定；
   2．可以通過用鍵盤人工設(shè)定門限溫度；
   3．用數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度和實(shí)際溫度。

附 錄

附錄一 電路元件清單
附錄二 水溫控制電路的原理圖
附錄三 設(shè)計(jì)實(shí)物圖
附錄四 LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示的軟件子程序
附錄五 按鍵子程序
附錄六 DS18B20溫度檢測子程序
附錄七 基于單片機(jī)的水溫控制電路設(shè)計(jì)匯編程序
附錄八 中英文翻譯
       英文原文
       中文翻譯