基于单片机的热水过程控制器设计.doc

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1、基于单片机的热水控制器设计一、整体设计方案1.课程设计要求1.1题目：基于单片机的热水控制器设计1.2要求：完成基于单片机的热水控制器系统的设计，能够实现水温的自动加热，并检测水温大小，对温度进行显示。o程序设计合理、简洁。o自行设计检测及相关处理电路。o完成单片机数据采集及处理的硬件电路设计及相关软件编程。o辅助电路及元器件自选。o自选传感器类型o加热范围40~100摄氏度2.设计方案本文是用51单片机设计的一种多功能热水控制器,具有自动和手动加水、设置水温、实时显示水量及温度和报警功能，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。当前市场上的热水控

2、制器基本上采用双金属片温控，控温精度低、可靠性差、功能单一。随着微电子技术的发展，单片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。在热水控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、功能易扩展等优点。热水控制器主要实现对水温的控制，并满足不同用户的个性需求。因此一个较完善的控制器应具有以下功能：　　水温的测量与显示；水量的测量与显示；用户设定功能(如水温设定，定时设定等)；对电加热管的控制功能；一些功能键(如定时自动加水，恒温控制，手动加水，手动加热等)。22基于单片机的热水控制器设计一、整体设计方案1.课程设计要求1.1题目：基于单片机的热

3、水控制器设计1.2要求：完成基于单片机的热水控制器系统的设计，能够实现水温的自动加热，并检测水温大小，对温度进行显示。o程序设计合理、简洁。o自行设计检测及相关处理电路。o完成单片机数据采集及处理的硬件电路设计及相关软件编程。o辅助电路及元器件自选。o自选传感器类型o加热范围40~100摄氏度2.设计方案本文是用51单片机设计的一种多功能热水控制器,具有自动和手动加水、设置水温、实时显示水量及温度和报警功能，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。当前市场上的热水控制器基本上采用双金属片温控，控温精度低、可靠性差、功能单一。随着微电子技术的发展，单

4、片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。在热水控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、功能易扩展等优点。热水控制器主要实现对水温的控制，并满足不同用户的个性需求。因此一个较完善的控制器应具有以下功能：　　水温的测量与显示；水量的测量与显示；用户设定功能(如水温设定，定时设定等)；对电加热管的控制功能；一些功能键(如定时自动加水，恒温控制，手动加水，手动加热等)。2289C51电源控制温度测量LED显示键盘和水量档位图1原理框图二.硬件电路设计　　根据热水控制器的功能要求，并结合对51系列单片机的资源分析，采用此系列中的主流型号89

5、C51作为电路系统的控制核心。电热水控制器的总体布局如图1所示。基本硬件电路图如图2(a)~(c)所示。在本系统中，P0.0~P0.3用于七段码显示，P2.6控制水闸开关，P2.7控制电加热管，P3.3~P3.5用于按键设计和读取水量，P3.0~P3.2用于跟DS1820通信进行水温测量，P2.0~P2.1对七段码进行扫描，P2.2~P2.5LED指示灯显示，P3.7控制扬声器用于报警和指示。1.水温测量电路水温测量电路如图4所示，测温元件采用DALLAS的单线数字温度传感器DS1820。DS1820提供九位温度读数，测量范围-55℃~125℃，采用

6、独特1-WIRE总线协议，只需一根口线即实现与MCU的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。在工作时，通过总线向其提供电源，单片机发出指令码读取温度值。（1）DS1820的工作原理DS1820采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，管脚排列如图2所示。图中3号引脚为GND，2号引脚I/O为数据输入/输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。1号引脚VDD是外部+5V电源端，不用时应接地。NC为空脚。图3所示为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺

7、式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL解发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。图2DS1820引脚图22图3DS18B20内部结构图（2）寄生电源寄生电源由二极管VD1、VD2和寄生电容C组成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时，VDD端接地，器件从单线总线上获取电源。在I/O线呈低电平时，改由C上的电压Vc继续向器件供电。该寄生电源有两个优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少正常电源时也能读ROM。若采用外部电源VDD，则通过VD2向器件供电。（3）温度测量原理DS1820测量温度时使

8、用特有的温度测量技术。其测量电路框图如图3所示。DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，