智能水温监控系统的设计.doc

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烟台南山学院

毕业论文

题目智能水温监控系统的设计

姓名：

___马振宇__

所在学院：

_自动化工程学院

所学专业：

_电气工程及其自动化_

班级_电气工程2班__

学号___200803104546

指导教师：

_____王选诚__

完成时间：

__2012.3.19__

II

毕业论文（设计）任务书

论文题目

智能监控水温控制系统的设计

院部

自动化工程学院

专业

电气工程及其自动化

班级

电气工程2班

毕业论文（设计）的要求：

基于MCS-51单片机控制的水温智能控制系统，重点要阐述系统硬件的构成，各部分的主要作用及系统软件的设计过程。

设计方案的核心部件是80C51，通过硬件及软件的合理设计，使系统能满足控制模型中不同阶段的要求。

毕业论文（设计）的内容与技术参数

用单片机控制水的温度，水温在一定范围内又人工设定，并能在水温改变时，实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。

技术参数：

1：

采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到90℃）时，减小系统的调节时间和超调量，最小区分度：

1℃；

2：

温度控制静态误差：

小于等于1℃；

3：

两位共阳极LED数码管显示，显示温度范围：

35℃~99℃。

毕业论文（设计）工作计划（以周为单位）；

第1,2周：

课题调研、查询资料

第3,4周：

开题，方案讨论，提交开题报告

第5-8周：

制作，数码显示电路，串行部分电路

第9,10周：

调试任务、中期检查

第10-12周：

调试程序、测试改进

第13周：

写出总论文、答辩

接受任务日期年月日要求完成日期年月日

学生马振宇（签名）年月日

指导教师（签名）年月日

院长（主任）（签名）年月日

摘要

在工业生产过程中，人们需要对各类加热炉中的温度进行检测和控制。

我设计的水温控制系统选取的设施为单片机，因为单片机具有低功耗，高性能，可靠性好，易于产品化等特点，因此采用单片机对温度进行控制步进控制方便，简单和灵活，而且可以提高被控制温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。

本论文介绍“水温智能控制系统”的设计。

单片机温度控制作为控制系统中的一个典型试验设计，综合运用了微机原理，自动控制原理等诸多方面的知识。

设计过程中，首先进行硬件的设计，其次进行软件设计和综合调试，最终使得此系统实现水温的恒温控制智能化。

关键词：

MCS-51单片机水温控制数据采集温度传感器

Abstract

Intheprocessofindustrialproduction,peopleneedtoallkindsofheatingfurnacetemperaturedetectionandcontrol.IdesignthetemperaturecontrolsystemofselectionoffacilitiesfortheSCM,becausesinglechipmicrocomputerwithlowpowerconsumption,highperformance,goodreliability,easyproductioncharacteristics,thereforetheuseofsingle-chipmicrocomputertocontroltemperaturestepconvenientcontrol,simpleandflexible,andcanimprovethecontroltemperatureofthetechnicalindicators,whichcangreatlyimprovethequalityoftheproducts.

Inthispaper,"designoftheintelligentwatertemperaturecontrolsystem.".Temperaturecontrolledbysinglechipmicrocomputerasthecontrolsysteminatypicalexperimentaldesign,theintegrateduseoftheprincipleofmicrocomputer,automaticcontrolprincipleandsoonmanyaspectsofknowledge.Inthedesignprocess,firstthehardwaredesign,softwaredesignandthesecondintegrateddebugging,finallymakesthesystemachievethewatertemperatureintheconstanttemperatureintelligentcontrol..

KeyWords：

MCS-51,watertemperaturecontrolling,datecollection,temperaturesensor

目录

1概述 1

2总体设计方案 2

2.1主要技术指标 2

2.2系统功能划分指标分配和框图构成 2

3单元电路设计 3

3.1前向通道 3

3.2单片机基本系统 4

3.3后向通道 5

3.4显示通道 5

4.软件设计 7

4.1总体方案 7

4.2程序流程 7

4.3模块说明 7

5制作 9

硬件电路的布线与焊接 9

6.硬件调试 10

6.1单片机基本系统调试 10

6.2前向通道调试 10

6.3后向通道调试 10

7程序调试 12

7.1转换程序仿真 12

7.2输出程序仿真 12

7.3显示程序仿真 13

结论 15

致谢 16

参考文献 17

附录1 18

附录2 20

1概述

本设计基本思路是:

设定一定范围的水温,并能在环境温度降低时实现自动调整,以保持设定的温度基本不变。

该系统采用一片80C51为控制器,前向通道为温度采集,D/A转换,后向通道为温度控制通道,并由LED构成显示通道。

首先温度传感器将温度的变化转换成对应的电信号的变化,即将温度转换成电压并进行放大,然后进行A/D转换，此转换将模拟电压转化成为二进制数字电压信号,传送到80C51芯片，通过程序实现与设定的温度范围比较判断，根据比较结果进行温度控制,以保持恒定的水温,同时用数码管将实测温度显示出来。

本设计控制电路执行部件由一个发光二极管来进行模拟显示，系统设定温度为40ºC～90ºC（可根据实际需要设定）。

当温度低于40ºC或高于90ºC，发光二极管发亮代表控制电路开始工作。

2总体设计方案

方案1：

全硬件设计。

基本思想是利用热敏电阻感知温度,信号转化及放大电路使温度信号转化成电压信号,分压电路提供参考电压,运放LM324构成电压比较器,反相输入参考电压,正相输入信号电压（随温度改变的电压）,当信号电压超过参考电压时,电压比较器输出电平发生跳变,从而给控制电路一个信号，控制电路根据收到的信号决定是否工作,以保持恒定的温度。

方案2：

软硬件结合。

基本思想是根据设计思路编程，设定所需要的温度范围，利用硬件电路将温度转换成数字信号，传送给单片机，由单片机进行实测温度与设定温度的比较，将比较结果传送到控制电路，控制电路根据收到的信号决定是否工作,以保持恒定的温度。

由于温度范围写入单片机内部，并且由软件来决定控制电路工作与否，在一定程度上可以大大减少误差，在操作上也比较方便。

本设计是一个典型的检测、控制型应用系统，要求系统完成从水温检测、信号处理、输入运算到输出控制和显示以实现水温控制的全过程，因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足控制应用类型的功能需要。

另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能也在常规数字逻辑电路中往往是难以实现或无法完成的，所以本设计将采用方案二。

2.1主要技术指标

温度设定范围为：

40ºC～90ºC，最小区分度：

1ºC；

温度控制静态误差：

小于等于1ºC；

两位共阳极LED数码管显示，显示温度范围：

35ºC～99ºC。

2.2系统功能划分指标分配和框图构成

根据系统功能和设计要求,为了简化系统硬件、降低硬件成本、提高系统灵活性和可靠性，有关温度运算、数码管显示及大部分控制过程都可用软件来完成，硬件的主要功能是温度的检测及输出信号的控制和温度的显示。

系统总体设计方案方框图如图1所示。

传感器

单片机基本系统

LED

显示

信号

放大

A/D

电炉

功率放大

图2-1水温控制系统总体框图

3单元电路设计

3.1前向通道

前向通道是信息采集的通道,主要包括传感器检测、信号放大、A/D转换等电路。

由于水温变化是一个相对缓慢的过程,因此前向通道中没有使用采样保持电路。

按设计要求,水温控制静态误差≤1ºC,水温设定范围为40ºC～90ºC,而对水温的检测范围应适当大于此范围,设为35ºC～99ºC,则系统控制的总误差应不大于1/（99-35）×100%=1.56%,分配到前向通道的信号采集总误差应不大于系统总误差的1/2,即精度应为0.78%,可以采用8位A/D转换器实现。

如图2所示。

图2-2系统前向通道

在图2中，水温经温度传感器AD590和信号放大器OP-07产生0-5V的模拟电压信号送入ADC0804的输入端，ADC0804将模拟量转换为数字量，通过系统总线送入单片机进行运算处理，前向通道设计包含以下几个方面：

（a）传感器选择

温度传感器的种类较多。

热电偶由于热电势较小，因而灵敏度较低；热敏电阻由于非线性而影响其精度；铂电阻温度传感器由于成本高，在一般小系统中很少使用。

AD590是美国AnalogDevices公司生产的二端式集成温度—电流传感器，具有体积小﹑重量轻﹑线形度好﹑性能稳定等一系列优点。

它的测温范围为-50～+150ºC，满刻度范围误差为±0.3ºC，当电源电压在5～10V之间，稳定度为1%时，误差只有±0.01ºC,完全适合用于本设计对水温测量的要求。

另外，AD590是温度—电流传感器，对于提高系统抗干扰能力也有很大的帮助，因此本设计选用AD590作为温度传感器。

需要注意的是，在使用AD590一类的传感器时，为了避免器件与被测液体的直接接触，应将传感器装入保护套管中，或将器件用聚四