水箱电加热器
控制系统的设计
课程设计人：本人
学号：**********
专业：电气工程及其自动化
水箱电加热器控制系统的设计
一、设计要求：
1.进行水箱加热系统设计
2.要求温度维持在90℃以上，大于90℃时黄灯亮，小于90℃时红灯亮
3.采用电加热方式
6.CPU自选，指示灯用发光二极管
二、设计内容：
1.硬件原理框图水位水温传感器
2.软件流程图
3.结合以上原理图及软件流程图说明控制系统工作原理
三、硬件选择
1.CPU选Inrel的高性能八位单片机8051AH
2.传感器选择
（1）温度传感器——模拟集成温度传感器AD590
集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。 其规格如下：
温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。
可量测范围-55℃至150℃。
AD590的输出电流值说明如下：
其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。
Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为(10K×298μA)。
（2）水位传感器——位置传感器
作为水位的检测，能够利用水的导电性来对水位进行判断。当水位未达到规定要求时，单片机I/O口探测到的将是其预置的高电平；当探测器与水相接触时，由于水的导电性，探测器的电位也会被水拉成低电平，系统能够据此判断出水位信息
如此别离在水箱的25%和90%设置两个探测器，由单片机的两个I/O口别离对其电平进行检测，即可实现实现对高水位（90%水位），低水位（25%水位）的检测
3.A/D转换器——8位A/D转换器ADC0804
由于设计中要求温度精准度达到0.5℃。而水温的可能转变范围为0-100℃，，而八位A/D的分辨率可达，因此此处选择8位A/D转换器ADC0804能够知足设计要求。
ADC0804型8位全MOS 转换器。它是中速廉价型产品之一。片内有三态数据输出锁存器，与微处置器兼容，输入方式为单通道，转换时刻约为100µs。它的非线形误差为±1LSB。电源电压为单一+5V。
其引脚功能此处不详细介绍，其引脚图图1所示：
图一、ADC0804引脚图
单片机是微电子器件，它的输入信号功率很小，要直接驱动大功率部件是不可能的，要实现其控制作用，需要中间的变换电路，这种电路就是中间驱动电路接口。此处选择单片机
控制信号经三极管控制继电器的闭合，从而实现对水箱加热器交流回路和注水管道电磁阀24V直流回路的控制。
5.执行机构选择
（1）水温控制执行机构：继电器控制的发烧部件
（2）水位控制执行机构：采用电磁阀
6.发光二极管选择
选择黄和红发光二级管各一只
四、硬件电路设计
1.水箱及其控制系统的接口示用意如图2下：
图二、水箱电加热器控制系统示用意
2．各子环节硬件电路设计
（1）测温电路设计
此处利用运算放大器实现温度转换，当水温为0℃时，测温电路输出为0V，当水温为100℃时，测温电路输出为5V。如此就可以够使输入ADC0804的模拟量恰好是其典型值，不用再加参考电压Vref/2。具体实现电路如图3所示，图中AD590为电流型传感器，其输出
电流为每增加1℃，电流增加1μA，通过10K电阻将其转换为电压信号，再通过减法器将绝对温度转换为摄氏温度。
图3、测温电路
（2）测温电路输出与A/D转换器的接口电路
ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLKR”和“CLK”两头外接一对电阻电容即可产生转换所需要的时钟，其振荡频率为≈RC。此处采用其典型应用参数为：R=10kΩ，C=150pF，≈640kHz，每秒钟可转换1万次。 被转换的电压信号从输入，此信号是电压信号,模拟地和数字地别离设置引入端,使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以避免寄生耦合造成的干扰。输入电压为0~+5V时，端无需外加任何电压，而由内部电源分压取得，端子浮空即可。具体电路如图4所示：
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