系统设计报告
基于 51 单片机的水温自动控制系统
0 引言
在现代的各种工业生产中 ，不少地方都需要用到温度控制系统。 而智能化的控制系统成 为一种发展的趋势.本文所阐述的就是一种基于 89C51 单片机的温度控制系统。本温控系统可 应用于温度范围 30℃到 96℃。 1 设计任务、要求和技术指标
1。1 任务
设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围(30℃到 96℃)内自动调节温度,使水 温保持在一定的范围(30℃到 96℃)内。
1。2 要求
(时钟
显示器
1) 利用摹拟温度传感器检测温度,要求检测电路尽可能简单。 盐屋
(2) 当液位低于某一值时,住手加热。
(3) 用 AD 转换器把采集到的摹拟温度值送入单片机。
(4) 无竞争— 冒险，无颤动。
1。3 技术指标
(1) 温度显示误差不超过 1℃.
(2) 温度显示范围为 0℃—99℃。
(3) 程序部份用 PID 算法实现温度自动控制。
(4) 检测信号为电压信号。
2 方案分析与论证
2。1 主控系统分析与论证
根据设计要求和所学的专业知识，采用 AT89C51 为本系统的核心控制器件。 AT89C51 是
一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器。其引脚图如
图 1 所示。
2.2 显示系统分析与论证
显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为 0~99℃，因此可采用两个共阴的数码管 作为显示元件.在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：
方案一：采用静态显示的方案
采用三片移位寄存器 74LS164 作为显示电路， 其优点在于占用主控系统的 I/O 口少,编程 简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。
方案二：采用动态显示的方案
由单片机的 I/O 口直接带数码管实现动态显示, 占用资源少， 动态控制节省了驱动芯片的 成本，节省了电 ，但编程比较复杂，亮度不如静态的好。
由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省 I/O 口线的前提下选用方案一的静态显 示.
图 1 AT89C51 引脚图
2.3 检测系统分析与论证
1 温度检测：有选用 AD590 和LM35D 两种温度传感器的方案，但考虑到两者价格差距较 大，而本系统中对温度要求的精度不很高，于是选用比较便宜 LM35D。温度传感器采用的是 NS 公司生产的 LM35D,他具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围， 他的输出电压与摄氏温 度线性成比例,且无需外部校准或者微调，可以提供±1/ 4 ℃的常用的室温精度.L M35 的输出 电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示 ，0 ℃时输出为 0 V ， 每升高 1 ℃ , 输出 电压增加 10 mV。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图 2 与图 3 所示。
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正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在 25 ℃下电流约为 50 mA ，非常 省电。本系统采用的是单电源模式。
Vout=10mV/℃×T(℃)
2 液位检测：同样考虑到成本问题,选用自己做一个液位传感装置。 图 2 单电源模式 图 3 双电源模式
2.4 控制系统分析与论证
由于需要用大功率加热装置对水温进行调节，故采用带过零检测双向可控硅输出光电耦 合器空压机系统 MOC3041 构成后向控制电路.
3 系统原理框图
硬件组成框图如图 4 所示：主要由AT89C51 单片机、温度信号采集和调理、 AD 转换、数 码显示电路、温度控制等部份组成。
A/D 转 换电路
液位检测
温 度 显 示
执 行
电 路
温 度 采 集
电 路
信 号 调 理
电 路
单 片 机 系 统
图 4 硬件框图
电源开启后,可以显示出实时的温度，并且可以判断出此时的温度是否需要对水进行加 热操作
4 硬件电路
4.1 温度信号检测和调理电路
LM35D 采用单电源供电模式如图 2 将采集到的电压信号送入运放uA741 进行放大处理， 如图 5.
图 5 信号采集调理电路
4.2 显示电路
显示电路由两片 74LS164 和两个数码管构成， 为了 PCB 中作图的方便,故采用如图 6 的连 接方式。
图 6 温度显示电路
时钟由单片机的 P1.1 提供，第一个数码管的数据由单片机的P1。0 提供，第二个数码管的数 据由第一个 164 的 Q7 提供。 164 的时序图如图 7 所示。
图 7 74LS164 的时序图
4。3 温度控制电路
温度控制电路由光电耦合器 MOC3041 和双向晶闸管 BT137 构成，硬件连接如图 8。 图 8 温度控制电路
4.4 AD 转换电路
本部份电路由 ADC0809 和一些 74 系列芯片构成，其中 74LS74 用于对单片机的 ALE电路板的制作 信号 进行分频作为 0809 的时钟， 74LS373 用做地址锁存实现单片机P0 口的分时复用。该部份硬 件电路如图 9 所示.
图 9 AD 转换电路
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4。5 主控系统电路
该系统由 AT89C51 构成,由 5V 电源供电， 采用 6Mhz 的晶振。 主控系统电路主要承担显示轴套与轴承 及对温度的 PID 控制的核心引用，各功能通过软件软件实现。图 10 为单片机的主控电
路.
图 10 单片机主控电路
鱼算法4。6 整体 PCB 图见附件 A
5 软件部份
5.1 主程序流程说明
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