自動(dòng)水溫加熱器設(shè)計(jì)．測(cè)控大作業(yè)要求自動(dòng)水溫加熱器設(shè)計(jì)加熱體：交流電阻絲500W測(cè)溫傳感器：熱電偶要求：能夠檢測(cè)水的溫度，控制水溫為設(shè)定值，允許少量偏差，比如溫度4攝氏度設(shè)計(jì)步驟；傳感器的信號(hào)輸出，信號(hào)放大，濾波，電平偏移， , 控制，顯示等。二．設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的加熱器的溫度控制系統(tǒng)，以單片機(jī)為控制核心，以傳感器采集溫度信號(hào)放大后經(jīng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)9通過軟件編程可以驅(qū)動(dòng)各個(gè)管腳連接的功能模塊實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，如溫度采集、溫度設(shè)定、顯示、示警等。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)加熱器水箱的水溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示加熱器水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開關(guān)選擇制冷或加熱，可以人為設(shè)置水的溫度的上下限，如加熱，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)正常工作，當(dāng)?shù)陀谒疁叵孪迺r(shí)控制加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時(shí)控制壓縮機(jī)制冷，溫度檢測(cè)范圍0~9℃5，精度±1℃，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)具有示警功能。三．方案總設(shè)計(jì)以單片機(jī)系統(tǒng)為核心的控制方案，其原理框圖如圖1所示。本方案通過溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，信號(hào)放大后，經(jīng) 轉(zhuǎn)換器，

轉(zhuǎn)換器將進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)處理，并將采集的溫度值與鍵盤設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，單片機(jī)輸出相應(yīng)的信號(hào)來(lái)控制外部設(shè)施，達(dá)到控制加熱器加熱或壓縮機(jī)制冷的目的。還具有四．電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖所示，由主控器 、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī) 作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。

圖2單片機(jī)最小系統(tǒng).單1圖2單片機(jī)最小系統(tǒng).單1片機(jī)選擇單片機(jī)是公司的 系列單片機(jī)的其中一種，該系列是當(dāng)今世界上最新型的電擦寫八位單片機(jī)之一，和51系列完全兼容，低電壓、

低電流、低功耗，價(jià)格低廉，很受用戶歡迎。其管腳圖如圖3所示。VCC導(dǎo)U?1PIO w POOPll > P01P12 P02P13 P03P14 P04F15 F05F16 P06P17 P071MT1 F20INTO P21P22T1 P23TO P24P25EA/VP P26P27XIX2RESET RXDTXDRD g AL.EyP-WR S FSEN39233337436535634733832211H221I23242531zc2719281018911二;口0方AT89C51管腳圖4.1.時(shí)2鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件。外接晶體以及和構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。晶體的振蕩的頻率的范圍通常是在 到Z之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也Z就越快。 單片機(jī)常選擇振蕩頻率7或到勺石英晶體，考慮到本設(shè)計(jì)所用的各種器件對(duì)時(shí)鐘頻率的要求及整體電路的簡(jiǎn)潔性，本設(shè)計(jì)選用的是振蕩頻率為的石英晶體。Z4.1.復(fù)3位電路的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常用的復(fù)位電路有四種方式：（1）上電復(fù)位電路（2）按鍵復(fù)位電路（3）脈沖復(fù)位電路（4）兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等原因，在很多設(shè)計(jì)里面，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。根據(jù)本系統(tǒng)的特性，決定選用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要的上升時(shí)間不超過 ，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 ，電容選Z用n,電阻選用K。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，在電路充電過程中，端出現(xiàn)正脈沖，保證引腳出現(xiàn)以上穩(wěn)定的高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位。溫度采集電路設(shè)計(jì)根據(jù)加熱器的特性及本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的溫度采集電路分為兩路，其中一路是采集一個(gè)水箱熱水的溫度，另一路是采集另一個(gè)水箱涼水的溫度，因?yàn)閮陕范际菍?duì)加熱器水箱溫度的采集，因此，其元器件及電路連接是一樣的。這部分電路主要器件有：溫度傳感器、電位器、運(yùn)算放大器、電阻等。它的主要功能是把采集到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓，然后輸入到 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。溫度傳感器選用5運(yùn)算放大器用。溫度傳感器 的溫度檢測(cè)范圍在℃一℃,而且精度很高，非線性誤差為土℃。達(dá)到本設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)范圍為℃—℃,精度土℃的設(shè)計(jì)要求。 是單片高性能內(nèi)補(bǔ)償運(yùn)算放大器，具有較寬的共模電壓范圍，它的特性是：不需外部頻率補(bǔ)償、具有短路保護(hù)、失調(diào)電壓到零的能力、較寬的共模和差模電壓范圍、功耗低、無(wú)阻塞現(xiàn)象。而電位器選用阻值分別為和。其電路圖如圖4所示。圖4溫度采集電路溫度傳感器 將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后經(jīng)過個(gè)由、電位器和電阻組成的轉(zhuǎn)換電路 、 、A主要是將輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓。而 是做零位調(diào)整，最后將電壓放大。本設(shè)計(jì)共有兩路采集電路，放大后的電壓也就是輸出電壓，它們分別是、01，、分別作為 轉(zhuǎn)換器的兩路模擬輸入信號(hào)。

轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換部分電路的功能主要是將采集部分采集來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。轉(zhuǎn)換部分電路主要器件有 0 、等。與連接電路如圖所示。ELDCIsisn巫w亞3： 皿亞4人皿5￡ZCNiEtQFM3皿2叫,TOC\o"1-5"\h\z1 型圖 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換器 共有八路模擬輸入端，由于本設(shè)計(jì)溫度采集只有兩路，因此只用到兩路模擬輸入端，其輸入通道為 、 。這兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)分別是溫度采集電路的輸出信號(hào)、，也就是轉(zhuǎn)換為電壓值的加熱01 02器兩個(gè)水箱水的溫度值。選擇這兩個(gè)通道需要通過設(shè)置 的、、的值，因?yàn)樗鼘?duì)應(yīng)的是八路模擬信號(hào)，而本系統(tǒng)只有兩路模擬信號(hào)輸入,因此，只需要將低位 連到的口，并根據(jù)口的電壓是低電平或高電平來(lái)選擇要檢測(cè)哪個(gè)通道，當(dāng) 值為時(shí)選的是 通道，當(dāng) 為時(shí)選的是 通道。而、 只需接地即可。4.4顯示電路設(shè)計(jì)大多數(shù)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，都要配置輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。本系統(tǒng)的輸出設(shè)備是顯示器，根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用七段數(shù)碼管作為顯示器。而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求溫度檢測(cè)范圍℃15,精度士℃。數(shù)碼管只需顯示兩位即可達(dá)到要求，因此，顯示部分電路采用兩個(gè)一位的數(shù)碼管來(lái)組成顯示器，沒有要求顯示小數(shù)點(diǎn)，數(shù)碼管的腳懸空。本設(shè)計(jì)顯示電路的應(yīng)用有兩點(diǎn)，一是實(shí)時(shí)顯示加熱器水箱的水溫值，另一個(gè)是顯示鍵盤設(shè)定的溫度上、下限值。其電路連接如圖6所示。圖6顯示部分電路通過一個(gè) 連接個(gè) 歐姆的電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的腳分別連接到兩個(gè)三極管的共射極，而三極管的共基極連到一起接到CC電源上。共集極分別連接兩個(gè) 的電阻接到單片機(jī)的、管腳。顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，通常使用的是七段E這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種，本設(shè)計(jì)選用的是共陽(yáng)極。共陽(yáng)極顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，

通常此公共陽(yáng)極接正電壓。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。5鍵盤電路設(shè)計(jì)根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求，鍵盤的功能主要是用來(lái)設(shè)置溫度上下限，因此本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤來(lái)完成這一功能要求。其電路連接如圖7所示。圖7獨(dú)立式鍵盤與連接圖ALE-TP5EH圖7獨(dú)立式鍵盤與連接圖ALE-TP5EH本設(shè)計(jì)，采用四按鍵鍵盤，所以在四個(gè)口上接四個(gè)按鍵組成一個(gè)四按鍵的簡(jiǎn)易式鍵盤。各線通過電阻接5當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，所有的線斷開，呈高電平狀態(tài)。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的線與連接單片機(jī)的線短路。當(dāng)鍵按下，進(jìn)入加熱或制冷模式后，數(shù)碼管顯示為。代表溫度設(shè)置起點(diǎn)溫度。再按下按鍵數(shù)碼管顯示值將逐步從個(gè)位數(shù)往上加，直到想要設(shè)置的溫度值，而按鍵是步進(jìn)減鍵，按鍵每下一次，個(gè)位數(shù)減1鍵是確定鍵，通過它來(lái)確定前面所設(shè)定的數(shù)值。報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路主要是由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的，具有聲、光報(bào)警功能的簡(jiǎn)單電路，其電路如圖所示。當(dāng)溫度超過設(shè)置的上、下限時(shí)， 口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作，發(fā)出聲音?？谳敵龈唠娖綍r(shí)，發(fā)光二極管正向?qū)ǎl(fā)光報(bào)警。圖8報(bào)警電路控制電路設(shè)計(jì)該電路是由兩個(gè)固態(tài)繼電器作為控制開關(guān)，一個(gè)繼電器控制加熱