水溫恒控系統(tǒng)課程設(shè)計-文庫吧
2025-05-17 17:10 本頁面
【正文】 被測對象 鍵盤輸入 溫度示數(shù) 顯示 3 各模塊方案選擇和論證 （ 1） 控制器模塊 根據(jù)題目的要求，控制器主要用于傳感器的數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，還有對數(shù)據(jù)分析處理后所發(fā)出的指令，對于控制器有以下兩種方案。 方案一：采用 ATMEL公司生產(chǎn)的 AVR系列單片機作為系統(tǒng)的控制器。 AVR系列單片機具有高速、高可靠性、功能強和低功耗的特點，并且具有豐富的外部設(shè)備， I/O口驅(qū)動能力大。但是做水溫恒控系統(tǒng)不需這么復雜的控制器，而且控制器的價格還比較昂貴，做出的設(shè)備性價比不高，不適合大量投入生產(chǎn)。 方案二：采用同為 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S5X系列中 AT89S51單片機作為主控芯片，該芯片的算術(shù)運算能力強，軟件編程靈活，自由度大，并且其功耗低、體積小、技術(shù)成熟，能完全滿足本次系統(tǒng)的操作內(nèi)容，而且操作較為簡單，價格便宜，性價比較高。 （ 2） 溫度采集模塊 方案一： 1溫度傳感器溫度傳感器采用補償型 NTC熱敏電阻其主要性能如下： ① 補償型 NTC熱敏電阻 B值誤差范圍小，對于阻值誤差范圍在 5％的產(chǎn)品，其一致性、互換性良好。適合于一般精度的溫度測量和計量設(shè)備。但是使用中需要添加額外的 方案二：選用 DS18B20溫度傳感器。 美國 Dallas 半導體公司的數(shù)字化 溫度傳感器DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念 。 DS18B20 具有 獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ；它 的適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 ；其 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫 度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ， 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號 ； 以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 ；并且可以不使用 A/D轉(zhuǎn)換器，減少了外圍電路的連接， 所以我決定選擇 DS18B20作為溫度模塊的采樣器。 （ 3） 顯示模塊 方案一：采用 LED數(shù)碼管顯示。 LED數(shù)碼管在單片機系統(tǒng)中的應用非常普遍， LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管組成的，通過點亮不同的數(shù)碼管來進行不同數(shù)字的顯示。雖然操作比較簡單，但是比較占用單片機的 I/O端口，而且可 能有些需要的文字在數(shù)碼管上無法表 4 示出來，且變化不靈活，所以不予采用。 方案二：采用 1602液晶顯示屏器示。液晶顯示器的主要工作原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。液晶體積小、功耗低、顯示操作簡單?？梢暂^為隨意的顯示出想要的字符，變換較為靈活，故采納 1602液晶顯示器作為顯示模塊。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 經(jīng)過仔細分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： （ 1） 控制模塊： AT89S51 （ 2） 溫度采集模塊： DS18B20溫度傳感器 （ 3） 顯示模塊： LCD1602液晶顯示器 系統(tǒng)的基本框圖 如圖 13所示： 水溫 圖 13 水溫恒控系統(tǒng)的基本框圖 AT89S51 傳感器 命令鍵輸入 數(shù)據(jù)采集 顯示電路 控制電路 控制水溫 5 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)的硬件基本組成部分 本系統(tǒng)是采用 AT89S51單片機作為主控芯片，通過 DS18B20溫度傳感器對水溫進行采樣并將數(shù)字量傳遞給單片機；在單片機進行數(shù)據(jù)分析處理后，在用 LCD液晶顯示器將溫度顯示出來。通過輸出指令來控制其執(zhí)行電路，由單片機的輸出開關(guān)量來控制風扇或電阻絲，來實現(xiàn)溫度的升降。 主要單元電路的設(shè)計 控制電路 及執(zhí)行電路的設(shè)計 主控芯片 AT89S51選擇的晶振頻率為 12MHZ，它 的 最小系統(tǒng)如圖 21所示 圖 21 單片機的最小系統(tǒng)原理圖 由單片機的輸出開關(guān)量來控制風扇或電爐來實現(xiàn)水溫的降低或升高。設(shè)計中采用光電耦合器進行強電和弱電的隔離，但還要考慮輸出信號要對可控硅進行觸發(fā)，以便接通降溫電路或升溫電路，所以晶閘管選用既有光電隔離又有觸發(fā)功能的 MC3051，如圖 22所示。 圖 22 單片機的控制執(zhí)行電路 6 傳感器電路設(shè)計 DS18B20采用的是單條信號線，既可傳輸時鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù) 的傳輸是雙向的，電路原理圖如圖 23所示。 圖 23 DS18B20電路圖 按鍵電路設(shè)計 其中 K4為功能控制鍵接到單片機的外部中斷 INT0引腳處，當 K4鍵被按下時，觸發(fā)外部中斷，使程序進入中斷子程序中， K1鍵和 K2鍵分別為功能加一鍵和功能減一鍵用來調(diào)節(jié)設(shè)定的溫度系數(shù)，當 K3被按下時，系統(tǒng)跳出按鍵的外部中斷程序。 圖 24 按鍵電路原理圖 LCD1602液晶顯示設(shè)計 1602液晶有 8個數(shù)據(jù)口，其中的 RS端口為數(shù)據(jù)或命令選擇端， RW為讀寫選擇端， E為使能信號，是液晶 1602操作 過程中必不可少的端口，它的電路原理圖如 24所示。 7 圖 24 1602液晶顯示器電路原理圖 8 3 系統(tǒng)程序設(shè)計 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，由主程序模塊、
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