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基于单片机的水温检测与控制系统设计+PID算法+单片机最小系统电路 第4页

更新时间:2016-9-19:  来源:毕业论文
硬件系统电路连接
本系统的硬件设计包括:最小系统模块,温度采集模块,数据存储模块,控制电路模块,报警电路模块和液晶显示模块以及键盘输入模块等部分。温度采集模块通过温度传感器对水温进行采集,将获取的温度信号输入到单片机中,这里温度传感器采用DS18B20。单片机对获取的温度值进行处理后,对当前设定温度值与获取值进行比较,并通过PID控制算法,根据运算结果对继电器进行控制。而继电器的通断可以控制加热器和降温装置使温度达到目的温度,当水温高于或低于设置温度时发生报警。数据采集模块是将采集和显示的数据进行存储,即使本系统关闭,下次系统开启时仍能显示上次关闭时的数据。本系统的硬件系统框图如图3所示:

图3 硬件系统框图
3.1 单片机最小系统电路
单片机最小系统电路以单片机为核心外加复位电路和振荡电路组成。AT89S51单片机有128B数据存储器(RAM),用于存放可读/写的数据。片内程序存储器为4KB的Flash ROM,用于存放程序和表格之类的固定常数,因此单片机系统不用构建扩展电路。由于不用外扩程序存储空间,所以31引脚必须接高电平,此时CPU才只访问片内的Flash程序存储器。而接低电平时,单片机执行片外的程序存储器,而系统会因没有外部存储器而无法运行。AT89S51输入端引脚XTAL1和输出端引脚XTAL2跨接石英晶体和微调电容构成一个稳定的自激振荡器对单片机提供时钟信号。复位电路是对单片机进行的初始化操作,需要给AT89S51单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期(即24个始终振荡周期)的高电平才能实现复位。另外,当RST引脚为高电平时,能使单片机摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动。本系统复位使用按键电平复位电路,它通过RST端经电阻和电源V cc接通来实现[8]。最小系统的原理图如图4所示:本文来自辣.文^论'文/网,毕业论文 www.751com.cn 加7位QQ324,9114找源文

图4 最小系统原理图
3.2 温度检测电路
温度检测电路的核心是DS18B20,它是单总线的数字温度传感器,相对于一般的温度传感器,它体积更小、适用电压更宽、更经济。其测量温度范围为 -55℃~+125℃,在-10~+85℃范围内精度为±0.5℃,精度较差为±2℃[9]。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:设备或过程控制等。DS18B20的电压范围为3V~5.5V,并且可以使用寄生电容供电方式供电。它还具有负压特性,即当电源极性接反时DS18B20不会因接错线而毁坏,但不能正常工作。此外,该传感器可以设定9~12位的分辨率,精度为±0.5℃,分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。传感器DS18B20的内部结构主要由64位ROM、温度传感器和温度报警触发器TH和TL以及配置寄存器四部分组成。

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