(2)水温控制系统软件的设计
借助Keil C51开发工具,以C语言为开发语言,开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、对温度传感器模块、显示模块、温度控制模块进行控制,键盘导入设定的温度,使其与实际温度进行运算并输出。
(3)水温控制系统的仿真
以Proteus为基础,画出电路图加载各模块,加载程序并模拟实际电路的运行状态并进行仿真。
2. 系统的方案设计
2.1 系统方案准备
(1)方案一:该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。
该方案采用模拟温度传感器AD590作为测用运算放大器交给信号进行适当的放大,最后通过模数转换器将模拟模拟信号转换成数据信号,传给单片机,单片机将温度值进行处理之后用LCD显示,当温度值超过设定值时开始报警[4]。如图1所示:
图1 方案一 温度测量系统方案框图
(2)方案二:该方案使用了AT89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件,通过键盘模块对温度上、下限进行设置。显示电路用LCD1602模块,如图2所示:
图2 方案二 温度测量系统方案框图
2.2 方案论证
(1)方案一论证:用模拟温度传感器,转换结果需经过运算放大器传给处理器。它控制虽然简单,但电路复杂,不易实现对温度测量和监控。由于采用了多个分立元件和模数转换器,不容易出现误差,测量结果不是很准确,因此本方案并不可取。
(2)方案二的论证:用智能温度传感器DS18B20,它直接输入数字量,精度高,电路简单。
此方案硬件电路简单,但程序设计复杂些,但是在课题外对DS18B20、字符型液晶显示有所了解,而且曾经在网上看过此类程序设计,并且我们已经使用开发工具KEIL 用C语言对系统进行了程序设计,用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真,达到了预期的效果。由此可见,此方案的可行性,体现了技术的先进性,经济上也没有任何问题。
综上所述,本课题应当采用方案二对系统进行设计。
2.3 温度控制总体设计方案
本系统以AT89C52为核心,以KEIL为系统程序开发平台,以C语言进行程序设计,以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。所设计的温度控制主要由单片机、温度采集模块、温度显示模块、温度控制模块、按键设定模块五部分组成。
对于温度控制,采用单片机AT89C52组成的自动控制系统,其系统硬件总体方框图如图3所示:
图3系统总体方框图
在图3中,温度传感器采用单总线数字温度传感器DS18B20;LCD液晶显示器,使用其动态显示方式,实时显示DS18B20采集到的水温度。按键设定分为设置按键+1(PLUS),-1(SUBS)功能,其特点是:可通过UP和DOWN键进行温度闪烁加减设定;继电器采用RTE24005F。其整体电路图如图4所示。
图4 整体设计电路图
2.4 温度传感器模块
温度传感器模块采用DS18B20,主要功能是实时将水温温度数据返回单片机,将模拟信号转换为数字信号,便于数据处理,由于此模块直接决定整个系统能否正常运行,所以是系统的核心模块。
图5 DS18B20
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的单总线器件,具有线路简单,体积小等特点。它采用单线总线结构,集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量,用一根I/O线就可以传送数据与命令,其温度测量范围为-55℃~+125℃,精度为+/-0.5℃,使用中无需外部器件,可利用数据线或外部电源提供电能,供电电压范围为3.3~5.5V,通过编程实现9~12位分辨率读出温度数据[5],外观如图5。
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