基于51单片机的温度控制系统设计.pdf

系统设计报告
基于51单片机的水温自动控制系统

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℃。

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)利用摹拟温度传感器检测温度,要求检测电路尽可能简单。
(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)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。

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CMOS8位微处理器。其引脚图如
图1所示。

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1AT89C51引脚图

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.LM35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0V，每升高1℃,
输出电压增加10mV。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50mA，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

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MOC3041构成后向控制电路.

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。

温度信号
A/D转单温度
采集调理
换电路片显示
电路电路
机

系执行
液位检测
统电路

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

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

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774LS164的时序图

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

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9AD转换电路

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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
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

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主程序的任务主要是循环检测采集到的温度值,不断比较实现PID控制。流程图如下：

开始

初始化

延时

采集一次温度数

据并进行转换

数据暂存B

修改指针

延时

再采集一次温度数

据并进行转换

A=B?

A<