第10章综合实训 课题一水温控制系统设计 、实训目的 熟悉常用温度传感器AD590的特性及接口电路的设计方法; 学会模块化程序设计方法 课题要求 制作一个水温自动控制系统,要求如下: 温度设定范围40~90°C,最小区分度1C,标定误差≤1。 用十进制数码显示水的实际温度。 环境温度降低时,温度控制的静态误差≤1℃C。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
一、实训目的 • 熟悉常用温度传感器AD590的特性及接口电路的设计方法； • 学会模块化程序设计方法 二、课题要求 • 制作一个水温自动控制系统，要求如下： • 温度设定范围40~90℃，最小区分度1℃，标定误差≤1℃。 • 用十进制数码显示水的实际温度。 • 环境温度降低时，温度控制的静态误差≤1℃。 第10章 综合实训 课题一 水温控制系统设计
、背景知识 AD590温度传感器简介 AD590是美国AD公司生产的单片集成两端感温电流源。 它的测温范围为-55°C~+150°C,工作电压范围为4V~30V, 可以承受44V正向电压和20V反向电压,输出电阻为710Mg2。 它产生的电流与绝对温度成正比,非线性误差为±0.3°C。图 10—1为AD590的引脚图,表10—1为AD590温度与电流的 关系表。 (a)引脚(b)封装(c)图形符号 图101AD590引 装及图形符号 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
三、背景知识 1、AD590温度传感器简介 AD590是美国AD公司生产的单片集成两端感温电流源。 它的测温范围为-55℃～+150℃，工作电压范围为4V～30V， 可以承受44V正向电压和20V反向电压，输出电阻为710M。 它产生的电流与绝对温度成正比，非线性误差为±0.3℃。图 10—1为AD590的引脚图，表10—1为AD590温度与电流的 关系表。 （a）引脚 （b）封装 （c）图形符号 图10—1 AD590引脚、封装及图形符号
表10—1各温度与电流、电压参考关系表 温度值AD590电流经1049电压/放大器输出v (ADC089的ADC0809的 VIN) 输出 0°C 273.2uA 2.732V OV 00H 10°C 283.2uA 2.832V 0.49V 19H 20°C 293.2uA 2.932V 0.98V 32H 30°C 303.2uA 3.032V 1.47V 4BH 40°C 313.2uA 3.132V 1.96V 64H 50°C 323.2uA 3.232V 2.45V ZDH 60°C 333.2uA 3.332V 2.94V 96H 70°C 343.2uA 3.432V 3.43V AFH 80°C 353.2uA 3.532V 3.92V C8H 90°C 363.2uA 3.632V 4.41V ElH 100°C 373.2uA 3.732V 4.90V FAH 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
表10—1 各温度与电流、电压参考关系表 温度值 AD590电流 经10kΩ电压 V 放大器输出V0 （ADC0809的 VIN） ADC0809的 输出 0ºC 273.2μA 2.732V 0V 00H 10ºC 283..2μA 2.832V 0.49V 19H 20ºC 293.2μA 2.932 V 0.98V 32H 30ºC 303.2μA 3.032 V 1.47 V 4BH 40ºC 313.2μA 3.132 V 1.96 V 64H 50ºC 323.2μA 3.232 V 2.45 V 7DH 60ºC 333.2μA 3.332 V 2.94 V 96H 70ºC 343.2μA 3.432 V 3.43 V AFH 80ºC 353.2μA 3.532 V 3.92 V C8H 90ºC 363.2μA 3.632 V 4.41 V E1H 100ºC 373.2μA 3.732 V 4.90 V FAH
2、AD590接口电路 AD590是电流输出型器件,必须利用接口电路将AD590输 出的电流信号转换成电压信号,再经AD转换器转换成数字信 号,提供给单片机处理。在 12Y 1.2K 表10—1中,列出了在不同 10F 温度值下的AD590的输出 50K Ⅵ=273V 6 49K 电流,通过图10—2的放大 12 10K 电路可将输出电流转换成 10K LM324 0~5V的模拟电压。 49K LM324 10KV2=(273+n)A×10K 图10—2温度采集电路 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
AD590是电流输出型器件，必须利用接口电路将AD590输 出的电流信号转换成电压信号，再经A/D转换器转换成数字信 号，提供给单片机处理。在 2、AD590接口电路 表10—1中，列出了在不同 温度值下的AD590的输出 电流，通过图10—2的放大 电路可将输出电流转换成 0~5V的模拟电压。 图10—2 温度采集电路
四、硬件电路 硬件电路由单片机、温度检测模块、加热控制模块、 键盘设定模块及数据显示模块构成。 1、单片机选择 由于系统对控制精度的要求不高,所以选用内部具有程 序存储器芯片的AT89c51就可以满足要求了。 2、温度检测模块 温度检测模块由温度传感器、信号放大器及AD转换器 组成。由AD590将温度转换成电流信号再经信号放大器得 到对应的模拟电压,再经ADc0809转换后接入单片机。如 图10-3所示。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
四、硬件电路 硬件电路由单片机、温度检测模块、加热控制模块、 键盘设定模块及数据显示模块构成。 1、单片机选择 由于系统对控制精度的要求不高，所以选用内部具有程 序存储器芯片的AT89C51就可以满足要求了。 2、温度检测模块 温度检测模块由温度传感器、信号放大器及A/D转换器 组成。由AD590将温度转换成电流信号再经信号放大器得 到对应的模拟电压，再经ADC0809转换后接入单片机。如 图10—3所示
3、加热控制模块 加热控制信号经反相器反相后,驱动固态继电器(SSR) 工作,从而接通或断开加热丝两端电源,实现对水的加热控 制。加热控制电路如图10-3所示。 为了使加热控制更加精确,系统采用了三组加热电炉丝 组合实现,当温差小于5C时,仅A组加热丝工作;当温差在 5°C~10°C之间时,采用A、B两组加热控制;当温差大于 10°C时,采用A、B、C三组加热控制。 4、键盘设定及数据显示模块 键盘扫描由11个按键及3位LED共阳极显示器组成。通过 P1、P2口直接驱动键盘,为了简化显示接口,这里采用了串 行口扩展LED显示器。如图10-3所元 十一五”国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
3、加热控制模块 加热控制信号经反相器反相后，驱动固态继电器（SSR） 工作，从而接通或断开加热丝两端电源，实现对水的加热控 制。加热控制电路如图10—3所示。 为了使加热控制更加精确，系统采用了三组加热电炉丝 组合实现，当温差小于5ºC时，仅A组加热丝工作；当温差在 5ºC~10ºC之间时，采用A、B两组加热控制；当温差大于 10ºC时，采用A、B、C三组加热控制。 4、键盘设定及数据显示模块 键盘扫描由11个按键及3位LED共阳极显示器组成。通过 P1、P2口直接驱动键盘，为了简化显示接口，这里采用了串 行口扩展LED显示器。如图10—3所示
+5V P10 A加热丝 TXDH& SR P1.1 B加热丝 RXD 74LS|64 74LS|64 74LS64 C加SR Pm 5 P16 P17 日-日.-日 89C51 P2.1 +5V SEV +5V REFL+ 10 REF- GND ALE P CLK ADCoKoy START ALl RESET ADML24「 ATH ADDB EOC ADDC LM324 图10—3水温控制系统硬件原理图 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
图10—3 水温控制系统硬件原理图
五、软件设计 1、程序结构设计 (1)主程序 用于进行初始化处理,包括各端口的初始化,定时计 数器的设定、中断允许的设定等。同时进行键盘的扫描输 入。图10-4为主程序流程图。 (2)定时中断服务程序 通过单片机内部的定时器T0进行50ms定时,再通过寄 存器R6进行计数,以实现1s定时中断的要求。进入中断 服务程序后,可进行当前温度的检测及显示,根据所测值 与设定值比较进行温度控制等。图10-5为中断服务程序 流程图。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
五、软件设计 1、程序结构设计 （1）主程序 用于进行初始化处理，包括各端口的初始化，定时/计 数器的设定、中断允许的设定等。同时进行键盘的扫描输 入。图10—4为主程序流程图。 （2）定时中断服务程序 通过单片机内部的定时器T0进行50ms定时，再通过寄 存器R6进行计数，以实现1s定时中断的要求。进入中断 服务程序后，可进行当前温度的检测及显示，根据所测值 与设定值比较进行温度控制等。图10—5为中断服务程序 流程图
定时中断程序开始 开始 ls定时时间到? 关电炉、开显示 关定时、关中断 串行口初始化 调用温度检测子程序 定时器初始化 调用标度转换子程序 中断初始化 显示实测温度 调用温度控制子程序 调用键盘扫描子程序 开定时、开中断 等待定时中断 中断返回 图104主程序流程图 图10—5定时中断服务程序流程图 十一五”国家级歌材(高职高专 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
图10—4 主程序流程图 图10—5 定时中断服务程序流程图 开始 关电炉、开显示 串行口初始化 定时器初始化 中断初始化 调用键盘扫描子程序 等待定时中断 定时中断程序开始 1s定时时间到？ 调用标度转换子程序 关定时、关中断 调用温度检测子程序 显示实测温度 调用温度控制子程序 中断返回 Y 开定时、开中断 N
(3)温度检测程序 温度检测采用每1s定时采样的方式,为了实现温度的准确 检测,采用了平均值滤波法抗干扰。即连续4次启动ADc0809 进行AD转换,求取转换结果的平均值,存入指定单元,以得 到检测温度值。图10-6为温度检测程序流程图。 (4)温度控制程序 通过比较键盘设定值与温度检测值的差别,按照一定的控制 规律,控制输出口线的状态,实现三组加热丝的控制。图10 7为温度控制程序流程图。 (5)温度显示程序 在每次温度检测后,进行一次温度显示刷新;在进行温度设 定时,显示设定温度值。 十一五国家级规为教材(高职高专) 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
（3）温度检测程序 温度检测采用每1s定时采样的方式，为了实现温度的准确 检测，采用了平均值滤波法抗干扰。即连续4次启动ADC0809 进行A/D转换，求取转换结果的平均值，存入指定单元，以得 到检测温度值。图10—6为温度检测程序流程图。 （4）温度控制程序 通过比较键盘设定值与温度检测值的差别，按照一定的控制 规律，控制输出口线的状态，实现三组加热丝的控制。图10— 7为温度控制程序流程图。 （5）温度显示程序 在每次温度检测后，进行一次温度显示刷新；在进行温度设 定时，显示设定温度值