DOC《职业技术学院》

2 总体设计框图及软件模块 2.1总体设计方案的选择 本系统是以单片机为核心所设计的自动控制系统,系统主要可分为以下几个系统模块: (1) 温度采集模块 包括传感器、变送装置、A/D转换器 (2) 人机接口模块 包括数码管显示装置 键盘输入装置 打印装置 (3) 过零检测模块 总体方案:利用温度传感器测量得水温并转换为一定范围内的电压模拟量,再经变送器将信号放大,通过A/D转换进行模数转换,通过人机交换模块来进行人机对话,结合过零检测模块的数字量,运用积分分离的PID算法实现对数据的控制,通过驱动系统控制电热丝的加热时间来实现对水温的控制. 、 2.2硬件结构框图: 图2-1硬件结构 2.3软件模块图: \ 图2-2软件模块

3 硬件设计 一个实际的微型计算机控制系统的硬件,除主机外,通常还包括两类外围设备,一类是常规外围设备,如键盘、显示器、打印机、磁盘机等.另一类是被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等.无论是哪一类外围设备都必须通过输入输出(I/O)接口和输入输出(O/I)通道才能和CPU的总路线相连.存储器和外围设备各自不同的性质、特点决定了外围设备不能像存储器那样直接挂到主机CPU的总线上的.由于存储器功能单一(保存信息)、品种有限(ROM、RAM)、存取速度与CPU的工作速度基本匹配,因此,存储器可以直接挂到CPU总线上,很方便.而外围设备种类繁多,有机械戒的、机电式的或电子式的;

有的作输入设备、有的作为输出设备;

有的既可作为输入设备,又可作为输出设备;

工作速度不一,外围设备的工作速度比CPU的速度低得多,且不同外围设备的工作速度往往又差别很大;

信息类型和传送方式不同,有的使用数字量,有和使用模拟量,有的要求并行传送信息,有的要求串行传送信息.如此复杂的功能,仅靠CPU及其总线是无法承担的,必须要I/O接口电路和I/O通道才能完成,因此,I/O接口和I/O通道是计算机控制系统不可缺少的组成部分. 3.1单片机选择 20世纪80年代中期以后,Intel以专利转让的形式把8051内核给了许多半导体厂家,如AMTEL、PHILIPS、ANANOG DEVICES、DALLAS等.这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机.这些单片机与8051的系统结构(只要是指令系统)相同,采用CMOS工艺,他们对8051一般都作了一些扩充,更有特点、功能更强. 本系统采用PHILIPS公司生产的80C51芯片为核心部件,80C51内部带有存储器件,与8031相比,不用扩展程序存储器,减少线路连接,可直接驱动打印机打印出温度曲线. 3.2温度数据采集部分 此模块的功能是把水温度的状态模拟量经过处理后转换为数字信号送入单片机中,以便单片机进行相应的处理. 3.2.1传感器 传感器功能是将水温度转换为一定范围内的电压的模拟信号,完成温度采集的目的,以下是几种可供选用的方案. 采用热敏电阻 这类材料具有性能稳定,抗氧化能力强等优点,并且可满足40―90℃的测量范围,但是其精度、重复性、可靠性都不是很理想,对于小于1℃摄氏度的温度信号不适用. 采用光纤传感器 光纤具有不受电场、场影响、不放电、不导电,传输信息量大,安全可靠精度高的特点,因此比电测具有更多的优越性,随着光纤传感应用技术的研究和发展,一些实用性的高可靠的光纤元件广泛地应用在应变、力、放射性及温度测量领域中.光纤传感器的工作原理是改变光纤环境,如温度应变、力和放射性等,从而改变纤维中光传播的相位和光强.因此,如果能检测出通过光导纤维的光相位及光强的变化,就可以知道这些物理量的变化.但此类器件价格相对较贵,用于此系统不经济. 采用温度传感器 由于科学研究压业和家用电器等方面对测温和温控的需要略种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来AD590便是其中之一.AD590可直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号.除此之外AD590还具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点. AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器.实际上,中国也开发出了同类型的产品SG590.这种器件在被测温度一定时,相当于一个恒流源.该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性.即使电源在5-15V之间变化,其电流只是在1?A以下作微小变化. AD590是单片集成温度传感器,是电流型集成温度传感器的代表产品,除具有一般集成温度传感器的共同特点:灵敏度高、准确度高、体积小、电路接口方便、价格低廉、使用简单等优点外,还具有自身所特有的一些性能特点,主要表现在:测量范围宽,为-55-150℃;