单片机水温控制器设计1 精品.docx

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摘要

随着国民经济的发展，单片机技术应用已经成为高、新科学技术的重要内容和标志之一，它在国民经济的各个领域正在发挥着引人注目的作用。

本系统设计热水器温度控制系统是以单片机AT89S52为核心，通过3个数码管显示温度和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：

温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式，可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。

采用单片机的热水器温度控制系统不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高产品的性能比指标，提高产品的质量和数量。

关键词：

AT89S52；DS18B20；温度控制系统

Abstract

Withthedevelopmentofthenationaleconomy,theapplicationofSCMtechnologyhasbecomeoneoftheimportantcontentandsymbolofhigh,newscienceandtechnologyinallfieldsofthenationaleconomy,itisplayingtheroleofattractsb.'sattention.

HeatertemperaturecontrolsystemdesignofthesystemofhotwaterisAT89S52MCUcore,therealizationofhuman-computerdialoguetemperatureand4buttonsdisplayedbythe3digitaltube,usingasinglebustemperatureconversionreal-timecollectionoftemperaturechipDS18B20andthroughthedigitaltubedisplay,andprovidevariousoperationindicatorlampsareusedtoindicatethesystempresentstatus,suchas:

temperaturesettingstopheating,heating,etc.,thewholesystemtosetthetemperatureandcontrolmodeofoperationthroughthefourbuttons,canbeusedforthewaterheatertemperaturecontrolsystemandwaterdispensersandotherelectricalcircuit.

Thewaterheatertemperaturecontrolsystembasedonsinglechipisnotonlyeasytocontrol,simpleandflexibleandotheradvantages,andcangreatlyimprovetheperformanceindexoftheproduct,improvethequalityandquantityofproducts.

Keywords：

AT89S52;DS18B20;temperaturecontrolsystem

第1章绪论

1.1选题的目的和意义

温度控制系统可以说是无所不在，热水器系统、空调系统、冰箱、电煲电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备，均需要提供温度控制功能。

以计算机为例，当中的中央处理器的运行速度愈快，所耗散的热量便愈多，为免计算机系统过热而受损，有关系统必须加强温度过高保护功能。

传统的温度采集电路相当复杂，需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量，并且这种方式不仅电路复杂，元器件个数多，而且线性度和准确度都不理想，抗干扰能力弱。

现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高，而且比传统的温度传感器有更好的线性表现，最重要的一点是使用起来方便。

自动控制仪器仪表总的发展趋势是高性能、数字化、集成化、智能化和网络化。

智能温度控制系统的设计是为了满足市场对成本低、性能稳定、可远程监测、控制现场温度的需求而做的课题，具有较为广阔的市场前景。

目前，测温控温系统得到快速的发展，国外的测量控制系统已经成熟，产品也较多。

近两年，国内也出现了许多高精度的温度控制系统产品，但相对于用户来说，价格还是偏高。

而由于竞争越来越激烈，现在企业发展的趋势是如何最有效的提高生产效率，降低生产成本。

寻求性能可靠、价格低廉，且应用广泛的元器件是生产过程的首先要考虑的问题，因此设计一种控制简单、精度较高、价格低廉的控制系统会有很好的发展前景。

1.2国内外研究状况及发展

1.国外温度测控系统研究

国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。

先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。

80年代末出现了分布式控制系统。

目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

2.国内温度测控系统研究

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。

我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。

我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

1.3论文研究的主要内容

本设计利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度控制系统，文中传感器与单片机实际应用有机结合，简单讲述了利用新型芯片探测环境温度的过程，以及实现模数转换的原理过程。

1.功能实现

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个温度采集系统。

通过本课题设计，综合运用单片机及接口技术、微机原理、微电子技术，锻炼动手操作能力。

综合运用能力，学习论文的写作方法和步骤。

设计的温度控制器有以下功能：

（1）测温范围：

-55℃～+125℃；

（2）测温分辨力：

〈=0.5℃；

（3）测温准确度：

〈=0.5℃；

（4）温度显示：

采用6个7段数码管；

（5）温限可经键盘实现简单的人机互动，灵活设定温度范围；

（6）超温度范围报警。

2.方案设计

本系统采用了单片机AT89S52，利用数字温度传感器DS18B20对环境进行测温，同时采用MAX7219驱动六位7段共阴极数码管，同时还采用EEPROM对温度上下限进行存储，此外还有键盘设备来实现温度上下限值的设置，红绿灯报警温度的越线，继电器和电机对温度进行调整等来实现该温度控制器的智能化。

总体硬件结构框图如图1-1所示。

图1-1系统硬件结构

第2章系统总体设计

当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。

对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。

2.1系统需求及可行性分析

温度传感器DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89S5获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。

当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备（压缩制冷器），当采集的温度经处理后低于设定温度的下时，单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备（加热器）。

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

2.2硬件总体设计

设计并制作一个基于单片机的热水器温度控制系统的电路，其结构框图如图2-1所示：

图2-1系统结构框图

硬件系统子模块

（1）单片机最小系统电路部分

（2）键盘扫描电路部分

（3）数码管温度显示和运行指示灯电路部分

（4）温度采集电路部分

（5）继电器控制部分

（6）报警部分

2.3软件总体设计

良好的设计方案可以减少软件设计的工作量，提高软件的通用性，扩展性和可读性。

本系统的设计方案和步骤如下：

（1）根据需求按照系统的功能要求，逐级划分模块。

（2）明确各模块之间的数据流传递关系，力求数据传递少，以增强各模块的独立性，便于软件编制和调试。

（3）确定软件开发环境，选择设计语言，完成模块功能设计，并分别调试通过。

（4）按照开发式软件设计结构，将各模块有机的结合起来，即成一个较完善的系统。

首先接通电源系统开始工作，系统开始工作后，通过按键设定温度值的上限值和下限值，确定按键将设定的温度值存储到指定的地址空间，温度传感器开始实时检测，调用显示子程序显示检测结果，调用比较当前显示温度值与开始设定的温度值比较，如果当前显示值低于设定值就通过继电器起动加热装置，直到达到设定值停止加热，之后进行保温，如果温度高于上限进行报警。

第3章硬件系统设计

3.1设计思想

本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，本设计了以51单片机基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等。

本次设计主要思路是通过对单片机编程将由温度传感器DS18B20采集的温度外加驱动电路显示出来，包括对继电器的控制，进行升温，当温度达到上下限蜂鸣器进行报警。

P1.7开关按钮是用于确认设定温度的，初始按下表示开始进入温度设定状态，然后通过P1.5和P1.6设置温度的升降，再次按下P1.7时，表示确认所设定的温度，然后转入升温或降温。

P2.3所接的发光二极管用于表示加热状态，P2.5所接的发光二极管用于表示保温状态。

P2.3接继电器。

P3.1是温度信号线。

整个电路都是通过软件控制实现设计要求。

3.2AT89S52

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，AT89S52拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

采用40引脚双列直插封装（DIP）的AT89S52单片机引脚分配如图3-1所示。

图2-1AT89S52引脚分配图

1.主要性能参数

（1）与MCS51兼容；

（2）1000次擦写寿命；

（3）工作电压为4.0V～5.5V；

（4）全静态工作：

0～24MHz；

（5）3级程序安全加密保护；

（6）2