基于单片机的太阳能热水器水温监控系统 精品.docx

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摘要1

ABSTRACT2

第1章绪论1

1.1课题来源1

1.2课题背景1

1.3研究意义2

第二章系统的总体设计3

2.1温度控制系统完成的功能3

2.2系统的控制原理图3

2.3系统整体工作流程：

4

第三章硬件电路设计6

3.1时钟电路设计6

3.2系统复位电路6

3.3报警与控制电路设计7

3.4LED显示电路设计8

3.5温度检测电路设计10

3.6按键电路设计12

3.7继电器控制电路13

第四章软件设计13

4.1主程序方案14

4.2各个模块子程序设计15

4.2.1主程序15

4.2.2读出温度子程序16

4.2.3数码管显示模块17

4.2.3温度处理程序18

第五章系统仿真19

5.1测试环境及工具19

5.2测试方法19

5.3测试结果分析19

结论20

致谢21

参考文献22

附录一：

系统原理图23

附录二:

程序代码23

摘要

随着单片机应用技术的成熟和传感技术的进步，有关单片机的应用系统趋向：

小型化和功能多样化。

所以通常应用在工业生产领域的单片机系统开始走进人们的日常生活，并给人们的日常生活带来很大的便利。

热水器的水温监控系统以”水温“这一生活中比常见的变量为研究对象，比较详细的论述了怎样利用AT889S52这一芯片为核心，来实现：

水温的采集，以及在水温过载的情况下报警并通过电磁阀来结束输出等功能的。

关键词单片机；水温；AT89S52；报警；电磁阀

ABSTRACT

Followingthemicrocomputerofappliedtechnologybecomingmaturityandsensingtechnologyimproving.Thesingle-chipmicrocomputerofapplicationsystemtrendingtominiaturizationandfunctiondiversity.Sonormallyusedinindustrialproductionareasofsingle-chipmicrocomputersystembegantoenterPeople'sDailylife,andtoPeople'sDailylifealotofconvenience

Thewatertemperaturemonitoringsystemtowaterheater"watertemperature"thelifeofthecommonvariablesthanastheresearchobject,moredetaileddiscussesabouthowtouseAT889S52thischipasthecore,toachievethecollection,aswellasthewatertemperature:

inwatertemperatureundertheconditionoftheoverloadpoliceandthroughtheelectromagneticvalvetoendthefunctionsuchasoutput.

Keywords:

Single-chipMicrocomputer;TheTemperatureofWater;AT89S52;Alerting;

Electromagneticvalve

第1章绪论

CPU的工作是接收来自于传感装置的温度信号，并判断输入是否合理再根据输入的情况来控制输出。

在整个系工作过程中起着无可替代的作用。

CPU功能，总的来说是以不同的方式，执行各种指令。

不同的指令其功自略异。

有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件如外部程序存储器发生联系。

事实上，CPU是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能。

所谓CPU的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。

1.1课题来源

该题目为自选课题。

1.2课题背景

单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。

作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中，使其智能化。

目前国内外各大电气公司，大的半导体厂商正在不断的开发、使用单片机，使其无论在控制能力，减小体积，降低成本，还是开发环境的改善等方面，都得到空前迅速的发展。

温度检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。

在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

温度检测系统应用十分广阔随着该项技术的日益成熟和现代生活对方便快捷的要求越来越高，水温控制系统开始应用到生活领域，特别是在2009年美国IBM公司提出的“智慧地球”标志着单片机由工业生产到日常生活应用的转变的标志。

单片机的运用已经越来越靠近生活，而且通过单片机的运用还能够更好的节约有限的社会资源，这也正符合中国要建立“资源节约型社会”的发展要求。

随着时代的发展，科技的进步，单片机在智能仪器仪表、家用电器中、工业控制、计算机网络和通信领域、医用设备等领域的应用越来越广泛。

温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。

很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。

因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用工业生产过程当中。

1.3研究意义

由于单片机应用在这几年得到空前发展，有关单片机的产品也大量运用到

生产生活的各个方面。

目前在中国单片机市场上，一些家用太阳能热水器和中小型的洗浴场所，在调节温度时仍然采用手动模式，这样很容易因为手动误差而造成水温输出地过高或过低，从而给使用者造成不便，甚至严重时会将使用者烫伤，本设计就说是为了着手研究和解决这一问题的。

水温不宜过高过低：

洗澡水的温度超过正常的体温，即37℃，称为热水浴；低于人体温度，高于皮肤的温度，即33℃，叫做温水浴。

水温在34℃-36℃，利于去垢止痒；37℃-39℃，利于消除疲劳；40℃-45℃能舒筋活血，发汗镇痛。

洗澡水的温度可因时制宜，例如冬天可选择热水浴，夏天可选用温水浴。

如果浴水过烫，温度太高，不仅会损伤皮肤，还会使皮肤表面血管扩张，体表血流量骤增，心脏和大脑的血液供应减少，常有缺氧和昏倒的危险。

不仅是在热水器方面，生活中其他有关水温这一变量的方面也可以运用。

可以说水温监测系统的运用正好填补了我国热水器用户中低端市场。

第二章系统的总体设计

系统的总体设计是从系统的整体出发，具体的实现：

描述该系统是一个怎样的系统，要实现哪些功能，是什么样的控制原理以及工作流程等方面大体的阐述

一下，来为后续工作思路的展开奠定基础。

单片机与其他的可编译微处理器，如PLC相比具有组块灵活，功能强大，价格便宜等优点，因此单片机在生活应用方向拥有广大的发展前景。

2.1温度控制系统完成的功能

本器件以AT89S52单片机系统进行温度采集与控制温度信号由模拟温度传感器DS18B20采集输入AT89S52，主控器能对各温度检测器通过LED进行显示。

本机实现的功能：

1、利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。

2、可以通过按键任意设定一个恒定的温度。

3、将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，，开启；当水温高于设定温度时，停止，从而实现对水温的自动控制。

4、当系统出现故障，超出控制温度范围时，自动蜂鸣报警。

2.2系统的控制原理图

在系统中，利用传感器测得热水器出水管道实际温度并转换成毫伏级电压信号，该电压信号经过温度检测电路转换成与水温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过LED显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，以此来判别是否为合理输出。

图1-1系统硬件结构示意图

2.3系统整体工作流程：

首先，进行总线的初始化，将报警及继电器装置至于关闭状态。

其次，从18B20数字温度传感器里读取水温的数字变化量。

接着，判定读取的温度是否达到输出要求，超过设定值时，开启报警装置，并打开继电器切断水源。

另外简易键盘还可以修改温度的设定值。

是

否

是

否

图1.2系统工作流程图

第3章硬件电路设计

该章主要介绍怎样来实现具体电路的接法问题。

电路图是单片机应用的基本，高效简洁的电路图才能更好的描述系统的功能。

3.1时钟电路设计

时钟电路是用来产生AT89S52单片机工作时所必须的时钟信号，AT89S52本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，AT89S52在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。

通常时钟由于两种形式：

内部时钟和外部时钟。

我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。

AT89S52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。

电路中的C1、C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。

晶振频率为在1.2MHZ～12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。

为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ。

本次系统的时钟电路设计如图3.2所示。

图3-1时钟电路图

3.2系统复位电路

AT89S52的复位输入引脚RST为单片机提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在AT89S52的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，只要RST保持高电平，则AT89S52循环复位，只有当RET由高电平变成低电平以后，AT89S52才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。

图3-2复位电路图

3.3报警与控制电路设计

在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。

其方法就是把计算机采集的数据或记过计算机进行数据处理、数字滤波，标度变换之后，与该参数设定值进行比较，如果高于设置值1度（或低于设置数1度）则进行报警，否则就作为采样的正常值，进行显示和控制。

同样热水器的温度超出低高设定的温度范围内时当P1.4输出高电平“0”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫，出报警声音；单片机的P1.1输出低电平，此时红色指示灯亮，直到低于设定的最低温度时，P1.4输出