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1、. . . 基于单片机的水温控制器的设计毕业论文 目 录1 绪论- 1 -2 系统总体设计- 2 -2.1硬件总体设计- 2 -2.1.1硬件系统子模块- 2 -2.2 软件总体设计- 2 -3 硬件系统设计- 4 -3.1硬件电路分析和设计报告- 4 -3.1.1单片机最小系统电路- 4 -3.1.2 键盘电路- 5 -3.1.3 数码管及指示灯显示电路- 5 -3.1.4 温度采集电路- 7 -3.1.5 电源电路- 11 -3.1.6报警电路设计- 12 -3.1.7加热管控制电路设计- 12 -4 系统软件设计- 14 -4.1主程序流程图- 14 -4.2各个模块的流程图- 16 -
2、4.2.1读取温度DS18B20模块的流程- 16 -4.2.2键盘扫描处理流程- 18 -4.2.3 报警处理流程- 18 -5 系统调试- 20 -5.1 硬件电路调试- 20 -5.2 软件调试- 20 -5.3 系统操作说明- 21 -5.4数据测试- 21 -总 结- 23 -致 谢- 24 -参考文献- 25 -附录一：系统源程序- 26 -附录二：系统硬件总图- 35 -.参考资料.1 绪论本系统的设计可以用于水温控制系统和电饭煲等各种电器电路中。它以单片机AT89S52为核心，通过数码管显示温度和语音提示实现人机对话，使用温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，
3、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。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、电饭煲、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
4、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。本系统的核心控制芯片选用的是51系列单片机AT89S52，单片机在各个技术领域中的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关： 单片机构成的应用系统有较大的可靠性。 系统构建简洁、易行，能方便的实现系统功能。 由于构成的系统是一个计算机系统，相当多的功能由软件实现，故具有柔性特点。 有优异的性能价
5、格比。2 系统总体设计2.1硬件总体设计设计并制作一个基于单片机的水温温度控制系统的电路，其结构框图如图2-1：电源单片机AT89S52数码管显示继电器温度传感器DS18B20报警键盘指示灯图 21 系统结构框图2.1.1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2.2 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
6、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。3 硬件系统设计3.1硬件电路分析和设计报告本次设
7、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。3.1.1单片机最小系统电路因为89S52单片机部自带8K的ROM和256字节的RAM，因此不必构建单片机系统的
8、扩展电路。如图31，单片机最小系统有复位电路和振荡器电路。值得注意的一点是单片机的31脚必须接高电平，否则系统将不能运行。因为该脚不接时为低电平，单片机将直接读取外部程序存储器，而系统没有外部程序存储器，所以必须接VCC。在按键两端并联一个电解电容，滤除交流干扰，增加系统抗干扰能力。图31 单片机最小系统图3.1.2 键盘电路键盘是单片机应用系统中的主要输入设备，单片机使用的键盘分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘采用硬件线路来实现键盘的编码，每按下一个键，键盘能够自动生成按键代码，并有去抖功能。因此使用方便，但硬件较复杂。非编码键盘仅仅提供键开关状态，由程序来识别闭合键，消除抖动，产生相应的代
9、码，转入执行该键的功能程序。非编码键盘中键的数量较少，硬件简单，在单片机中应用非常广泛。图为按键和AT89S52的接线图，检测仪共设有4个按键，每个按键由软件来决定其功能，4个按键功能分别为：(1) SW1：设定按键(设定按键)(2) SW2：加法按键(当前位加5)(3) SW3：减法按键(当前位减5)(4) SW4：退出设置键(系统初始化) 图32 单片机最小系统3.1.3 数码管及指示灯显示电路（1）数码管显示说明各个数码管的段码都是单片机的数据口输出，即各个数码管输入的段码都是一样的，为了使其分别显示不同的数字，可采用动态显示的方式，即先只让最低位显示0(含点)，经过一段延时，再只让次低
10、位显示1，如此类推。由视觉暂留，只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚，过程如表3-1。表3-1 数码管编码表段码位码显示器状态08H01H0abH02H112H04H222H08H3a1H10H424H20H504H40H6aaH80H7本论文中使用了3个数码管，其中前两位使用动态扫描显示实测温度，在设置加热温度的时候，两个数码管是闪烁，以提示目前处在温度设置状态。第三位数码管静态显示符号“”。（2）运行指示灯说明本水温温度控制系统中共使用到3个LED指示灯和3个数码管。右上角的红色LED是电源指示灯；数码管右边的红色LED是加热指示灯，当刚开机或温度降到设定温度
11、5以下时，该灯会亮，表示目前处于加热状态；当温度上升到设定温度时，该LED灭，同时数码管右边的绿色LED亮。图33 LED数码管显示电路图3.1.4 温度采集电路（1） DS18B20介绍Dallas最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS18B20一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度
12、围为 -55+125，在-10+85围,精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其DS18B20的管脚配置和封装结构如图3-4所示。 图3-4 DS18B20封装引脚定义： DQ为数字信号输入/输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 （2）DS18B20的单线（1wire bus）系统单线总线结构是DS18B20的突出特点，也是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线：第一，单线总线只定义了一个信号线，而且DS18B20智能程度较低（这点可以与微控制器和SPI器件间的通信做一个
13、比较），所以DS18B20和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。第二，DS18B20的输出口是漏级开路输出，这里给出一个微控制器和DS18B20连接原理图。这种设计使总线上的器件在合适的时间驱动它。显然，总线上的器件与（wired AND）关系。这就决定：（1）微控制器不能单方面控制总线状态。之所以提出这点，是因为相当多的文献资料上认为，微控制器在读取总线上数据之前的I/O口的置1操作是为了给DS18B20一个发送数据的信号。这是一个错误的观点。如果当前DS18b20发送0，即使微控制器I/O口置1，总线状态还是0;置1操作是为了是I/O口截止（cut off），以确保微控制器正确
14、读取数据。（2）除了DS18B20发送0的时间段，其他时间其输出口自动截止。自动截止是为确保：1时，在总线操作的间隙总线处于空闲状态，即高态。2时，确保微控制器在写1的时候DS18B20可以正确读入。由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 DS18B20的复位时序，如图3-5 图3-5 DS18B20的复位时序图 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20
15、的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的读时序图如图3-6所示。图3-6 DS18B20的读时序 DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之就得释放单总线。如图3-7所示。图3-7 DS18B20的写时序图（3）DS18B20的供电方式在图3-8中示出了DS18B20的寄生电源电路。
