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1、基于51单片机水温控制系统 目录 一 设计目的和意义 温度控制广泛应用于人们的生产和生活中 人们使用温度计来采集温度 通过人工操作加热 通风和降温设备来控制温度 这样不但控制精度低 实时性差 而且操作人员的劳动强度大 即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器 但由于其互换性差 效果也不理想 在某些行业中对温度的要求较高 由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生 对工业生产可靠进行造成影响 甚至操作人员的安全 为了避免这些缺点 需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备 本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制 以其测量精度高 操作简单 可运行性强 价格低廉等优点 特别适用于生活 医疗
2、工业生产等方面的温度测量及控制 二 系统总体构造 三 硬件设计 单片机最小系统设计 单片机最小系统说的通熟易懂的话就是以最少的元器件组成能让单片机正常工作的系统 主要包括单片机 时钟电路 复位电路 5V电源组成 时钟电路提供的时钟信号给单片机提供一个时间基准 复位电路是为了使单片机回到原始状态重新执行程序 5V电源为了给单片机供电以正常的工作 三 硬件设计 数码管显示模块设计 原理图如右所示 本设计采用共阳数码管 通过PNP型三极管开关电路驱动数码管的显示 如果不添加驱动电路 由于单片机I O口电流小会导致显示偏暗或者亮度不一致等现象 当单片机I O口输出低电平三极管导通 数码管位选打开 然后
3、单片机控制P0口输出对应的段选码 这样数码管就可以显示对应内容 延时一段时间后关闭位选 然后依次进行给各个位同样的操作 就可以看到数码管显示出一个完整的内容 其中也利用到人眼的 余辉效应 三 硬件设计 温度检测模块设计 原理图如右图所示 其中DQ口为该芯片的数据口 单片机通过控制该口将采集到的温度值传输到单片机上进行处理 由于DS18B20是单线通信 即发送和接收都是通过通信脚来进行 其接收时高阻输入 其发送时是开漏输出 即输出0时通过三极管下拉为低电平 而输出1时 则为高阻 需要外接上拉电阻将其拉为高电平 因此是需要外接上拉电阻 否则无法输出稳定高电平 技术参数 供电电压 3 0 5 5VD
4、C测量范围 55 125 测量精度 0 5 分辨率 9 12位 对应的可分辨温度分别为0 5 0 25 0 125 和0 0625 三 硬件设计 蜂鸣器模块设计 原理图如左边所示 蜂鸣器选用5V电磁式有源蜂鸣器 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大 以至于单片机的I O口是无法直接驱动的 所以要利用三极管开关电路来驱动 本处选用的是8550三极管 它是一个PNP型的三极管 基极串联一个1K的电阻连接到单片机的I O口时 当I O口输出低电平时 三极管导通 蜂鸣器鸣叫 当I O口输出高电平时 三极管截止 蜂鸣器停止鸣叫 三 硬件设计 继电器模块设计 原理图如右图所示 继电器是一个由电控制的元器件 通常
5、 被用在需要自动控制的电路中 简单的说 继电器就是一个通过输入的小电流来控制大电流的输出的一个 自动开关 因此在电路中继电器起着自动调节电路 转换电路 保护电路等作用 51单片机I O电流太小没办法直接驱动继电器 所以采用PNP三极管开关电路驱动 当单片机I O口输出低电平时三极管导通 继电器吸合 当单片机I O口输出高电平时三极管截止 继电器断开 三 硬件设计 独立按键模块设计 电路图如右边所示 按键一端连接单片机的I O口 另一端连接电源地 而单片机的I O在悬空没有作为输出的情况下是默认高电平 当按键按下后相当于I O口短接电源地 这种按键是金属接触的方式所以会有抖动纹波的情况 所以在程
6、序中需要适当的加上短暂的延时消抖 这样通过检测I O口是否有出现低电平然后消抖就可以判断是否有按键按下 在对应执行相应的功能 四 软件设计 主程序设计 主函数voidmain 是程序的入口函数 单片机上电后先进行初始化 重置变量数值 然后对外围器件进行初始化 完后进入死循环不断的检测处理 如果没有进入死循环的话 那么程序就只执行一遍就退出了 而达不到实时检测的效果 四 软件设计 数码管显示子程序设计 数码管控制程序采用动态显示的方式 所谓动态就是在显示完第一位后进行短暂的延时后关闭第一位的显示 然后马上进入第二位的显示一段时间关闭进入下一位的显示依次进行显示 这样利用人眼的视觉停留效果在看起来
7、就是全部一起显示出来的一样 中间的延时不能超过人眼 余辉效应 的时间就会看起来断断续续的显示 当然也不能过短 大致在1 2ms最为合适 四 软件设计 DS18B20温度采集子程序设计 首先需要让DS18B20复位 然后如果总线上只有一个传感器的话可以跳过读系列号 如果有多个传感器的时候就需要匹配系列号 接着启动温度转换 然后在进行一次复位同样跳过系列号的匹配 接着发送读取温度指令 最后读取温度寄存器 读取完后将数据进行转换成实际温度即可 五 总结 通过这次设计 我学到了不少课本 课堂上没涉及到的知识 学会了将以前学过的零散的知识联系在一起解决问题 也锻炼了自己的动手能力 经过长时间的硬件设计 软件调试 本系统基本完成要求的功能 不足之处有 1 硬件的稳定性有待进一步提高 2 部分功能未能实现 我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容 通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高 首先硬件方面 基本掌握了原理图和pcb绘制软件的使用方法 并设计了一个单片机最小系统 通过硬件电路搭建的过程 使我对51系单片机的接口有了更深层次的理解 熟悉了一些单片机常用的外围电路引脚和连接方法 如数码管 蜂鸣器等 并且提高对问题的分析和解决能力 加深了对所学理论知识的理解和运用 系统原理图 谢谢
