《基于单片机控制的水温控制系统的设计_正文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机控制的水温控制系统的设计_正文（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、XXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业设计- 1 -2 系统方案设计现在的电子产品朝着密集型发展，而电子产品的温度特性普遍比较差，这就对温度的自动控制提出了新的要求。如果采用国外进口的温度检测与自控系统，虽然性能较好，但是结合国情，其价格相当昂贵，又全是英文，推广起来比较困难2。基于以上问题，本论文设计出一个温度传感器，配合单片机计算机系统，从软件的编制上实现对各外围硬件的控制，最终实现对水温的自动控制。在硬件的设计上，所有的元器件都采用了通用型产品，使得设计出来的产品及维修都相当方便，可以有效地降低成本，同时另外一点就是能用软
2、件实现的功能尽量选用软件进行操作，更加突出了产品的简单性和高可靠性。2.1 系统设计技术指标 本设计水温设定由人工设定，温度设定范围为 40-90，最小区分度为 1,标定温差1；环境温度降低时，温度控制的静态误差1；用十进制数码管显示水的实际温度；采用适当的控制方法，当设定温度突变（由 40提高到90）时，减小系统的调节时间和超调量。2.2 方案的选择与论证根据任务和测量控制现象以及现有的条件，现提出了以下两个方案。方案一：采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影
3、响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码显示和键盘设定3。方案二：此方案采用了 AT89C51 单片机为核心，采用温度传感器DS18B20 进行温度采集，用继电器控制加热，使其达到电路简单、可靠的目的。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。将两个方案比较便可以得出一个结论，方案二明显的改善了方案一得不足及缺点，并具有控制简单，控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案XXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业
4、设计- 2 -二。2.3 系统总体方案设计本系统的电路设计方框图如图 2-1 所示，它由七部分组成：控制部分主芯片采用单片机 AT89C51；显示部分采用 3 位 LED 数码管以动态扫描方式实现温度显示；温度采集部分采用 DS18B20 温度传感器；加热控制部分采用继电器电路；时钟电路；复位电路；单列 3 按键键盘输入设定温度值。AT89C51LED显示继电器DS18B20复位电路时钟电路键盘输入图 2-1 系统设计方框图2.3.1 温度传感器 DS18B20 简介温度传感器是整个控制系统获取被控对象特征的重要部件，它的特性直接影响系统的精度。美国 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器
5、 DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，是最新的“一线器件”4。它具有体积小、适用电压宽、经济、实用、线性度很好，精度较高且其本身已经进行了校正，使用时不需再进行调整等特点。本设计采用 DS18B20 作为智能温度传感器，采集的数据以“一线总线”的数字方式传输直接送到单片机中，同时可传送 CRC 校验码，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20 的特性有：温度测量范围为55125，可编程为 9位12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生
6、；多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路；电XXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业设计- 3 -源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作等。以上特点使DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统，性能价格比也非常出色5！因此选择 DS18B20 作为本电路的温度传感器。其外部结构如图 2-2 所示6。 图 2-2 DS18B20 外部结构DS18B20 的引脚及特性：GND：接地；DQ：数据输入
7、输出脚（单线接口，可作寄生供电） ；VDD：为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 。DS18B20 的内部结构：1、64 位光刻 ROM。开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，实现一线进行通信的目的。64 位闪速 ROM 的结构如图 2-3 所示。8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）MSBLSB MSBLSBMSBLSB图 2-3 64 位闪速 ROM 结构图2、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入用户报警上下限
8、值；3、高速缓存存储，可以设置 DS18B20 温度转换精度。DS18B20 温度传感器内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器。前两个字节包含测得的温度信息，第三和第四字节是 TH 和 TL 的易失性拷贝，每次上电复位被刷新。第五个字节为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。第六、七、XXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业设计- 4 -八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精
9、度的温度数值，低五位一直为 1，TM 是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。2.3.2 控制芯片 AT89C51 单片机简介AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位处理器，俗称单片机。单片机的可擦除存储器可以反复擦除 100 次7。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT
10、MEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，其结构图及各管脚如图 2-4 所示。39 D034 D533 D632 D721 A822 A923 A1024 A1125 A12 2627 2810 RXD 11 TXD30 LBU6 2913INT1 12 P3.4 15 P3.5 14RD 17 WR 16189 31P1.7 8 7 6 P1.4 5S1 4S2 3S3 2S4 1INT1 INT0 T1 T0 RD WRP0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2
11、.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7RXD TXD ALEP PSENX1 X2EA/VPRESTP1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.01938 D1 37 D2 36 D3 35 D4AT89C51图 2-4 AT89C51 结构图管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进
12、行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。XXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业设计- 5 -P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收、输出 4 个 TTL 门电流。当 P2 口被写“1”时
13、，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。当因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当 P2 口用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3
14、口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位期间时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平。当 51 芯片通电，时钟电路开始工作，在 RST 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM 的状态。各特殊功能寄存器初始状态如表 2-1 所示。表 2-1 各特殊功能寄存器初始状态表特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC0
15、0HB00HPSW00HSP00HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HXXXX 学院学院 物理系物理系 201X201X 届届 电子信息工程专业电子信息工程专业 毕业设计毕业设计- 6 -TMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P311111111BPCON0xxxxxxxBALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如果想禁止 ALE 的输出，可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两
