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1、基于单片机的水温控制系统设计基于单片机的水温控制系统设计摘要摘要本系统的设计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。它以单片机 AT80C51 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。关键词：关键词： 单片机、数码管显示、单总线、DS18B20.绪绪 论论及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作，例
2、如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从 1976 年 Intel 公司推出第一批单片机以来，80 年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，
3、大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O 接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部
4、配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。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。目 录摘要. 绪论.系统总体设计. 61.1 硬件总体设计. 61.1.1 硬件系统子模块.61.2 软件总体设计.62 硬件系统设计. .72.1 硬件电路分析. .73 系统软件设计. .83.1 主程序流程图. 83.2 各个模块的流程图. 1
5、03.2.1 读取温度 DS18B20 模块的流程.103.2.2 键盘扫描处理流程.123.2.3 报警处理流程.134 系统调试. 144.1 硬件电路调试. 144.2 软件调试. 144.3 系统操作说明书. .154.4 数据测试. 15总结.17参考文献.18附录一：系统源程序.19附录二系统硬件总图.201 系统总体设计1.1 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 1-1：电源单片机 AT8051数码管显示继电器温度传感器 DS18B20报警键盘指示灯图图 11 系统结构框图系统结构框图1.1.1 硬件系统子模块(1) 单片机最小系统电
6、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1.2 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
7、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。2 2 硬件系统设计硬件系统设计2.1硬件电路分析和设计报告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
8、.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 系统总设计本系统采用的是循环查询方式，来显示和控制温度的。主要包括四段程序的设计：DS18B20读温度程序，数码管的驱动程序，键盘扫描程序，以及抱经处理程序。3.1主程序流程图自动加热？设置温度？NYNY温度温度-设置完成？NNYYN加热 控制开始初始化读D18B20温度转换显示温度加热温度设置80预设温度5预设温度-5Y实测温度=预设温度保温指示灯
9、亮,停止加热加热指示灯亮,开始加热设置温度？温度+预设温度加5温度-预设温度减5设置完成？加热 控制实测温度=预设温度加热指示灯亮,开始加热实测温度预设温度保温指示灯亮,停止加热YYYNNYYNNNNNYY图图 3-13-1 主程序流程图主程序流程图3.2 各个模块的流程图3.2.1 读取温度DS18B20模块的流程由于DS18B20采用的是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单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。因此系统对DS18B20的
10、各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点， DS18B20必须首先调用启动温度转换函数，根据数据手册上对应转换时间来超作，如为12位转换，则应该是最大750mS，另外在对DS18B20超作时，时序要求非常严格，因此最好禁止系统中断。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主
11、机作为主设备，而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的读时序：（1）对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。 （2）对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线,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的写时序：（1）对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。 （2）对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当
12、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之内就得释放单总线。系统程序设计主要包括三部分：读出温度子程序、温度转换命令子程序、显示温度子程序。开始初始化DS18B20存在吗？ROM操作命令存储操作命令读取温度值返回YN图图 3-23-2 读取温度读取温度 DS18B20DS18B20 模块的流程图模块的流程图程序代码为：GET_TEMPER:SETBDQ ;读出转换后的温度值LCALLINIT_1820 ;先复位 DS18B20JB FLAG1,TSS2RET ;判断 DS1820 是否存在?若 DS18B20 不存在则返回TSS2:MOV A,#0CCH;DS18B20 已经被检测到，则跳过 ROM 匹配LCALLWRITE_1820MOV A,#44H ;发出温度转换命令LCALLWRITE_1820LCALL DISPLAY;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待 AD 转换结束,12 位的话 750 微秒LCALLINIT_1820 ;准备读温度前先复位MOV A,#0CCH;跳过 ROM 匹配LCALLWRITE_1820MOV A,#0BEH;发出读温度命令LCALLWRITE_1820LCALLREAD_18200 ;将读出的温度
