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1、-摘 要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。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、停顿加热等，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：单片机，数码管显示，单总线，DS18B20AbstractTemperature control sys
2、tem can be said to be ubiquitous, water heaters, air conditioning systems, refrigerators, rice cookers, electric fans and other home appliances as well as high.speed and efficient hand.held puters and electronic equipment are required to provide temperature control. The system design can be used for
3、 drinking water heater temperature control systems and other electrical circuits. AT80C51 microcontroller as the core of it, through the three temperature digital display and 4 keys to achieve man.machine dialogue, the use of single.chip bus temperature conversion temperature DS18B20 real.time acqui
4、sition and through the digital display and offers a variety of operating light to indicate system now live in the state, such as: temperature setting, heating, and stop heating, the entire system through the four buttons to set the heating temperature and control the operating modeKeywords:Microcont
5、roller, digital display, single bus, DS18B20. z-目 录1 绪 论11.1 课题的背景及研究意义11.2 国外现状及开展趋势11.3 论文主要工作概述12 系统方案论证22.1 系统方案设计及论证22.2功能模块设计及论证22.2.1 温度采样模块22.2.2 键盘及显示模块22.3 总体设计简介32.3.1 硬件总体设计32.3.2 软件总体设计33 硬件系统设计43.1 单片机控制系统43.2 人机交互电路53.2.1 键盘电路53.2.2 数码管及指示灯显示电路63.3 温度采集控制电路83.3.1 温度采集电路83.3.2 加热管控制电路1
6、23.4 电源电路123.5 报警电路134 系统软件设计144.1 主程序设计144.2 子程序设计154.2.1 DS18B20读取子程序154.2.2 键盘扫描子程序173.2.3 报警中断子程序185 系统调试195.1 系统工作流程195.2 软件调试195.3 硬件电路调试205.4 数据测试20总 结22致 23参考文献24附录1：系统源程序25附录2：系统硬件总图36. z-1 绪 论1.1 课题的背景及研究意义及时准确地得到温度信息并对其进展适时的控制,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，例如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉
7、、热处理炉、反响炉等，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围。超过这个围，系统或许会停顿运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于，超过适宜围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度围可以由检测人员根据实际情况加以改变。1.2 国外现状及开展趋势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开展时期，近年来，随着大规模集成电路的开展，单片机继续朝快速、高性能方向开展。单片机主要用于控制，它的应用领域普及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都
8、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构造、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、仪器仪表构造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展管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、部配线少、本钱低，制造、安装、调试及维修方便。传统的温度
9、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。1.3 论文主要工作概述课题采用的是单总线数字温度传感器DS18B20，可直接将温度转换值以16位数字码的方式串行输出：将温度转化为数字编码只需1秒左右。而且它具有独特单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用1个I/O口；支持多节点；测温时无需任何外部元件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式。测
10、温围为55+125。由于传送的是串行放大器和A/D转换器可以统统被省却，因而这种测温方式大大提高了各种温度测控系统的可靠性，降低了本钱，缩小了体积。其测温系统构造简单，硬件少，本钱低，测温精度高，转换速度快，实用性高，应用围广泛，市场前景好，经济效益可观。本文主要构造：第一章 为绪论，介绍水温控制背景开展及现状；第二章 为系统的方案论证，比拟了几种不同的方案，为本设计筛选出适宜的方案；第三章 为硬件系统设计，在合理方案的根底上，选定适宜的元器件，组成根本系统，实现相应的功能；第四章 为软件设计，论述了主程序以及各个子程序的功能；第五章 为系统调试，对设计的系统进展测试，发现并解决在调试阶段的问
11、题。2 系统方案论证2.1 系统方案设计及论证方案1：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，采用上下限比拟电路将反响的温度值与给定的温度值比拟后，决定加热或者不加热。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得教高，而且不能用数码显示和键盘设定。方案2：采用单片机AT89C51为核心。采用了温度传感器18B20采集温度变化信号，并通过单片机处理后去控制温度，使其到达稳定。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。比拟上述两种方案，方案2明显
12、的改善了方案缺点，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2。2.2功能模块设计及论证本设计以单片机为控制核心，系统由温度采集模块、加热模块、键盘显示模块及电源模块等四大模块组成。现将各局部主要元件及电路做以下的论证： 温度采样模块方案1：采用热敏电阻，可满足35.95的测量围，但热敏电阻精度、重复性和可靠性都比拟差，对于检测精度小于1的温度信号是不适用的。方案2：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
13、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。经上述比拟，方案2明显优于方案1，应选用方案2。 键盘及显示模块控制与显示电路是反映电路性能、外观的最直观局部，所以此局部电路设计的好坏直接影响到电路的好坏。方案1：采用可编程控制器8279与数码管及地址译码器74LS138组成，可编程/显示器件8279实现对按键的扫描
14、、消除抖动、提供LED的显示信号，并对LED显示控制。用8279和键盘组成的人机控制平台，能够方便的进展控制单片机的输出。方案2：采用数码管与地址译码器74LS138组成显示系统，按键直接与80C51相连接的按键系统控制，这种方案既能很好的控制键盘及显示，为主单片机大大的减少了程序的复杂性，而且具有体积小，价格廉价的特点。比照两种方案可知，方案1虽然也能很好的实现电路的要求，但考虑到电路设计的本钱和电路整体的性能，我们采用方案2。2.3 总体设计简介 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，其构造框图如图2.1：电源单片机AT8051数码管显示继电器温度传感器DS18B
15、20报警键盘指示灯图 2.1 系统构造框图Figure 2.1 System Structure curve 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构造，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场工作，系统开场工作后，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，温度传感器开场实时检测，调用显示子程序显示检测结果，调用比拟当前显示温度值与开场设定的温度值比拟，如果当前显示值低于设定值就通过继电器起动加热装置，直到到达设定值停顿加热，之后进展保温，如果温度高于上限进展报警。3 硬件系统设计本设计主
