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1、电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文论文题目 基于单片机的水温控制系统 学生姓名 学 号 083522026 专 业 电气工程及其自动化 班 级 08电气（2） 指导教师 2012年5月摘 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AT80S51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
2、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。该水温控制系统采用单片机进行温度实时采集与控制。温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20提供，DS18B20在-10+85C范围内, 固有测温分辨率为0.5 。水温实时控制采用继电器控制电热丝和风扇进行升温、降温控制。系统具备较高的测量精度和控制精度，能完成升温和降温控制。关键词： 单片机、数码管显示、单总线、DS18B20.ABSTRACT Temperature control system can be said to be ubiquitous, water heaters, air conditi
3、oning systems, refrigerators, rice cookers, electric fans and other home appliances as well as high-speed and efficient hand-held computers and electronic equipment are required to provide temperature control. The system design can be used for drinking water heater temperature control systems and ot
4、her electrical circuits. AT80S51 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 acquisition and through the digital display and offers a varie
5、ty 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 mode. This water temperature control system uses the Single Chip Microcomputer
6、to carry on temperature real-time gathering and controling. DS18B20, digitized temperature sensor, provides the temperature signal by a main line. In -10+85 the scope, DS18B20s inherent measuring accuracy is 0.5 . The water temperature real-time control system uses the electricity nichrome wire carr
7、ing on temperature increiseament and operates the electric fan to realize the temperature decrease control. The system has the higher measuring accuracy and the control precision, it also can complete the elevation of temperature and the temperature decrease control. KEY WORDS： Microcontroller;Digit
8、al display;Single bus;DS18B20目录目录11 绪 论31.1水温控制系统概述41.2本设计任务和主要内容42 课题设计方案论证52.1温度采集模块的选用52.2控制核心的选择62.3加热装置有效功率控制模块的选择62.4键盘与显示模块的选择73 系统的主要器件93.1 AT89S52单片机简介93.2 DS18B20温度传感器简介123.3 LED数码管简介144 硬件的设计与实现174.1系统硬件模块关系174.2温度采集部分设计184.2.1 DS18B20的测温功能的实现：184.2.2 DSl820工作过程中的协议194.2.3 温度转换算法及分析204.3键
9、盘、控制器部分204.4 继电器控制电路214.5 数码管显示电路225 软件设计245.1读取DS18B20温度模块子程序245.2数据处理子程序245.3键盘扫描子程序265.4 主程序流程图276 系统调试286.1 硬件电路调试286.2 软件调试286.3 系统操作说明296.4 数据测试297 总 结318 参考文献329 致 谢3310 附 录34附录A ： 系统硬件原理图34附录B：软件程序清单351 绪 论水温控制在工业及日常生活中应用广泛,分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89S52单片机为核心，采用软件编程，
10、实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。本文首先用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然后在模型参考自适应算法 MRAC基础上,用单片机实现了自适应控制,弥补了传统 PID控制结构在特定场合下性能下降的不足,设计了一套实用的温度测控系统,使它在不同时间常数下均可以达到技术指标。此外还有效减少了输出继电器的开关次数,适用于环境参数经常变化的小型水温控制
11、系统。1.1水温控制系统概述温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，过低的温度或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高等场合下，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准，以单片机为核心设计的炉温控制系统，可以同时采集多个数据，并将数据通过通讯口
12、送至上位机进行显示和控制。那么无论是哪种控制，我们都希望水温控制系统能够有很高的精确度（起码是在满足我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。在计算机没有发明之前，这些控制都是我们难以想象的。而当今，随着电 子行业的迅猛发展，计算机技术和传感器技术的不断改进，而且计算机和传感器的价格也日益降低，可靠性逐步提高，用信息技术来实现水温控制并提高控制的精确度不仅是可以达到的而且是容易实现的。用高新技术来解决工业生产问题， 排除生活用水问题实施对水温的控制已成为我们电子行业的任务，以此来加强工业化建设，提高人民的生活水平。1.2本设计任务和主要内容1.基本要求一升水由1kW的电炉
13、加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。2.主要性能指标 温度设定范围：，最小区分度为。 控制精度：温度控制的静态误差。 用十进制数码显示实际水温。3.扩展功能 具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。 采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 温度控制的静态误差。2 课题设计方案论证2.1温度采集模块的选用方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起的热敏电阻电阻的变化、进而导致的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片
14、ADC0809将模拟信号转化数字信号输入单片机处理。方案二： 采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的特点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定的电路予以纠正，但不仅将使电路复杂稳定性降低，而且在人体所处环境温度变化中难以检测小的温度变化。故该方案不适合本系统。对于方案二，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大的降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同，使得其温度分辨率极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机接口变得非常简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。由上述分析、可行性和实用性等因素考虑，本课题选用方案二，即采用温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件。2.2控制核心的选择方案
