恒温水浴装置控制系统设计毕业设计.doc

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摘要

随着电子科技、测量和温度控制技术的迅速发展和广泛应用，在工农业生产中温度是一项重要的参数，而采用单片机对这些温度参数进行测量及控制已经成为当今的一项重要控制领域。

本设计以STC89C51单片机为核心设计了一套恒温水浴装置控制系统，重点阐述了工作原理和设计方法。

温度信号采集选择的温度传感器是温度芯片DS18B20，并以数字信号的形式传送给单片机，通过单片机把温度信号显示在LED上。

用四位一体共阳极LED数码管显示数据，继电器吸合使负载通电工作，用PNP三极管驱动。

该温度控制系统主要包括硬件设计和软件设计两部分，其中硬件设计包括温度检测电路、温度控制电路和数码显示电路；软件设计包括主程序、数码管显示程序、按键扫描及按键处理程序、温度信号处理程序和超温报警程序等。

单片机过对信号进行相应的处理，从而实现控制水温的效果。

关键词：

AT89C51,DS18B20,温度控制

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentandwideapplicationoftheelectronictechnology,measurementandtemperaturecontroltechnology,thetemperaturebecomesanimportantparameterinindustrialandagriculturalproduction,andthecontrolandthemeasurementofthetemperatureparametersbysinglechipmicrocomputerhavebecomeanimportantcontrolarea.ThisdesignregardstheSTC89C51microcontrollerasthecoretodesignasetofcontrolsystemofthermostaticwater,focusingontheworkingprinciplesanddesignmethods.TemperaturesignalacquisitionofthetemperaturesensoristemperaturechipDS18B20,andtransmittedtothemicrocontroller,intheformofdigitalsignaltodisplaytemperaturesignalonLED.ThequaternitycommonanodeLEDdigitaltubedisplaythedata,usingrelaystodrivetheloadandthePNPtransistordriver.Thetemperaturecontrolsystemmainlyincludestwoparts,thehardwaredesignandsoftwaredesign.Thehardwaredesignincludestemperaturedetectingcircuit,controlcircuitanddigitaldisplaycircuit;Softwaredesignincludesthemainprogram,digitaltubedisplayprogram,keyscanningandprocessing,temperaturesignalprocessingprogramandovertemperaturealarmprogram,etc.Singlechipmicrocomputerprocessesthesignaltoachievetheeffectofwatertemperaturecontrol.

Keywords:

AT89C51,DS18B20,thetemperaturecontrol

目录

第1章绪论 1

1.1恒温水浴装置控制系统设计的背景 1

1.2恒温水浴装置控制系统设计的意义 1

第2章设计要求与方案论证 3

2.1设计要求 3

2.2系统基本方案选择和论证 3

2.3电路设计最终方案决定 7

第3章硬件 8

3.1STC89C51芯片 8

3.2DS18B20传感器 15

3.3数码管 21

3.4继电器 22

第4章硬件电路设计 23

4.1电源输入电路 23

4.2温度采集电路 23

4.3LED显示电路 24

4.4温度报警电路 25

4.5继电器电路 26

第5章软件设计 28

5.1程序框图及解析 28

第6章系统测试及结果 29

第7章结论 34

参考文献 35

致谢 36

附录1系统原理 37

附录2C语言程序 38

附录3英文文献及译文 47

IV

IV

第1章绪论

1.1恒温水浴装置控制系统设计的背景

采用科学的计算方法，集成了多种先进技术的测量和控制可以有效地控制每一个生产环节，不仅保证了标准化生产，提高产品质量，降低成本，但也能确保安全生产。

因此，测量和控制技术已广泛应用于炼油，化工，冶金，电力，电子，轻工和纺织工业。

单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。

作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中，使其智能化。

恒温水浴装置控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。

在工业生产过程中，很多时候都需要对水温进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用恒温水浴装置控制系统可以对生产环境的温度进行有效控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

水温控制系统应用十分广阔。

1.2恒温水浴装置控制系统设计的意义

随着社会的发展，在各个领域的科学与技术中的应用和测量仪器的发展中，智能化是现代温度控制系统的主流。

温度测量与控制系统，控制对象的温度。

广泛应用于日常生活和工业温度控制领域，如温室、发酵罐、电源和其他地方的温度控制。

和温度控制完成人工并没有足够的重视，在很多地方都需要的温度监测，以防止发生意外。

针对这一问题，该系统的设计，实现了连续的温度控制系统，温度控制精度高，它被广泛使用，功能强大，小巧美观，携带方便，是一种实用，价廉的控制系统。

特别是近年来，温度控制系统已经应用到人们的生活的每一个方面，温度控制的发展和人们的生活密切相关。

水是一种重要的资源，我们的生存，无论是在工业和农业生产，我们的日常生活中随处可见不能沸水。

为了控制水温，可以大大提高了生产效率，节约资源，提高我们的生活质量。

在当今水资源日益匮乏，具有简单和扩展温度控制系统，对我们社会的可持续发展，都具有十分重要的意义。

第2章设计要求与方案论证

首先明确设计要求，再整体讨论和确定方案，一一攻破设计的难点。

2.1设计要求

基本范围0℃-99℃；

精度误差1℃；

数码管直读显示；

可以温度控制；

扩展功能：

可以任意设定温度的上下限控制及报警功能，可以驱动加热和制冷负载。

2.2系统基本方案选择和论证

2.2.1单片机芯片的选择方案和论证

由于单片机具有以下的很多优点，被我们选定为制作该作品的首选芯片。

（1）高集成度，体积小，可靠性高

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度高，体积自然也小。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线非常短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。

单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道都在一个芯片内，所以可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对需求对象的控制要求，单片机的指令系统均有极多的条件。

分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的最低工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性价比

单片机的性能极高。

为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。

单片机的寻址能力也已突破64KB的限制。

由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

[1]

方案一:

采用STC89C51芯片作为硬件核心。

STC89C51内部具有4KBROM存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。

[2]

方案二:

采用AT89S51。

AT89S51片内具有4K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。

两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C51价格便宜，且下载简单方便。

考虑到方便因素，因此选用STC89C51。

2.2.2温度传感器设计方案论证

利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。

这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。

温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；

（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；

（2）模拟集成温度传感器/控制器；（3）智能温度传感器。

国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1°C。

国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625°C。

由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125°C，测温精度为±0.2°C。

为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。

目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线（1-Wire）总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。

温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。

方案一:

由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

方案二:

进而考虑到用温度传