基于单片机的饮水机温度控制系统的设计毕业设计Word下载.docx
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该饮水机设有加热与制冷两种模式，然后根据用户对温度的需求，经温度传感器检测，由单片机发出指令使饮水机进入加热或者制冷状态。
该饮水机温度控制系统不仅包括温度显示，状态提示，而且当热水槽内水量不足时还能发出报警，以免发生干烧现象。
本系统具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，本文着重介绍了该系统的方案选择和硬件设计方法。
关键字：
单片机，温度控制，温度传感器，饮水机
Abstract
Withthedevelopmentofthesociety,themeasurementandcontrolofthetemperaturehasbecomemoreandmorepopularandimportant.Thetemperatureisthebasicandcommonparameterinthemanufactureandlife,experiments.ThispaperdesignsatemperaturecontrolsystemwiththeSCMandtemperaturesensor.ItdescribesthetemperaturecontrolsystembasedonSCMAT89C51andtemperaturesensorDS18B20indetails,includingsoftwareandhardwaresystemdesignprogram.Thewaterdispenserhastwoworkingmodelsheatingandrefrigerating.Thenaccordingtotheneedsoftheusertothetemperatureandafterthetemperaturesensordetection,theSCMinstructthewaterdispenseintotheheatingorrefrigeratingmodel.Thetemperaturecontrolsystemnotonlyconsistsoftemperaturedisplay,stateprompting,butifthereisnoenoughwaterinthehotwatertank,itwillgiveanalarminordertoaviodthedanger.Thetemperaturecontrolsystemisveryconvenientandsimpleandthepapermainlydescribesthemethodsofsystemseletionandthehardwaredesign.
Keywords:
SCM,temperaturecontrol,temperaturesensor,waterdispense
1绪论
1.1课题研究的目的及意义
随着社会的发展以及节能的需求，温度的测量及控制变得越来越重要。
温度是生产生活过程以及科学实验中普遍而且重要的物理参数。
在工业生产过程中对温度、压力、流量、速度等进行有效的检测与控制是实现优质，高产，低耗和安全生产的重要条件，其中对温度的控制需求占有相当大的比例。
在工业研发和生产中，为了保证生产过程的稳定运行以及提高控制精度，通常采用微电子技术。
它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。
本课题采用51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。
作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。
1.2课题研究现状分析
由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越高。
所以温度控制系统得到国内外许多有关人员的重视，同时取得了十分广泛的应用，成果显著。
由于单片机微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。
因此，如何将单片微处理器应用到生产生活温度自动控制领域，为越来越多的人所重视。
目前先进国家各种生产生活自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制系统。
其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制算法，能够获得较好的工艺性能指标。
单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技术的发展而诞生的。
由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，所以广泛应用于电子仪表，家用电器，节能装置，军事装置，机器人，工业控制等诸多领域，使产品小型化，智能化，既提高了产品的功能和质量又降低了成本，简化了设计。
1.3技术指标
设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够根据用户需要对水温进行控制并能在水温变化时实现自动控制。
（1）温度设定范围为0～99℃，最小区分度为1℃，温度控制的误差≤1℃
（2）能够用数码管精确显示当前实际温度值
（3）按键控制：
设置复位键、加热键、冷却键、温度显示键
（4）水量不足时能够发出报警
2总体设计
2.1系统设计方案
本设计以AT89C51单片机为控制芯片，采用典型的数字输出型集成温度传感器DS18B20进行温度采集，然后直接将DS18B20产生的数字信号传给单片机。
该饮水机设有加热与制冷两种模式。
根据用户对水温的需求，按下控制键，然后由单片机发出命令使饮水机进入加热或者制冷状态。
当需要温度显示时，按下温度显示键，数码管便显示热水槽内水的温度。
当水温达到设定值时，有指示灯以及声音提示。
当热水槽内水量不足时，饮水机发出报警，以免发生干烧。
2.2系统结构框图
系统主要包括电源电路模块、数据采集模块、单片机控制模块、驱动电路、显示以及报警模块五个部分。
系统框图如图1所示。
图1系统结构框图
3硬件设计
3.1单片机选择
单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：
一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。
二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，要设计合适的接口电路。
单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。
如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。
它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。
但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。
AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机。
片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。
它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC一51兼容，其引脚如图2所示。
片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。
因此AT89C51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。
图2AT89C51引脚图
3.1.1AT89C51单片机的主要性能
AT89C51单片机的主要性能有：
（1）4KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入／擦除）；
（2）全静态工作：
0Hz～24MHz；
（3）3级程序存储器保密；
（4）128﹡8字节内部RAM；
（5）32条可编程I／O线；
（6）2个16位定时器／计数器；
（7）6个中断源；
（8）可编程串行通道；
（9）片内时钟振荡器。
另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式—空闲方式和掉电方式。
在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器／计数器、串行口和中断系统都继续工作。
在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”．使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。
3.1.2AT89C51引脚功能说明
（1）主电源引脚
①VCC：
电源端。
②GND：
接地端。
（2）外接晶体引脚
①XTAL1：
接外部晶体的一个引脚。
在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。
当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。
②XTAL2：
接外部晶体的另一个引脚。
在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。
（3）控制或与其他电源复用引脚
①RST：
复位输入端。
当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
②ALE／
：
当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。
即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1／6）周期性地出现正脉冲信号。
因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（
）。
如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中SEH单元的DO位置数，可禁止ALE操作。
该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。
另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。
③
程序存储允许（
）输出是外部程序存储器的读选通信号。
当AT89C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次再完完有效（即输出2个脉冲）。
但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的还完完信号将不出现。
④
/VPP：
外部访问允许端。
要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H一FFFFH），则
端必须保持低电平（接到GND端）。
然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存
端的状态。
当
端保持高电平（接VCC端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。
在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。
（4）输入／输出引脚P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7和P3.0～P3.7
①P0端口（P0.0～P0.7）：
P0是一个8位漏极开路型双向I／O端口。
作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入。
对端口写l时，又可作高阻抗输入端用。
在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）／数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在Flash编程时，P0端口接收指令字节；
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