基于单片机的水温控制器 学位论文.docx

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基于单片机的水温控制器学位论文

济南职业学院

毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的水温控制器设计

系部：

电子工程系

专业：

电气自动化

学号：

201008023101

学生姓名：

申函

指导教师：

李莉

职称：

讲师

二O一三年一月八日

济南职业学院

毕业论文（设计）任务书

课题名称：

__基于单片机的水温控制器设计

系部：

电子工程系

专业：

电气自动化

姓名：

申函

学号：

201008023101

指导教师：

李莉

二O一三年一月八日

一、毕业论文（设计）的目的与要求：

毕业设计（论文）是教学过程中最后一个重要的实践性教学环节，是应用在校所学知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决工程实际问题的训练，目的是巩固、扩大和提高所学理论知识，使之系统化，并提升为解决实际工程技术问题的能力，通过本课题的实施可初步掌握工业企业的自动化技术改造基本方法和步骤。

通过毕业设计实践，可使学生进一步提高资料检索、计算、绘图、动手制作和编写说明书的职业技能。

2、毕业论文（设计）的内容：

三、毕业论文（设计）进程的安排

序号

论文（设计）各阶段名称

日期

备注

1

指导教师召集相关学生，向学生介绍毕业设计的相关规定，布置任务。

2

论文准备，期间老师不得少于两次指导学生。

准备期间，学生向指导教师汇报工作进度和工作情况，每周不少于一次。

3

毕业论文送交指导老师阅评

4

毕业答辩

公布成绩

4月27日前

四、任务执行日期：

自2013年1月8日至2013年4月27日止。

学生（签字）__________

指导教师（签字）__________

系主任（签字）__________

毕业设计（论文）成绩评定表

系部：

电子工程系专业：

电气自动化班级：

2010级3班

姓名

设计（论文）总成绩：

设计（论文）题目

指导教师评语

评定成绩：

签名：

年月日

评阅人评语

评定成绩：

签名：

年月日

答辩小组评语

答辩成绩：

组长签名：

年月日

注：

设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）

目录

摘要-7-

第一章绪论-8-

第二章系统总体设计-9-

2.1硬件总体设计-9-

2.1.1硬件系统子模块-9-

2.2软件总体设计-9-

第三章硬件系统设计-11-

3.1硬件电路分析和设计报告-11-

3.1.1单片机最小系统电路-11-

3.1.2键盘电路-12-

3.1.3数码管及指示灯显示电路-13-

3.1.4温度采集电路-14-

3.1.5电源电路-18-

3.1.6报警电路设计-19-

3.1.7加热管控制电路设计-20-

第四章系统软件设计-21-

4.1主程序流程图-22-

4.2各个模块的流程图-22-

4.2.1读取温度DS18B20模块的流程-22-

4.2.2键盘扫描处理流程-25-

4.2.3报警处理流程-26-

第五章系统调试-27-

5.1硬件电路调试-27-

5.2软件调试-27-

5.3系统操作说明-28-

5.4数据测试-28-

第六章结论-30-

参考文献-31-

结论-32-

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AT89S52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：

单片机；数码管显示；单总线；DS18B20

第一章绪论

本系统的设计可以用于水温控制系统和电饭煲等各种电器电路中。

它以单片机AT89S52为核心，通过数码管显示温度和语音提示实现人机对话，使用温度转换芯片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。

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。

以计算机为例，当中的中央处理器的运行速度愈快，所耗散的热量便愈多，为免计算机系统过热而受损，有关系统必须加强温度过高保护功能。

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。

自动控制仪器仪表总的发展趋势是高性能、数字化、集成化、智能化和网络化。

智能温度控制系统的设计是为了满足市场对成本低、性能稳定、可远程监测、控制现场温度的需求而做的课题，具有较为广阔的市场前景。

本系统的核心控制芯片选用的是51系列单片机AT89S52，单片机在各个技术领域中的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关：

·单片机构成的应用系统有较大的可靠性。

·系统构建简洁、易行，能方便的实现系统功能。

由于构成的系统是一个计算机系统，相当多的功能由软件实现，故具有柔性特点。

第二章系统总体设计

2.1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2-1：

图2－1系统结构框图

2.1.1硬件系统子模块

（1）单片机最小系统电路部分

（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

2.2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。

第三章硬件系统设计

3.1硬件电路分析和设计报告

本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P1.6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。

3.1.1单片机最小系统电路

因为89S52单片机内部自带8K的ROM和256字节的RAM，因此不必构建单片机系统的扩展电路。

如图3－1，单片机最小系统有复位电路和振荡器电路。

值得注意的一点是单片机的31脚必须接高电平，否则系统将不能运行。

因为该脚不接时为低电平，单片机将直接读取外部程序存储器，而系统没有外部程序存储器，所以必须接VCC。

在按键两端并联一个电解电容，滤除交流干扰，增加系统抗干扰能力。

图3－1单片机最小系统图

3.1.2键盘电路

键盘是单片机应用系统中的主要输入设备，单片机使用的键盘分为编码键盘和非编码键盘。

编码键盘采用硬件线路来实现键盘的编码，每按下一个键，键盘能够自动生成按键代码，并有去抖功能。

因此使用方便，但硬件较复杂。

非编码键盘仅仅提供键开关状态，由程序来识别闭合键，消除抖动，产生相应的代码，转入执行该键的功能程序。

非编码键盘中键的数量较少，硬件简单，在单片机中应用非常广泛。

图为按键和AT89S52的接线图，检测仪共设有4个按键，每个按键由软件来决定其功能，4个按键功能分别为：

（1）SW1：

设定按键（设定按键）

（2）SW2：

加法按键（当前位加5）

（3）SW3：

减法按键（当前位减5）

（4）SW4：

退出设置键（系统初始化）

图3－2单片机最小系统

3.1.3数码管及指示灯显示电路

（1）数码管显示说明

各个数码管的段码都是单片机的数据口输出，即各个数码管输入的段码都是一样的，为了使其分别显示不同的数字，可采用动态显示的方式，即先只让最低位显示0（含点），经过一段延时，再只让次低位显示1，如此类推。

由视觉暂留，只要我们的延时时间足够短，就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚，过程如表3-1。

表3-1数码管编码表

段码

位码

显示器状态

08H

01H

□□□□□□□0

abH

02H

□□□□□□1□

12H

04H

□□□□□2□□

22H

08H

□□□□3□□□

a1H

10H

□□□4□□□□

24H

20H

□□5□□□□□

04H

40H

□6□□□□□□

aaH

80H

7□□□□□□□

本论文中使用了3个数码管，其中前两位使用动态扫描显示实测温度，在设置加热温度的时候，两个数码管是闪烁，以提示目前处在温度设置状态。

第三位数码管静态显示符号“℃”。

（2）运行指示灯说明

本热水器温度控制系统中共使用到3个LED指示灯和3个数码管。

右上角的红色LED是电源指示灯；

数码管右边的红色LED是加热指示灯，当刚开机或温度降到设定温度5℃以下时，该灯会亮，表示目前处于加热状态；当温度上升到设定温度时，该LED灭，同时数码管右边的绿色LED亮，表示目前处于保温状态，用户可以使用热水器；当温度再次下降到设定温度5℃以下时，绿色LED灭，红色加热的LED灯亮，不断循环。

图3－3LED数码管显示电路图

3.1.4温度采集电路

（1）DS18B20介绍

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，测量温度范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内,精度为±0.5℃。

DS1822的精度较差为±2℃。

现场温度直接