基于单片机的水温控制系统设计-毕业设计.doc

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基于单片机的水温控制系统设计

学生：

指导教师：

内容摘要：

说起温度控制系统，大家并不陌生了，在我们生活中许许多多的家用电器都可以涉及到温度的控制，像存储美食的电冰箱，为我们带来凉爽的空调都会用到温度控制系统，为我们带来热气腾腾开水的饮水机等等。

而本文介绍了水温控制系统的基本原理，本系统可以用于饮水机等电路，整个系统的核心就是AT89C51单片机，它是这个系统的主控制单元，对于水温控制当然温度控制系统也是必不可少的，这个系统则应用了DS18B20为温度传感器的温度控制系统，采集温度后利用数码管显示当前温度，并通过继电器对其加热等。

总而言之水温控制系统在生活中的大量应用为我们带来了方便，提高了我们的生活质量。

关键词：

水温控制系统单片机AT89C51DS18B20继电器

Designformicrocomputertemperaturecontrolsystem

Abstract:

Speakingoftemperaturecontrolsystem,everybodyisnotstrange,inourlife,manyhouseholdappliancescanbeinvolvedintemperaturecontrol,likefoodstoragerefrigerator,bringuscoolairconditioning,thetemperaturecontrolsystemisusedforusasteaminghotwaterdrinkingmachine,andsoon.Watertemperaturecontrolsystemareintroducedinthispaper,thebasicprincipleofthissystemcanbeusedforwaterdispenserscircuit,suchasthecoreofthewholesystemisAT89C51singlechipmicrocomputer,itisthemaincontrolunittothesystem,thewatertemperaturecontroltemperaturecontrolsystemisalsoindispensable,ofcourse,theapplicationsystem,thetemperaturecontrolsystemoftemperaturesensorDS18B20,aftercollectingtemperatureusingdigitaltubedisplaythecurrenttemperature,andthroughtherelayontheheating,etc.Overallwatertemperaturecontrolsysteminthelifeofalargenumberofapplicationsforourbroughtconvenient,improvethequalityofourlife.

Keywords:

watertemperaturecontrolsystemofsinglechipmicrocomputerAT89C51DS18B20relay

.

目录

前言..............................................................1

1水温控制器背景 1

2方案比较 1

2.1控制电路的方案比较 1

2.2温度采集模块 2

2.3显示模块 2

2.4温度控制模块 2

3硬件电路 3

3.1硬件框图 3

3.2功能介绍 3

3.2.1控制电路模块 3

3.2.2温度采集模块功能 6

3.2.3温度控制模块功能 7

3.2.4显示模块功能 8

4软件设计 10

4.1主程序流程图 10

4.2温度采集程序 11

4.2.1温度转换 12

4.3按键处理 13

4.4显示模块 13

5调试说明 15

5.1温度采集误差 15

5.2水温控制测试 16

5.3温度突变测试 17

6结束语 18

附录.............................................................19

参考文献.........................................................21

21

基于单片机的水温控制系统设计

前言

电饭煲，电冰箱,电空调在我们生活中随处可见，为我们的生活带来了极大的方便,这一切的功劳都归属于水温控制系统的诞生。

随着科技不断进步，如今的水温控制系统越来越精确，质量越来越高，效率也越来越好。

然而水温控制系统不仅仅应用在一些日常的家电中，还在工业上普遍应用。

例如冶金，电力生产等对温度都有极其高的要求，工业冶炼都是在高温环境下操作的，在如此恶劣的环境下，控制温度是对员工安全的负责，是对产品质量的指标，是对成品数量的标准，可见水温控制的重要性，不仅提高了产品质量，还相应节约了人力劳动。

在现在工业发达的领域，自动化控制应用越来越广泛，大大节约了人力物力资源，由于单片机的广泛应用和发展，使水温控制系统越来越精确，越来越方便，越来越与我们的生活息息相关，人们也越来越放心使用。

1水温控制器背景

人们对生活质量的要求越来越高，现在电子技术的不断发展推动了水温控制的不断进步，即能满足人类现在的需要。

目前水温的控制系统一般采用以微处理器为核心的计算机控制技术，代替了从前落后的控制器，从而提高了自动化能力，并且精确度也越来越高。

由于单片机的问世，自动化控制将单片机的功能发挥到淋漓尽致，单片机也成为了大多电子产品中必不可少的核心元件，而对于本课题的水温控制系统也涉及到了单片机的应用，在当代生活水温控制系统应用越来越广泛，说明了水温控制系统在我们生活中的地位，并且适合各种场合的智能水温控制器也随之诞生。

本课题就是在STC89C52单片机上的水温控制系统。

2方案比较

2.1控制电路的方案比较

方案一：

采用FPGA作为系统控制器。

FPGA具有高速运行，编程简单的优势，但是本系统只是一个简单普通的水温测试系统，高速运行对本系统来说与不是高速运行的控制系统相比不会产生太大优势，所以不需要高速运行这个特点，并且FPGA成本高，引脚多，十分麻烦，对于本系统利用不到其优势且由于引脚多会给其带来额外麻烦，所以排除它。

方案二：

采用STC89C52RC单片机作为控制器。

本单片机是在一块芯片中集成了数据存储器ROM，中央处理器，定时器，计数器和程序存储器RAM,32位IO口，可通过编程实现逻辑，运算等控制，且其具有体积小，功耗低，成本低的优势，而且此单片机引脚较少，对于本系统是最佳的选择。

不仅可以实现自动化控制水温的功能，又可以降低成本又是十分简便的方式。

综上所述选择方案二。

2.2温度采集模块

方案一：

采用热敏电阻器采集温度，尽管其灵敏度较高，工作范围也挺广泛，但是其阻值与温度关系非线性严重，调试较复杂，固不采用。

方案二：

采用热电偶采集温度，尽管其精确度较高，稳定性好，但是其灵敏度低，成本较高，对污染特别敏感，调试困难,固也不采用。

方案三：

采用DS18B20温度传感器采集温度，可直接与本系统控制电路单片机通信，读取测温数据。

且线路简单，耗用资源少，灵敏度高，测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625℃，而且较其它温度采集模块，我们已对DS18B20有了初步的接触，在我们使用时会更加等心应手，减少不必要的麻烦，最主要是DS18B20能满足本系统所有要求。

综上所述选择方案三。

2.3显示模块

方案一：

采用LED八段数码管。

使用该方案时就要用到三个LED分别显示温度的十位、个位和小数位，在制作时就使其复杂麻烦。

尽管数码管低消耗，但是其引脚不规则，在辨别和确认引脚时也较为麻烦，还有一点就是温度是可以变化的，是随着时间会改变的，固该系统是动态显示，为满足这点要求LED八段数码管在使用时要外加驱动电路，就更为复杂。

方案二：

采用液晶显示屏。

液晶显示屏不但具有数码管显示的特点，但是较LED八段数码管而言，它的引脚就较其简单，而且抗干扰能力强，编程也相对简单容易，使本系统在制作时更为简单，且满足我们的所有需求。

综上所述选择方案二。

2.4温度控制模块

方案一：

采用可控硅来控制加热器有效功率。

采用本方案需通过控制其导通角来掌握电流大小，尽管可控硅开端速度快且无涌流，但该方案电路复杂，还需增加其他光耦器件，使电路更显复杂，并且成本高，功耗大，所以不使用该方案。

方案二：

采用PWM控制固态继电器来达到控制电流大小的目的，从而控制加热温度降低温度，继电器可以很容易地实现通过较高的电压和电流，并且较方案一电路简单，不用外加光耦器件，且成本低，对整体系统无干扰，响应快，能满足该系统要求。

综上所述选择方案二。

3硬件电路

3.1硬件框图

该总系统主要以STC89C52为核心模块来控制整个系统，还有温度采集模块，显示模块，温度控制模块，键盘输入等共同协调而成，该系统可以简单的控制水温，并加热水温使其达到预设状态，该系统最常见的实例就是饮水机。

饮水机是设置水温达到几乎100摄氏度，当打开电源自动开始加热到预设温度，当达到预设温度时保温，保持预设温度，当温度未达到时，又继续自动加热，以此循环。

水温控制器的硬件框图如3.1-1所示。

STC89C52

单

片

机

温度采集

键盘输入

数据存储

温度控制

数据显示

图3.1-1硬件框图

3.2功能介绍

3.2.1控制电路模块

本系统控制电路模块是采用单片机STC89C52，它属于51系列单片机，具有51系列单片机的特点，51系列单片机又被叫做位处理器，因为其有一优点就是从内的硬件到软件都有一套按位操作的系统，由此显而易见51系列单片机处理方式是按位处理，单片机还具有高集成度，体积小的特点，它是将各功能部件集成在一块小芯片上，具有逻辑运算，置位，清零等功能，最主要是其控制能力强,而本系统用到的STC89C52单片机是一个8位单片机，，它的外部晶振为12MHz，一个指令周期为1μS，它还有32个IO口，而单片机的IO口逻辑操作及位处理能力很强，适用于使用控制功能系统。

单片机STC89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。

系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。

单片机不但引脚少，而且功能强大，本系统主要应用了STC89C52具有控制能力强，及内部又8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器，使我们采集温度后可以直接将数据传输到单片机，并可以记录储存到此时的数据，并且它的控制能力可以协调控制各模块之间自动运行，且编写程序控制较其它而言相对简单，再者单片机引脚少，使电路不至于麻烦，为操