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热敏电阻、热电偶、半导体二极管、集成温度传感器、数字温度传感器等；
加热、制冷各由一个10A继电器控制，加热、制冷装置可空置不用；
（2）水温应控制在20℃-70℃之间，分辨率0.1℃，误差±
2℃。
通过“加”、“减”两个按钮以1℃为单位调节设定温度，设定温度到达后控制加热继电器或制冷继电器动作；
（3）3位LED数码管（字符LCD亦可）显示当前温度测量值、温度设定值；
三、方案论证
方案1：
该电路主要由被控对象、温度传感器、K-C变换器、放大器、数字万用表、比较器、控制温度设置、执行机构组成。
其框图如下：
根据温度测量与控制原理，将温度-电压变换电路，K-℃变换电路，反响放大器，比较器电路，继电器驱动电路连接起来，然后对电路按要求进行扩展与调试。
当R1设置为10K，AD590设置为300时，输出U01为3V，然后再调整R2，使K--℃变换参考电路的输出为270mV，因为在设计中，我们的反向放大倍数是-10倍，所以反向放大器的输出电压是2.7V。
不过在最后设计继电器驱动电路的时候，不知道怎样才能体现出水温的测量与控制，经过各方面资料的参考，运用两个继电器与LED灯来显示水温的测量。
结果调试出了，当AD590设置为大于等于374uA或小于273.2uA，X1LED灯亮；
否则X2LED灯亮。
测量温度范围为20℃～70℃
AD590的电源电压范围为4～30V。
电源电压可4～6V范围变化，可承受44V正向电压和20V的反相电压，器件反接也不会被损坏。
精度高，AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在20℃～70℃范围内，非线性误差为±
AD590为电流型PN结集成温度传感器，其输出电流正比于热力学温度。
0℃温度时输出电流为273.2µ
A，温度每变化1℃，输出电流变化1µ
A。
由于生产是经过精密校正，AD590的接口电路十分简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便于安装和调试。
优点：
设计简单、精度高、稳定性好且便于安装与调试。
方案2：
该系统以单片机为中心控制器件，主要由温度测量模块，显示模块，加热模块，控制模块等部分组成。
其结构框图如下：
此方案采用了AT89C52单片机为核心（如图2-2），采用温度传感器DS18B20进行温度采集，用继电器控制加热和制冷，使其达到电路简单、可靠的目的。
使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的优点。
采用单片机最小系统同时完成控制、显示、键盘等功能，软件编程灵活、自由度大，电路设计和制作比较简单，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，是一种非常好的方案。
综合以上，我选择方案2，采用继电器控制省去光耦和交流过零检测电路，在软件上选用适当的控制算法，可以达到较好的效果。
加热装置有效功率控制模块论证
根据题目，可以使用加热棒进行加热，使用制冷片降温，当水温超过设定温度时关闭加热棒开启制冷片，当需要加热时开启加热棒关闭制冷片。
由于加热的功率较大，考虑到简化电路的设计，我们直接采用220V电源。
对加热装置控制模块有以下两种方案：
方案一：
采用可控硅来控制加热棒有效功率。
可控硅是一种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：
控制导通的交流周期数达到控制功率的目的；
控制导通角的方式控制交流功率。
由交流过零检测电路输出方波经适当延时控制双向可控硅的导通角，延时时间即移相偏移量由温度误差计算得到。
可以实现对交流电单个周期有效值周期性控制，保证系统的动态性能指标。
该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。
但该方案可以实现功率的连续调节，因此响应速度快，控制精度也高。
方案二：
采用继电器控制加热棒和制冷片。
使用继电器可以很容易实现通过较高的电压和电流的通断，在正常条件下，工作十分可靠。
继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。
这种电路无法精确实现电热丝功率控制，电热棒只能工作在最大功率或零功率，对控制精度将造成影响。
但可以通过控制加热棒和制冷片交替工作实现水温的动态平衡，电路焊接简单，响应速度快，控制精度高。
基于以上分析以及现有器件限制选择方案二，采用继电器控制省去光耦和交流过零检测电路，在软件上选用适当的控制算法，同样可以达到较好的效果。
响应速度快，控制精度。
温度采集模块论证
题目要求温度静态误差小于等于±
0.2℃，温度信号为模拟信号，本设计要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。
该温度采集模块有以下三种方案：
利用热敏电阻传感器作为感温元件，热敏电阻的阻值随温度变化而变化，用仪表测量出热电阻的阻值变化量，从而得到与电阻值相应的温度值。
最常用的是铂电阻传感器，铂电阻在氧化介质中，甚至在高温的条件下其物理，化学性质不变。
由铂电阻阻值的变化经小信号变送器XTR101将铂电阻随温度变化的转换为4～20mA线性变化电路，再将电流信号转化为电压信号，送到A/D转换器——ADC0809.即将模拟信号转换为数字信号，该方案线性度优于0.01％。
采用温度传感器AD590K。
AD590K具有较高精度和重复性，良好的非线性保证±
0.1℃的测量精度。
加上软件非线性补偿可以实现高精度测量。
AD590将温度转化为电流信号，因此要加相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。
送入8位A/D转换器，可以获得255级的精度，基本满足题目要求。
方案三：
采用数字式温度传感器DS18B20，该传感器测温范围为-55℃-+125℃，最重要的是DS18B20传输方式为数字式，采用单总线专用技术，非常节约I/O口。
实现对温度的采集和转换，直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯，大大简化了电路的复杂度
基于以上分析和现有器件所限，温度采集模块选用方案三。
DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根接口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。
键盘与显示模块论证
根据题目要求，水温要由人工设定，并能实时显示温度值。
对键盘和显示模块有下面两种方案：
采用LCD1602液晶显示屏和单列3按键。
液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强,并可灵活的现实多种状态。
采用三位LED七段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。
按键采用单列3按键进行温度设定。
数码管具有：
低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化等特点。
同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
但可视面积小，画面效果不美观。
根据以上论述，AT89S52单片机资源丰富，根据设计需要考虑到液晶显示屏（LCD）具有功耗小、可视面积大、画面效果好等特点，我们选用方案一。
系统各模块的最终方案
根据以上分析，本着简单、实用的原则，综合考虑硬件构成、软件编程的复杂程度以及价格和题目所要求的精确度等因素，确定如下方案：
1.采用AT89S52单片机作为控制器，分别对温度采集、LCD显示、温度和设定、加热装置功率控制。
2.温度测量模块采用数字温度传感器DS18B20，此器件经软件设置可以实现高分辨率测量。
3.电热丝有效功率控制采用继电器控制，实现电路简单实用，加上温度变化缓慢可以满足设计要求。
4.显示用LCD液晶显示实时温度值。
系统的基本框图（如图2-2所示）。
CPU（AT89S52）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过AT89S52来处理数据。
数据处理后的结果就显示到1602液晶屏上。
另外由键盘设定温度值送到单片机，单片机通过数据处理发出温度控制信息到继电器。
继电器的通断来控制加热棒和制冷片的工作。
四、主要元件介绍
1、温度传感器（DS18B20）
温度传感器选用可编程温度传感器（DS18B20）芯片。
DS18B20是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
它的测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等都很适合本电路设计指标，给用户使用带来了更多方便。
1、DS18B20产品的特点
1.单线接口：
仅需一根线与单片机相连；
2.由总线提供电源，也可用数据线供电，电压范围：
3.0～5.5V；
3.测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～85℃时，精度为0.5℃；
4.可编程的分辨率为9～12位，对应的分辨率为0.5～0.03625℃；
5.可编程的温度报警设置；
6.分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字量。
2、DS18B20的引脚介绍
DS18B20可编程温度传感器有3个管脚（如图3-1）。
GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。
VDD为电源接口既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3．O～5．5V。
详见图3-1DS18B2管脚图。
图3-1DS18B20管脚图
3、DS18B20的内部结构
DS18B20内部功能模块主要由4部分组成：
64位光刻R0M、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
R0M中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。
高低温报警触发器TH和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH，TL或配置寄存器写入。
配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：
R1R0＝‘00’,9位精度，最大转换时间为93.75ms；
R1R0=‘01’,10位精度，最大转换时间为187.5ms；
R1R0=‘10’,11位精度，最大转换时间为375ms；
R1R0=‘11’,12位精度，最大转换时间为750ms；
未编程时默认为12位精度。
2、主控制器AT89S52
AT89S52（如图3－2所示）是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
图3－2AT89S52管脚图
1、主要性能
与MCS-51单片机产品兼容
8K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期
全静态操作：
0Hz～33Hz
三级加密程序存储器
32个可编程I/O口线
三个16位定时器/计数器
八个中断源
全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模式
掉电后中断可唤醒
看门狗定时器
双数据指针
掉电标识符
2、管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表3-1所示：
表3-1特殊功能口
I/O口
管脚
备选功能
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
/INT0
外部中断0
P3.3
/INT1
外部中断1
P3.4
T0
记时器0外部输入
P3.5
T1
记时器1外部输入
P3.6
/WR
外部数据存储器写选通
P3.7
/RD
外部数据存储器读选通
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3、LCD1602液晶
本设计中由于要对温度进行显示，所以选择液晶显示屏1602模块作为输出。
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。
它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
管脚功能如表3-2所示：
表3-2LCD1602引脚功能表
引脚
符号
功能说明
1
VSS
一般接地
2
VDD
接电源（+5V）
3
V0
液晶显示器对比度调整端。
4
RS
RS为寄存器选择。
5
R/W
R/W为读写信号线。
6
E
E（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。
7
DB0
底4位三态、双向数据总线0位（最低位）
8
DB1
底4位三态、双向数据总线1位
9
DB2
底4位三态、双向数据总线2位
10
DB3
底4位三态、双向数据总线3位
11
DB4
高4位三态、双向数据总线4位
12
DB5
高4位三态、双向数据总线5位
13
DB6
高4位三态、双向数据总线6位
14
DB7
高4位三态、双向数据总线7位（最高位）
15
+
背光正极
16
-
背光负极
LCD1602主要管脚介绍：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。
R／W为读写信号线端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R／W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址；
当RS为高电平R／W为低电平时可以写入数据。
E为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
4、继电器
本系统采用继电器控制加热棒和制冷片。
使用继电器可以很容易实现低电压控制较高的电压和电流的通断，利用继电器的吸合与否来控制加热棒加热和制冷片制冷，实现水温的自动化控制，在正常条件下，工作十分可靠。
本次设计采用型号为JRC-21F的继电器。
其特点有：
1.超小型,低功耗;
2.触点型式:
1H,1Z（1A.AC）;
3.触点负载:
2A,120VAC;
4.外型尺寸:
15.7X10.4X11.4
五、硬件电路设计
1温度采集电路
本系统采用半导体温度传感器作为敏感元件。
传感器我们采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，DQ接上拉电阻，与单片机P3.3口相连，直接与单片机通讯，大大简化了电路的复杂度。
DS18B20的测温电路如下图3-1所示。
2、LCD1602液晶显示电路
将L1602的RS端和P2.0，R/W端和P2.1,E端和P2.2相连，当RS=0时，对LCD1602写入指令；
当RS=1时，对LCD1602写入数据。
当R/W端接高电平时芯片处于读数据状态，反之处于写数据状态，E端为使能信号端。
当R/W为高电平,E端也为高电平，RS为低电平时，液晶显示屏显示需要显示的示数。
1602液晶显示屏与单片机的硬件连接图。
如图3-2所示。
3、加热控制电路的设计
由于本系统要控制电热棒加热，功率较大，因此要借助功率驱动电路，继电器通过一个三极管来驱动，其中三极管的型号为9014。
在器件选择上留足余量，增加安全性。
加热部分采用继电器控制，电路简单可靠。
电路如图3-3所示。
当实际温度低于设定值时，由单片机输出高电平信号。
三极管9014导通，继电器开始对水加温，为了防止继电器频繁动作，在软件中对水温测量精确到0.1℃，而在温度设定时只取整数，可以有1℃的余量。
4、键盘电路
本键盘电路采用独立键设计，三个键接到单片机的三个中断源上。
当按下时为低电平。
其中S2为“确认”键、S3为“减一”键、S4为“加一”键，电路如图2-7所示。
5、复位电路的设计
单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。
本系统采用的复位
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