基于单片机饮水机智能控制系统.doc

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机械工程学院毕业设计（论文）

题目：

基于单片机饮水机智能控制系统

专业：

机电技术教育

班级：

113

姓名：

学号：

指导教师：

日期：

2015年6月

目录

1前言 3

1.1课题来源与背景 3

1.1.1课题来源 3

1.1.2课题背景 3

1.2课题的研究意义 3

2系统总体的设计 4

2.1硬件总体的设计 4

2.1.1单片机最小系统设计 4

2.1.2温度采集电路设计 9

2.1.3A/D转换电路设计 10

2.1.4LED显示电路设计 12

2.1.5键盘电路设计 14

2.1.6报警电路设计 16

2.1.7继电器控制电路设计 17

2.2软件总体的设计 17

2.2.1主程序流程图 18

2.2.2各个模块的流程图 19

2.2.3键盘扫描处理流程 21

2.2.4报警处理流程 21

3系统调试 22

3.1硬件电路检查 23

3.1.1温度采集电路检查 23

3.1.2A/D转换电路检查 23

3.1.3显示电路检查 23

3.1.4键盘电路检查 23

3.1.5报警电路检查 23

3.2软件调试 24

3.3软硬联调 24

4总结与展望 25

参考文献 26

附录1系统设计程序（系统源代码） 28

附录2系统总体电路图 35

基于单片机饮水机智能控制系统

摘要：

温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

本次设计的主要目的在于，设计出一个全新的智能控制系统，该系统具有温度检测、温度控制、温度报警、液面报警等功能。

关键词：

单片机AT89S52、DS18B20、LED数码管显示

1前言

1.1课题来源与背景

1.1.1课题来源

在日常生活中和工业生产过程，温度控制都起着巨大的作用，温度过高或温度过低都会使水的资源失去它本该有的作用，因而使水资源严重的浪费。

尤其在当前全球的水资源相当缺乏的情景下，更要求我们控制水温的技术更加熟练，充分利用好身边的水资源。

1.1.2课题背景

传统饮水机的局限性一般体现在以下几个方面：

第一，功能相对简单，只有简单的温度控制，而使用者不能根据自己的喜好设定温度参数。

第二，能耗大，在无人使用的时候饮水机也处于开机状态，这无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天，这个问题更有待解决。

第三，长期饮用饮水机里反复烧的水不利于身体健康，由于大部分使用的饮水机烧水不能完全沸腾，长期饮用这种水会对身体造成极大的伤害。

1.2课题的研究意义

单片机已经在电子产品中应用越来越广泛，在大多电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

因此，本次设计的主要目的在于，设计出一个全新的智能控制系统，该系统具有温度检测、温度控制、温度报警、液面报警等功能。

本次设计饮水机智能控制系统，要符合人们需求的生活用水，先要把水烧开，然后使水温保持一定的温度，同时要具备饮水机的液位报警，温度报警等功能，方便人们饮用。

掌握好对饮水机的控制，就能在一定程度上把我们身边的水充分利用起来，防止了每次加热都使水沸腾，既节能又能更好的满足人们的需求。

因此，设计基于单片机的温度控制器，用于控制温度。

具体要求如下：

1、可以通过数码管显示饮水机水箱水温度数；

2、可以通过键盘或开关选择制冷或加热；

3、可以人为设置水温度的上下限，如加热，当温度在设定的范围内时正常工作，当低于水温下限时控制加热器加热;如制冷，当温度高于水温上限时，控制压缩机制冷；

4、温度检测范围0-95℃，精度±1℃；

5、温度超过设定值时具有示警功能。

2系统总体的设计

2.1硬件总体的设计

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系统机构框图

硬件系统子模块：

单片机最小系统电路部分

键盘扫描电路部分

LED显示电路部分及指示灯

温度采集电路部分

报警部分

继电器控制部分

2.1.1单片机最小系统设计

单片机最小系统如图2.2所示，由主控器AT89S52、时钟电路和复位电路三部分组成。

单片机AT89S52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。

图2.2单片机最小系统

1、单片机选择

AT89S52[1]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在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

其管脚图如图2.3所示。

图2.3AT89S52管脚图

（1）P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

（2）P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能：

P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5MOSI（在系统编程用）

P1.6MISO（在系统编程用）

P1.7SCK（在系统编程用）

（3）P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动

AT89S52引脚图PLCC封装

4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

（4）P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

端口引脚第二功能：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INTO（外中断0）

P3.3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时/计数器0）

P3.5T1（定时/计数器1）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

（5）RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

（6）ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

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。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

（7）PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

（8）EA/VPP：

外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

（9）XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

（10）XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端

2、时钟电路

时钟电路用于产生AT89S52单片机工作时所必需的时钟信号。

其电路与AT89S52的连接如图2.2所示。

AT89S52单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，AT89S52单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格按时序执行指令进行工作，而时序所研究的是指令执行中各个信号的关系。

在执行指令时，CPU首先要到指令存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。

CPU发出的时序信号有两种，一是用于片内对各个功能部件的控制。

另一种是对片外存储器或I/O口的控制，这种时序对于分析、设计硬件接口电路至关重要。

这也是单片机应用设计者最关心的问题。

时钟是单片机的心脏，单片机以时钟频率为基准的前提下各个功能部件运行，工作井井有序。

故而，单片机的速度直接受时钟频率的影响，单片机系统的稳定性与此同时也受时钟电路的质量的直接影响。

AT89S52单片机内部有一个放大器它的作用是为了组成振荡器的反相高增益，此具有反相且高增益放大器的输入端为芯片引脚X1，输出引脚X2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。

虽然AT89S52有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接组件。

外接晶体以及X1和X2构成并联谐振电路。

电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。

除使用晶体振荡器外，如对时钟频率要求不高，还可以用陶瓷振荡器来代替。

电路中的电容容值通常选择为30PF左右，本电路选择的是20PF，这并不影响系统的工作和控制的结果。

晶体的振荡的频率的范围通常是在1.2MHＺ到12MHＺ之间。

晶体的频率越高，则系统