基于单片机的水浴温度控制系统设计 推荐.docx

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基于单片机的水浴温度控制系统设计推荐

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

基于单片机的水浴温度控制系统设计

学生姓名：

兰小龙

学生学号：

200910504016

院（系）：

电气信息工程学院

年级专业：

2009级测控技术与仪器

指导教师：

谢兵讲师

二〇一三年六月

摘要

随着电子科技、测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，在工业生产中温度是一项重要数据参数，而采用单片机来对这些温度参数进行测量及控制已成为当今的一个重要控制领域。

本设计以AT89C52单片机为核心设计了一套水浴温度控制系统，重点阐述了工作原理和设计方法。

温度信号采集选择的温度传感器是温度芯片DS18B20，并以数字信号的方式传送给单片机，通过单片机把温度信号显示在LED上。

该控制系统主要分为硬件设计和软件设计两大部分，其中，硬件设计包括温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和数码管显示电路；软件设计采用模块化结构，主要模块有：

主程序、数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、水阀控制程序、超温报警程序等。

单片机通过对信号进行相应处理，从而实现自动控制水温的效果。

关键词AT89C52，DS18B20，温度控制，显示电路，串口通讯

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentandwideapplicationofelectronictechnology,computermeasurementandcontroltechnology,inindustrialproductioninthetemperatureiscontrolledbysinglechipmicrocomputerindexcommonlyused,andtheparametersofcontrolhavebecomethemainstream.TheworkingprincipleanddesignmethodoftemperaturecontrolsystemofthisdesignusesAT89C52microcontrollerasthecoreofthe.ThetemperaturesensorofthetemperaturesignalacquisitionandselectedaDS18B20temperaturechip,anddigitalsignaltransmittedtotheSCM,SCMthroughthedigitaltemperaturesignalisdisplayedontheLED.Thispaperintroducesthehardwarepart,thepartofsoftwaredesign,thecontrolsystemincludes:

temperaturedetectioncircuit,temperaturecontrolcircuit,PCandMCUserialcommunicationcircuitanddigitaldisplaycircuit.Thesoftwareadoptsthemodulestructure,mainmodulesare:

program,keyboardscanningandkeyprocessingprocedure,temperaturesignalprocessingprocedure,thewatervalvecontrolprogram,over-temperaturealarmprogramofdigitaltubedisplay.Throughcarriesoncorrespondingprocessingtothesignal,MCUachievethepurposeoftemperaturecontrol.

KeywordsAT89C52,DS18B20,temperaturecontrol,displaycircuit,serialcommunication

1绪论

1.1水温控制系统设计的背景

测量和控制功能是从生产现场的各种参数，采用科学的计算方法，集成了多种先进技术，这样可以有效地控制每一个生产环节，不仅保证了标准化生产，提高产品质量，降低成本，但也能确保安全生产。

因此，测量和控制技术已广泛应用于炼油，化工，冶金，电力，电子，轻工和纺织工业。

单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。

作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中，使其智能化。

水温检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。

在工业生产过程中，很多时候都需要对水温进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用水温控制系统可以对生产环境的温度进行有效控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

水温控制系统应用十分广阔。

1.2水温控制系统设计的意义

随着社会的发展，在各个领域的科学与技术，应用和测量仪器的进展，智能化是现代温度控制系统的主流。

温度测量与控制系统，控制对象的温度。

广泛应用于日常生活和工业温度控制领域，如温室、发酵罐、电源和其他地方的温度控制。

和温度控制完成人工并没有足够的重视，在很多地方都需要的温度监测，以防止发生意外。

针对这一问题，该系统的设计，实现了连续的温度控制系统，温度控制精度高，它被广泛使用，功能强大，小巧美观，携带方便，是一种实用，价廉的控制系统。

特别是近年来，温度控制系统已经应用到人们的生活的每一个方面，温度控制的发展和人们的生活密切相关。

水是一种重要的资源，我们的生存，无论是在工业和农业生产，我们的日常生活中随处可见不能沸水。

为了控制水温，可以大大提高了生产效率，节约资源，提高我们的生活质量。

在当今水资源日益匮乏，具有简单和扩展温度控制系统，对我们社会的可持续发展，都具有十分重要的意义。

2方案设定与总体设计

2.1方案设定

2.1.1单片机及水温控制方案

建立单片机水温控制系统可以采用51系列单片机作为主控系统，51系列单片机产品也比较多，本人常用AT89C52单片机，因为该单片机编程空间大，可用编程实现各种算法和各种控制，而且很容易控制进行数据转换及对电磁阀门进行智能控制，从而对水的温度进行了恒定的控制以及对温度的显示。

而水温主要靠温度传感器对控制水浴进行检测，然后把检测得到的温度穿给单片机，从而达到控制目的。

2.1.2冷热水控制方案

控制冷热水阀现在通常用电机转动的正反转来控制水阀的开关，电机的转速控制流量的大小，流量监测使用流量传感器。

但是本设计采用的是单片机用两个端口直接控制冷热水阀，当温度高于设定恒温值的时候，通过单片机启动冷水阀门，当温度低于设定恒温值的时候启动热水阀门，这样就可以达到一直处于设定温度值的水温效果。

2.1.3电源设计方案

电源对于单片机尤为重要，因为单片机不能直接使用交流电源220V，只有通过电源模块电路使220V的交流电源转换为5—12V的直流电源才可以供单片机只用。

单片机内部电源我采用多电源供电，这样的好处是对数字电路、驱动电路分别提供电源，大大减少了对系统各个模块的干扰，以及保证了各个部分有充足的工作电流，提高了整个系统的安全性与可靠性。

2.1.4LED显示设计方案

LED数码管的段选a、b、c、d、e、f、g分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端，我采用的是十个数码管，因为温度传感器的位数是三位，虽然温度传感器能直接读出温度值，但实际读书操作有很多不便，所以用三位显示传感器检测出的温度，三位显示键盘设定的恒定温度值，两个温度相比较就可以直观的查看整个控制系统的稳定性，另外数码管的控制分别用两块芯片，由于断选需要有锁存功能，所以我选的是74HC573。

2.2控制系统的总体设计

温度传感器DS18B20从水浴环境的不同位置采集温度，单片机AT89C52获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前通过键盘设定的温度恒定值，通过加热和降温对当前温度进行调整。

当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过控制冷热水阀门的开关来实现，当温度高于设定值1℃的时候就打开冷水阀门，注入冷水降低水温，当检测温度低于设定值1℃，控制体系启动热水阀门，注入热水使水温上升，达到水浴恒温的效果。

当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在正常时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。

系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。

图2.1工作原理图

3硬件部分

3.1单片机发展背景

经过1970年的微型计算机研制成功，与SCM单片微机，美国的美国英特尔公司在1971年生产的原型4位单芯片4004和1972年生产的8位单芯片8008的出现，这是首次公开亮相单片机。

1976年，英特尔推出了首款名为MCS-48系列单片机。

小体积，功能齐全，价格低廉，赢得了广泛的应用，而SCM相关的一些公司推出了自己的微控制器。

1978年上半年，M6800系列单片机，Zilog的公司摩托罗拉公司推出的Z8系列单片机。

1980年，英特尔推出了MCS-51系列高性能MCS-48系列的基础上。

这种单片机的I/O串行口，定时器/计数器16，芯片上的内存容量（RAM，ROM）增加了优先级的中断处理功能、MCU的功能、扩大寻址范围，他们是主流产品单片机的应用。

1982年，莫什特克公司和英特尔公司还推出了一种高性能16位MCUMK68200与MCS-96系列，NS公司和NEC公司也基于原来的8位MCU推出16位单芯片微电脑HPC16040和μPD783系列。

在1987年，英特尔宣布CMOS80C1961988高性能比8096年两次EPROM87C196单片机。

由于16位MCU的介绍后，昂贵的设备有限公司，发展的原因有多种，尚未被广泛使用。

8位MCU已经能够满足大多数应用的需求，因此，在16位单芯片同时推出的，新的高性能8位MCU已经公布。

经过这短短的20年中，已经经历了4次更新，供应链管理是迈向一体化，多功能，多选择，高，速度快，功耗低，扩展存储容量和提高兼容I/O功能和结构的发展方向。

80C51系列单片机与新一代的除了外的结构特点，主要技术特点的外部接口电路的扩展，以实现微控制器（单片机）控制功能的使命。

该系列产品提供了外部总线结构完美，奠定了良好的基础，扩展和配置系统。

由于一系列的优良特性80C51系列单片机是单芯片的使用，已经是二十一世纪的新的科学技术的一个标志。

3.2单片机

3.2.1AT89C52单片机

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单芯片微型计算机，包含随机存取记忆体闪存只读内存8K字节可以被反复擦除和256字节（RAM），采用ATMEL公司的高密度的设备，非挥发性记忆体技术，兼容标准MC