基于单片机的水温控制系统初.docx

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基于单片机的水温控制系统初

基于单片机的水温控制系统

集美大学诚毅学院信息工程系

自动化专业2014届龚孟卿学号：

2010926010

摘要：

本文详细介绍了基于单片机的水温控制系统，温度控制，无论在生产中，还是在日常生活中，都起着非常重要的作用，随着经济的越来越快的发展，越来越多的的企业生产环节中，对温度控制精度的可靠性和稳稳定性有了更高的要求。

然而传统的温度控制器控制的精度不够高，不能够满足对温度要求苛刻的生产环节。

本文通过软件和硬件两个方面来简述单片机水温控制系统。

在控制过程中主要元器件有，AT89S52、变压器、二极管、三极管、DS18B20数字温度传感器、继电器、LCD1602、按钮等等。

本设计主要通过DS18B20温度传感器检测水温，用按钮设置温度，以单片机为核心控制器件，利用PID算法控制水温，通过LCD1602显示设置温度与当前温度。

软件方面采用C语言来进行程序设计，C语言是嵌入式系统中一种通用的程序设计语言，其数据类型以及运算符丰富，有较好的移植性和丰富的功能函数，并具有良好的程序结构，适用于各种应用的程序设计，简单易懂。

关键词单片机系统温度PID数据采集显示

Microcontroller-basedtemperaturecontrolsystem

Gongmengqing

2010926010，ElectricalEngineeringandAutomation，2010

Dept.ofInformationEngineering,ChengyiCollegeofJimeiUniversity

Abstract：

Thispaperdescribesamicrocontroller-basedtemperaturecontrolsystem,temperaturecontrol,whetherinproductionorineverydaylife,playsaveryimportantrole,alongwiththeincreasinglyrapideconomicdevelopment,moreandmoreofenterpriseproductionprocesses,thetemperaturecontrolprecisionreliabilityandstabilityofstabilityhavehigherrequirements.However,theaccuracyofthetemperaturecontrollertraditionalhighenoughtemperaturecannotmeetthedemandingproductionprocesses.Inthispaper,bothsoftwareandhardwaretobrieflySCMtemperaturecontrolsystem.Themaincomponentsinthecontrolprocessthere,AT89S52,transformers,diodes,transistors,DS18B20digitaltemperaturesensors,relays,LCD1602,buttons,andsoon.ThisdesignmainlythroughDS18B20temperaturesensordetectsthetemperature,settemperatureusingthebuttonstocontrolthedevicemicrocontrollerasthecore,theuseofPIDalgorithmtocontrolthewatertemperature,settemperaturebyLCD1602displaysthecurrenttemperature.SoftwareusingClanguageforprogramming,Clanguageisageneral-purposeembeddedsystemsprogramminglanguage,richdatatypesandoperators,betterportabilityandrichfeaturefunctions,andhasagoodprogramstructureforavarietyofapplications,programdesign,simpleandunderstandable.

Keywords：

Microcontrollersystem;Temperature;PID；DataCollection；display

目录

引言-1-

第一章AT89S52单片机介绍-2-

1.1AT89S52主要性能及概述-2-

1.2单片机AT89S52引脚功能介绍-3-

第二章电源与稳压电路的设计-6-

2.1整流电路的介绍-6-

2.2滤波电路的介绍-8-

2.3稳压模块W7805的介绍-9-

2.4水温控制系统中电源的设计-10-

第三章LCD1602介绍及其应用-12-

3.1基本介绍-12-

3.2引脚说明-13-

3.3内部RAM地址和字符映射关系-13-

3.41602指令系统-14-

3.5LCD1602与AT89S52连接电路图-17-

第四章数字温度传感器DS18B20数据采集及介绍-18-

4.1温度传感器DS18B20选取及特点-18-

4.2DS18B20的介绍-19-

4.3DS18B20的数据处理以及电路图-22-

第五章基于单片机的水温控制PID算法-24-

5.1模拟PID控制器-24-

5.2数字PID控制器-24-

5.3温度控制系统PID调节参数及采样周期的确定-25-

第六章基于单片机的水温控制系统的整体实现及功能-28-

6.1水温控制系统的硬件实现-28-

6.2水温控制系统的软件实现-29-

结论-31-

致谢-32-

参考文献-33-

附录A：

基于单片机的水温控制系统程序-34-

引言

自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中都发挥着重要的作用。

自20世纪90年代，作为信息科学的重要分支，自动化技术本身及其应用领域得到了迅速的提高和发展。

自动化技术作为国家高科技的重要组成分支，其水平高低已成为衡量国家科技实力和各行业现代化水平的重要标志。

无论是在工业、农业、还是我们日常生活中，温度都起着非常重要的作用。

随着科技的迅速发展，在各个行业中对于温度控制的精度也不断提高，传统的控制方法由于控制精度不高，响应速度慢，已经远远满足不了人们的需求。

然而随着计算机技术的进步，人们可以用计算机技术可以完成常规控制技术无法完成的任务，我们可以通过计算机更有效的控制温度，能达到控制精度高，响应速度快等标准。

本设计就是一个基于单片机的水温控制系统，本设计采用单片机为核心控制器件，利用数字温度传感器DS18B20读取温度、温度转换，利用独立按键作为输入，如设定温度，温度加减，还有确定。

利用LCD1602分别显示当前温度和设定温度。

整个水温控制系统采用PID算法，可以满足对精度的控制和快速性，通过三极管驱动继电器，来控制加热装置。

从而构成了一个单片机的水温控制系统，可以实现对水温的自动控制，并显示。

软件方面，本设计采用C语言作为设计编程语言。

C语言是嵌入式系统中一种通用的程序设计语言，其数据类型及运算符丰富，代码率高，有较好的移植性和丰富的功能函数，并有良好的程序结构，适用于各种应用程序设计，是目前使用较为广的编程语言。

本文以下将继续详细介绍单片机AT89S52、数字温度传感器DS18B20、LCD1602液晶显示器以及电路的基本设计方案和水温控制系统是如何实现自动控制的。

第1章AT89S52单片机介绍

1.1AT89S52主要性能及概述

AT89S52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储存器使用Atmel公司高密度非易失性储存器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序储存器在系统可编程，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，如图1所示AT89S52。

图1AT89S52引脚图

AT89S52主要性能包括以下几种：

1、与MCS-51单片机产品兼容；

2、8K字节在系统可编程FLASH储存器；

3、1000次擦写周期；

4、全静态操作：

0Hz-33MHz；

5、三级加密程序储存器；

6、32个可编程I/O口线；

7、三个16位定时器/计数器；

8、8个中断源；

9、全双工UART串行通道；

10、低功耗空闲和掉电模式；

11、掉电后中断可唤醒；

12、看门狗定时器；

13、双数据指针；

14、掉电标识符。

1.2单片机AT89S52引脚功能介绍

1.2.1I/O端口介绍

1、P0口:

即P0.0~P0.7，输入/输出脚，可以用作8位的并行I/O接口或者分时复用为地址总线和数据总线，P0口作为输出的时候，每个引脚可以驱动8个TTL；在定义为I/O口时，需要外接上拉电阻，为准双向I/O口。

在程序中向P0端口写入‘1’后，该端口成为高阻抗输入端口。

2、P1口:

即P1.0~P1.7，输入/输出脚，8为双向并行I/O端口，在P1口内部已经具有上拉电阻，不用再外接上拉电阻。

此外，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）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2口:

即P2.0~P2.7，输入/输出引脚，8为双向并行I/O接口，P2口内部已经具有上拉电阻，不需要外接上拉电阻，可以驱动4个TTL，当访问外部的存储器是，定义为高8位地址总线。

如果只需要8位地址线，它将输出特殊功能寄存器里面的内容。

3、P3口即P3.0~P3.7，输入/输出引脚，8位双向并行I/0接口并且内部已经具有上拉电阻，能驱动4个TTL，每个引脚都具有第二功能，引脚P3.0（RXD）和引脚P3.1（TXD）可以用作为串行数据的传输，分别为串行数据的接受和发送的端口；P3.2和P3.3为外部的中断请求，分别用于INT0和INT1的中断输入；P3.4（T0）和P3.5（T1）分别为定时/计数器0和定时/计数器1的外部计数输入端口；P3.6（WR）和P3.7（RD）用作读/写单片机的外部RAM，分别是外部数据写选通信号还有读选通信号。

1.2.2控制、复位和选通引脚

1、RST：

单片机内部的复位信号的输入端口，在单片机的振荡器启动后，该引脚置2个机器周期以上的高电平，就可以实现复位。

对于AT89S52其内部包含定时监视器电路。

在定时监视器的定时输出后，该引脚置高电平，并且持续96个振荡周期，也可以实现复位。

2、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/