基于单片机的水温控制系统毕业设计.docx

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基于单片机的水温控制系统毕业设计

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基于单片机的水温控制系统设计

摘要

温度控制系统可以说是无所不在，热水器系统、空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备，均需要提供温度控制功能。

本系统的设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。

它以单片机AT80C51为核心，通过3个数码管显示温度和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：

温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式。

关键词：

单片机、数码管显示、单总线、DS18B20.

BasedTemperatureControlSystem

Abstract

Temperaturecontrolsystemcanbesaidtobeubiquitous,watercanbeusedfordrinkingwater-machinedialogue,theuseofsingle-chipbustemperatureconversiontemperatureDS18B20real-timeacquisitionandthroughthedigitaldisplayandoffersavarietyofoperatinglighttoindicatesystemnowliveinthestate,suchas:

temperaturesetting,，共同点。

输出控制接点的共同接点。

●NC：

NormalClose常闭点。

以Com为共同点，NC与COM在平时是呈导通状态的。

●NO：

NormalOpen常开点。

NO与COM在平时是呈开路状态的，当继电器动作时，NO与COM导通，NC与COM则呈开路状态。

当89S52的P2.5输出高电平时，继电器不导通，反之当输出低电平时，继电器导通，这样就激活了连接回路。

3系统总设计

本系统采用的是循环查询方式，来显示和控制温度的。

主要包括四段程序的设计：

DS18B20读温度程序，数码管的驱动程序，键盘扫描程序，以及抱经处理程序。

3.1主程序流程图

图3-1主程序流程图

3.2各个模块的流程图

3.2.1读取温度DS18B20模块的流程

由于DS18B20采用的是一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。

DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。

因此系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。

操作协议为：

初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，

DS18B20必须首先调用启动温度转换函数，根据数据手册上对应转换时间来超作，如为12位转换，则应该是最大750mS，另外在对DS18B20超作时，时序要求非常严格，因此最好禁止系统中断。

由于DS18B20是在一根IO线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。

DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。

该协议定义了几种信号的时序：

初始化时序、读时序、写时序。

所有时序都是将主机作为主设备，而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。

数据和命令的传输都是低位在先。

DS18B20的读时序：

（1）对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。

（2）对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。

DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

DS18B20的写时序：

（1）对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。

（2）对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。

系统程序设计主要包括三部分：

读出温度子程序、温度转换命令子程序、显示温度子程序。

图3-2读取温度DS18B20模块的流程图

程序代码为：

GET_TEMPER:

SETBDQ;读出转换后的温度值

LCALLINIT_1820;先复位DS18B20

JBFLAG1,TSS2

RET;判断DS1820是否存在?

若DS18B20不存在则返回

TSS2:

MOVA,#0CCH;DS18B20已经被检测到!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#44H;发出温度转换命令

LCALLWRITE_1820

LCALLDISPLAY;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒

LCALLINIT_1820;准备读温度前先复位

MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#0BEH;发出读温度命令

LCALLWRITE_1820

LCALLREAD_18200;将读出的温度数据保存到35H36H

RET

3.2.2键盘扫描处理流程

此流程为键盘扫描处理，CPU通过检测各数据线的状态（0或1）就能知道是否有按键闭合以及哪个按键闭合。

键盘管理程序的功能是检测是否有按键闭合，如果有按键闭合，消除抖动，根据键号转到相应的键处理程序，按键流程图如图3-3所示。

图3-3键盘扫描子程序流程图

3.2.3报警处理流程

运行程序后，温度传感器DS18B20即可对环境进行温度采集，并送LED数码管显示。

我们可以在程序里设定温度上限值，当采集到的外界温度高于当前所设定温度上限值时，程序就会进入报警子程序，触发蜂鸣器进行报警。

其程序流程图如图3-4所示。

图3-4报警子程序流程图

4系统调试

4.1硬件电路调试

仔细检查所接电路，按照硬件原理图接线，理论上是能实现的，如果数码管不显示，则应该检查线路是否正确，或是因为单片机没有工作，还有集电极和发射极是否接对。

如果只显示两个八，则可能是DS18B20没有接正确，检查上拉电路是否接好。

另外要注意的是，由单片机输出的控制信号比较小，需要进行放大才能驱动继电器工作，否则就不能实现升温过程，通常选用8550三极管来进行放大。

还有220V交流电绿色接头和加热管黄色接头必须接正确，否则导致电路烧坏。

蜂鸣器是低电平有效。

如果能注意这些问题，电路基本不会出错。

4.2软件调试

如果硬件电路检查后，没有问题却实现不了设计要求，则可能是软件编程的问题，首先应检查初始化程序，然后是读温度程序，显示程序，以及继电器控制程序，对这些分段程序，要注意逻辑顺序，调用关系，以及涉及到了标号，有时会因为一个标号而影响程序的执行，除此之外，还要熟悉各指令的用法，以免出错。

还有一个容易忽略的问题就是，源程序生成的代码是否烧入到单片机中，如果这一过程出错，那不能实现设计要求也是情理之中的事。

本人在设计的时候在伟福仿真软件进行调试，通过此软件进行调试可以很方便的观察单片机内部各个寄存器及内部存储器变化情况，以方便进行调试。

图为单片机功能调试图：

硬件与软件调试相结合，仔细检查各个模块的设计，旧能顺利完成任务，实现设计要求，在调试过程中必须认真耐心，不能有一点马虎，否则遗漏一个小的问题就会导致整个设计的失败。

4.3系统操作说明

本系统上电后数码管显示当前测量温度，此时加热指示灯和保温指示灯均不点亮；若此时按“自动加热”键，则单片机自动将预加热温度设置为80℃并开始加热，送出一个加热信号，并点亮加热指示灯；若按“温度设置”键，则进入预加热温度设置界面，此时数码管闪烁显示预设置温度，此时通过按键“＋”和“－”进行设置温度，预设置温度按“5”递增或递减，设置好温度后再按一次“温度设置”键确定，单片机保存预设置温度，并开始加热。

此时单片机通过数码管显示实时检测的温度并和预设置温度进行对比，如果实测温度大于或等于预设置温度，则单片机发出停止加热信号并熄灭加热指示灯，点亮保温指示灯，且当超过预设温度时发出报警；当温度下降到预设置温度以下5度时，单片机再次发出加热信号，同时熄灭保温指示灯，点亮加热指示灯，依次循环控制。

4.4数据测试

1．静态数据测试

取一桶净水，改变它的温度，观察数码管上显示的温度值，并用温度计进行测温，记录两组数据，比较差异。

记录表如下：

表4-1静态温度数据测试表

温度℃

1

2

3

4

5

6

显示温度

23

47

63

77

84

90

测量温度

24

47

63

80

84

91

有测试数据可知，本系统测温结果与温度计测温基本一致，能满足设计，证明了设计的合理性。

2．动态数据测试

进行温度设定，通过设定温度值（75℃），观察加热管的加热情况，以及数码管的显示值，再用温度计测量水温，每隔一段时间记录一次数据，将两组值进行比较。

记录表如下：

（设定前温度为25℃）

表4-2静态温度数据测试表

组数

分组

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

显示温度

25

29

34

39

42

48

53

58

62

67

70

73

75

测量温度

25

28

34

38

42

49

53

59

63

67

71

74

75

通过上表可看出在加热的过程中,显示的温度与实测的温度近似一样,说明系统的设计达到精度要求,但还是略有偏差,基本不影响设计结果。

整个测试过程表明设计达到了任务书的要求，证明了该方案是合理可行的，顺利完成了设计，达到了预想结果。

总结

通过本次的设计，使我们不仅对单片机这门课程有了更深刻的认识，懂得了如何运用课本知识结合实际来完成定时器的显示和编程方法以及数码显示电路的驱动方法，使我们能够很快的适应现代控制技术发展的需求，同时也提高了我们的思维能力和实际操作能力，为以后更好的走上工作岗位奠定了坚实的基础。

另外，这次的设计还让我更进一步的认识了关于AT80C51等芯片的引脚功能以及使用方法，使我学会了应用不同的芯片来配合完成整个设计的操作。

在做硬件电路的这段时间里，从思考设计到对电路的调试经过了许多困难。

同样在对软件进行设计时，也可为一路坎坷。

但是通过对软硬件不断撞墙，不断思考解决问题的过程中，我学会了很多东西，同时对单片机也有了更深的认识。

在做设计的时候，很需要耐心和对事物的细心，很多时候一个简单问题的一个简单的疏忽就会导致整个电路的不工作，只有不断的检查不断的调试，才能真正完成一个设计的制作。

只有不断的发现问题解决问题，才能从问题中改变自己，提升自己对单片机的能力。

此设计虽然能够完成温度的显示和控制，但功能和精度有待于进一步提高。

以后可以通过加入PID算法优化控制功能，并通过液晶显示屏实时显示温度。

致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

首先感谢李月英老师出的这些论文选题，给了我这么一个展现自己能力的平台。

在这一个论文设计之中，涉及到了方方面面的知识，没有大学期间各个学科老师的辛勤栽培，也不会有我见天的成果。

所以要感谢所有的任课老师。

在这里也要感谢我的室友们，是他们在平时无微不至的照顾，才有了我更棒的身体，和更多的学习时间。

三年的时间里，我们没有红过脸，我们一直保持着那份纯真的友谊，是我们的互相帮助，才有了今天的这份德业双修。

所以在这里也要感谢我们的郑州科技学院，是学院给了我们这么宽广的一个交流平台，能够在获得知识的同时，也能得到同样珍贵的友谊。

在论文即将完成之际，我的心情很是激动，那些埋头苦干和终日坐在电脑跟前的场景还是历历在目，辛勤劳动的付出，相信也能够给我带来同样分量的收获。

从开始进入课题到论文的顺利完成，有太多太多的要感谢的朋友和老师，在这里请接受我真挚的感谢！

参考文献

[l]乐建波编著《温度控制系统》化学工业出版社

[2]谢自美编著《电子线路设计·实验·测试（第二版）》华中科技大学出版社2000

[3]武庆生仇梅编著《单片机原理与应用》电子科技大学出版社1998.2

[4]谭浩强编著《C程序设计》.北京:

清华大学出版社1999年

[5]华中理工大学电子学教研室编《电子技术基础数字部分（第四版）》高等教育出版社2000.6

[6]《电子制作》2004.10

[7]王彬任艳颖编著《DigitalICSystemDesign》西安电子科技大学出版社2005.9

[8]赵丽娟邵欣编著《基于单片机的温度监控系统的设计与实现》机械制造

[9]郭炳坤简单的恒温箱温控电路[J].仪器与未来,1991

附录1：

系统源程序

EMPER_LEQU29H;用于保存读出温度的低8位

TEMPER_HEQU28H;用于保存读出温度的高8位

FLAG1EQU38H;是否检测到DS18B20标志位

A_BITEQU20H;数码管个位数存放内存位置

B_BITEQU21H;数码管十位数存放内存位置

B1EQU70H;温度小数点位

A1EQU71H;设定温度值

DQEQUP3.1;DQ为DS18B20数据位

BELLEQUP2.7;蜂鸣报警

ORG0000H;单片机内存分配申明!

AJMPMAIN0

;前面的都是定义

MAIN:

MOVR0,#10

M1:

CPLP2.3

ACALLDELAY125

DJNZR0,M1;此段为灯闪5次,无实际意义

;

MAIN0:

MOVA1,#80;默认加热为80度

MAIN1:

LCALLD1820;调用读温度子程序

LCALLDISPLAY;调用数码管显示子程序

MOVA,29H

CLRC

CJNEA,A1,MAIN1_1

SETBBELL;温度相等,关闭蜂鸣器

AJMPMAIN1_1_A;下等不用叫蜂鸣器

MAIN1_1:

JCMAIN1_2;为1转移,表示小于设定温度

CPLBELL;蜂鸣器断续鸣叫

MAIN1_1_A:

CLRP2.3;下面是表示没达到温度

SETBP2.5

AJMPMAIN2

;主要是检测温度是否小于设定的温度,小于,则开发热管CLRP2.3

MAIN1_2:

SETBBELL;关闭蜂鸣器

CLRP2.5;开发热管

SETBP2.3

;上面的是大于,关发热管

MAIN2:

JBP1.0,MAIN1;看P1.0有否按下

ACALLDELAY125;延时防抖动,常用的手法,网上很多介绍的

JBP1.0,MAIN1;再次查看

CLRP2.3

JNBP1.0,$;等按键完全松手才进入!

SETBP2.3

SETBP2.5

;检测到P1.0按键后后进入设定温度

MAIN2_1:

ACALLDISPLAY1

JBP1.2,MAIN2_2

ACALLDELAY125

JBP1.2,MAIN2_2

JNBP1.2,$

MOVA,#5

ADDA,A1

CLRC

CJNEA,#100,MAIN2_1_1

MOVA,#99

AJMPMAIN2_1_3

;上面这一段是+5度按键,按下+5度

MAIN2_1_1:

JCMAIN2_1_3

MAIN2_1_2:

CLRC

MOVA,#99

MAIN2_1_3:

MOVA1,A

MAIN2_2:

JBP1.4,MAIN2_3

ACALLDELAY125

JBP1.4,MAIN2_3

JNBP1.4,$

MOVA,A1

CJNEA,#99,ZY1

MOVB,#4

AJMPZY2

ZY1:

MOVB,#5

ZY2:

CLRC

MOVA,A1

SUBBA,B

MAIN2_2_1:

JNCMAIN2_2_2

MOVA1,#0

AJMPMAIN2_3

;上面这一段是-5度按键,按下-5度

MAIN2_2_2:

MOVA1,A

MAIN2_3:

JBP1.6,MAIN2_1

ACALLDELAY125

JBP1.6,MAIN2_1

CLRP2.3

JNBP1.6,$

SETBP2.3

AJMPMAIN1

;上面这一段是退出的意思的!

D1820:

LCALLGET_TEMPER;调用读温度子程序

MOVB1,29H

MOVA,29H

MOVC,40H;将28H中的最低位移入C

RRCA

MOVC,41H

RRCA

MOVC,42H

RRCA

MOVC,43H

RRCA

MOV29H,A

MOVA,B1

MOVB,#10H

MULAB

MOVB,#10H

DIVAB

MOVB,#10

MULAB

MOVB,#10H

DIVAB

MOVB1,A

RET

;上面这一段是读取温度后进行转换的意思!

;

;

;

INIT_1820:

SETBDQ;这是DS18B20复位初始化子程序

NOP

CLRDQ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲

MOVR1,#3

TSR1:

MOVR0,#107

DJNZR0,$

DJNZR1,TSR1

SETBDQ;然后拉高数据线

NOP

NOP

NOP

NOP

MOVR0,#25H

TSR2:

JNBDQ,TSR3;等待DS18B20回应

DJNZR0,TSR2

LJMPTSR4;延时

TSR3:

SETBFLAG1;置标志位,表示DS1820存在

LJMPTSR5

TSR4:

CLRFLAG1;清标志位,表示DS1820不存在

LJMPTSR7

TSR5:

MOVR0,#117

TSR6:

DJNZR0,TSR6;时序要求延时一段时间

TSR7:

SETBDQ

RET

GET_TEMPER:

SETBDQ;读出转换后的温度值

LCALLINIT_1820;先复位DS18B20

JBFLAG1,TSS2

RET;判断DS1820是否存在?

若DS18B20不存在则返回

TSS2:

MOVA,#0CCH;DS18B20已经被检测到!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

!

跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#44H;发出温度转换命令

LCALLWRITE_1820

LCALLDISPLAY;这里通过调用显示子程序实现延时一段时间,等待AD转换结束,12位的话750微秒

LCALLINIT_1820;准备读温度前先复位

MOVA,#0CCH;跳过ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#0BEH;发出读温度命令

LCALLWRITE_1820

LCALLREAD_18200;将读出的温度数据保存到35H36H

RET

WRITE_1820:

MOVR2,#8;一共8位数据

CLRC;写DS18B20的子程序（有具体的时序要求）

WR1:

CLRDQ

MOVR3,#6

DJNZR3,$

RRCA

MOVDQ,C

MOVR3,#23

DJNZR3,$

SETBDQ

NOP

DJNZR2,WR1

SETBDQ

RET

READ_18200:

MOVR4,#2;将温度高位和低位从DS18B20中读出

MOVR1,#29H;低位存入29H（TEMPER_L）,高位存入28H（TEMPER_H）

RE00:

MOVR2,#8;数据一共有8位

RE01:

CLRC;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据

SETBDQ

NOP

NOP

CLRDQ

NOP

NOP

NOP

SETBDQ

MOVR3,#9

RE10:

DJNZR3,RE10

MOVC,DQ

MOVR3,#23

RE20:

DJNZR3,RE20

RRCA

DJNZR2,RE01

MOV@R1,A

DECR1

DJNZR4,RE00

RET

;上面的这些都是温度采集的!

DISPLAY:

MOVA,29H;将29H中的十六进制数转换成10进制

MOVB,#10;10进制10=10进制

DIVAB;显示子程序

MOVA_BIT,A;十位在A

MOVB_BIT,B;个位在B

MOVDPTR,#NUMTAB;指定查表启始地址

MOVR0,#1

DPL1:

MOVR1,#25;显示1000次

DPLOP:

MOVA,B_BIT;取个位数

MOVP0,A;送出个位的7段代码

CLRP2.2;开个位显示

ACALLD1MS;显示1MS

SETBP2.2

MOVA,A_BIT;取十位数

MOVP0,A;送出十位的7段代码

CLRP2.1;开十位显示

ACALLD1MS;显示1MS

SETBP2.1

MOVP0,#0FFH

DJNZR1,DPLOP;100次没完循环

DJNZR0,DPL1;4个100次没完循环

RET

;上面这段显示实时温度

;

DISPLAY1:

MOVA,A1;将29H中的十六进制数转换成10进制

MOVB,#10;10进制10=10进制

DIVAB;显示子程序

MOVA_BIT,A;十位在A

MOVB_BIT,B;个位在B

MOVDPTR,#NUMTAB;指定查表启始地址

MOVR0,#1