水族箱温度控制系统.docx

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水族箱温度控制系统

水族箱温度控制系统

（一）系统的概述

本系统以AT89C51单片机为控制核心的测控仪，主要是为了对水族箱内的温度控制而设计的。

该测控仪具有检测精度高、使用简单、成本较低和工作稳定可靠等特点，所以具有一定的应用前景。

（二）系统的要求

本系统通过单片机AT89C51控制,用18B20数字温度计采集温度。

通过LCD显示屏显示当前温度，当温度高于20℃，马达将带动风扇的转动，实现自动控制水族箱里的温度.并且随着温度每升高2℃，马达的转动速率提高一倍。

当检测到的温度高于25℃时，发出报警信号。

本设计将实现水族箱温度的自动化控制。

用protues软件绘制电路原理图，再根据电路原理图捍接电路板。

捍接的电路板实现温度的自动化控制。

（三）系统的主要模块

１．本系统的主要组成部分

本系统为一个全自动温度检测与控制系统，由以下几个部分组成：

AT89C51单片机，温度检测，显示电路，马达，及报警装置等组成。

组成图如图1-1。

图1-1温度自动控制主要组成部分

由图1-1所示，本系统的核心部分是AT89C51，此芯片是该电路的枢纽。

由它先控制着温度的检测，用检测到的温度实现马达的自动控制，以及显示。

若检测到的温度高于设定的值，则发出报警信号。

２.　各部分的功能

（１）AT89C51单片机：

它是系统的中央处理器，担负着系统的控制和运算。

（２）温度检测装置：

18B20数字温度计对水族箱内温度进行采集，将温度转换成数字。

（３）显示设备：

主要是用于显示检测到的水族箱温度。

（４）马达：

主要用于带动风扇的转动。

（５）报警装置：

产生报警信号。

二、系统的硬件组成电路设计

系统的硬件组成部分包括：

主控制器AT89C51单片机、温度传感器DS18B20、显示电路LED、马达、报警装置等构成。

AT89C51连接各模块的主控制端口，初步选定将要运用到的电子元器件，再用Protues绘制原理图，再根据原理图捍接电路板。

（一）系统总硬件设计

首先对硬件系统18B20定义端口为P2.0,P2.1,P2.2和P0口控制LCD的显示，定义端口P1.5为马达控制端口，P1.7为发光二极管控制端口。

首先对温度采集，将采集到的温度转换数字，采集到的温度由LCD显示屏显示。

再将采集到的温度所属软件设置的哪个范围，而控制P1.5的电平输出。

电路原理图如2-1所示：

2-1电路原理图

电路原理图用Protues软件绘制而成。

用Protues软件绘制电路原理图方便，快捷。

Protues软件有丰富的元件库，智能的器件搜索，智能化的连线，可输出高质量的图纸。

电路原理图清晰明了。

（二）时钟电路

AT89C51芯片内部有一个高增益反向放大器，用于构成震荡器。

反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。

在TXAL1和XTAL2两端跨接由石英晶体及两个电容构成的自激震荡器，如图2-2所示。

电容器C1和C2取22pF，选用不同的电容量对震荡频率有微调作用。

但石英晶体本身的标定频率才是单片机震荡频率的决定因素。

图2-2时钟电路

时钟电路中，两个电容都选择22pF的电容，电容各一端接与晶振相连，各一端接地。

选择的晶振是频率为12MHZ。

此模块就是产生象时钟一样准确的振荡电路。

（三）AT89C51的复位电路

AT89C51单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。

本系统采用上电复位电路，如图2-3所示，所谓上电复位，是指单片机只要一上电，便自动地进入复位状态。

在通电瞬间，电容C通过电阻R充电，RST端出现正脉冲，用以复位。

图2-3复位电路

复位电路的基本功能是：

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

RC复位电路可以实现上述基本功能，但解决不了电源毛刺和电源缓慢下降等问题，而其调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。

（四）单总线数字温度传感器DS18B20检测电路

DQ为数据输入/输出引脚，连接P3.3。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源，GND为地信号；VCC为电源信号。

图2-4为DS18B20检测电路。

图2-4DS18B20检测电路

（五）LCD显示模块

用AT89C51的P0口作为数据线，用P2.0、P2.1、P2.2分别作为LCD的4、5、6。

其中4是下降沿触发的片选信号，连接P2.0，5是读写信号，连接P2.1，6是寄存器选择信号，连接P2.2。

图2-5为LCD的硬件连接。

图2-5LCD的硬件连接

（六）驱动电路

系统使用的是直流马达，包含周围磁场、电刷、整流子等元件，电刷和整流子將外部所供应的直流电源，持续地供应给转子的线圈，並适时地改变电流的方向，使转子能以同一方向持续旋转。

直流马达的优点有速度调整容易，启动转矩较大等，但是电刷与整流子保养维修不易。

图2-6为硬件连接图。

图2-6驱动电路

图中三极管采用的是2N3903，用于放大电流。

基极接P1.5口，用于控制输出信号。

集电极按电源正极，发射极接马达正极。

三极管2N3903三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。

三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。

当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管在此处的作用。

用于P1.5口输出的微弱信号经过放大，输出到马达中，这样就可以很好的控制马达了。

（七）报警电路

系统采用的报警器件是二极管，用引脚P1.7控制。

如图2-7所示

图2-7报警电路

二极管和普通扬声器相比，最重要一个特点是只要按照极性要求加上合适的直流电压，就可以发出固有频率的声音，因此使用起来比扬声器简单。

三、系统软件的设计

一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件做保证。

同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。

甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编和有时会变得很简单。

因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源。

程序设计语言有三种：

机器语言、汇编语言、高级语言。

本系统运用的是高级语言所编写，也就是C语言。

从软件的功能不同可分为四大类：

一是检测软件，它是用来检测温度。

二是显示部分，用来显示所检测到的温度。

三是调控部分，用来控制马达的转速。

四是当温度大于25℃，二极管发出报警信号。

每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。

这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义。

下图为软件设计流程图（程序见附录）。

四、总结

通过这次对水族箱温度自动控制的设计与制作，让我自主完成了一个完整的设计，虽然这次的设计做的温度显示以及马达的控制都相对比较简单，但是也给将来进入硬件开发有了一个起点的基础。

在这次设计的过程，刚开始的时候，真的有点不知所措，因为学习完单片机已有数日，以及微机原理课程，一些知识已忘记。

画电路原理图，一开始就觉得有点烦，因为protues软件安装的版本较低，做起来非常的费时又费力，一些芯片，还不可以仿真。

画电路图，自己学习捍接板，开始第一个板，没有捍成功，研究数日，后来才发现是一些线路捍接不良导致电路连接出现错误。

后来重新开始动工，才捍成功。

常常有解决不了的问题，就上网查询，或者阅览资料书。

虽此项工作枯燥无味，但可缎练其意志，耐性，坚韧。

因为常会碰到很难解决的问题。

所以要坚持不懈。

这个程序的软件程序都是使用C语言编写的，毕竟使用汇编对于我们来说难度都是比较大啊。

这次设计是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论知识的过程，它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。

它不仅加深了我对单片机技术课程的理解，还让我感受到了电子设计的乐趣。

对我来说，这次毕业设计是非常有意义的。

本系统使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。

该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还是许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。

还可以增加对湿度的自主控制。

此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域。

测温控温系统得到快速的发展，国外的测量控制系统已经成熟，产品也较多。

近两年，国内也出现了许多高精度的温度控制产品，但相对于用户来说，价格还是偏高。

而由于竞争越来越激烈，现在企业发展的趋势是如何最有效的提高生产效率，降低生产成本。

寻求性能可靠、价格低廉，应用广泛的元器件是生产过程的首先要考虑的问题。

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1-5.

致谢

毕业设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。

首先我要感谢我的导师何子轩老师，他在我完成论文的过程中，给予了我很大的帮助。

从毕业设计选题到设计完成，何老师给予了我耐心的指导与细心关怀。

此外，此系统能顺利完成，也得到了寝室的朋友的帮忙。

有些我不了解的知识，在她们悉心指导下，得已解决。

在此，我深表感谢。

最后要感谢的是我的父母，他们让培养了我在遇到困难前，不倒下。

让我在漫长的人生旅途是使心灵有虔敬的归依。

在未来的日子里，我会更加努力工作和做一名优秀的人。

不辜负父母对我的期望。

我一定会好好的孝敬和报答他们！

附录A：

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名称：

基本单片机AT89C51的水族箱温度自控系统

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#include

#include"stdio.h"

#include

#in