水族箱温度控制系统.docx

1、水族箱温度控制系统水族箱温度控制系统摘 要：本文通过对目前大多数水族箱控制设备应用现状的分析和研究，提出了一种多功能的观赏鱼缸智能控制系统的设计方案。该控制系统基于89系列单片机的家庭水族箱控制系统。整套系统以ATC89C51单片机为核心芯片，结合传感器技术、马达原理、C语言编程等技术，集多种控制功能于一体，对水族箱恒温的自动控制，并可根据需要增加控制参数，通过选择不同元器件控制成本。本文从功能设计、元器件选择、硬件电路设计和软件设计等几个方面对该控制系统进行阐述。本设计是通过单片机控制，来实现对水族箱温度进行自动控制。系统以AT89C51单片机为基础，通过数字及模拟式对温度进行检测，通过显示

2、屏显示当前温度。当采集到的温度高于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。关键词：水族箱温度控制系统； AT89C51； 18B20 ； LCD； 马达；一、绪 论“水族箱”一词起源于英国，沿用至今已超过了150年。当时的定义仅仅是一个养动植物的水容器，而随着科技水平的不断进步，以及人们养殖观赏鱼和种植水草的水平的不断提高，水族箱不仅被认为是一个养动植物的容器，而且被认为是自然城的一个缩影，是一相对完备的生态系统。水族箱已成为普通家庭的室内装饰。近年来，这种以水草、金鱼为主的水族箱被称作“水中

3、微缩的鱼草园林”，深受人们的喜爱，但由于人们缺乏养护的技艺或者是由于时间原因不能及时进行养护，往往“好景不长”，最后的结局多是“草枯鱼忘”。本系统就基于单片机AT89C51实现对水族箱温度的自动化控制。用数字温度计18B20采集，将采集到的温度用显示屏显示，再根据采集到的温度，控制马达的转速，从而实现对水族箱温度的控制。当温度大于25，发光二极管产生报警信号。（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AT89C5

4、1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 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

5、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。.各部分的功能（）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。（）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。（）显示设备：主要是用于显示检测到的水族箱温度。（）马达：主要用于带动风扇的转动。 （）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。AT89C

6、51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

7、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AT8

8、9C51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D

9、Q 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 2-4 DS18B20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2-5 LCD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

10、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。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倍的电流，即集电极电流。集电极电

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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。参考文献1 谢自美，尹仕，肖看，赵云娣，罗杰.电子线路综合设计M.武汉：华中科技大学出版社, 2007.2 杨旭方.单片机控制与应用实训教程M.北京: 电子工业出版社, 2010.5.3 夏继强. 单片机应用设计培训教程M.北京：北京航空航天

16、大学出版社, 2008.4 高峰.单片机微型计算机与接口技术M.北京：科学出版社.20035 李广弟, 朱月秀, 王秀山. 单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社, 2001.7.6 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京: 清华大学出版社, 20047 求是科技.单片机典型模块设计实例导航M.北京: 人民邮电出版社, 20048 王化详,张淑英.传感器原理M天津: 天津大学出版社, 2002.59 王港元.电工电子实践指导M江西: 江西科学技术出版社, 2005.610 杨素行著.模拟电子技术基础(第二版) M.北京: 高等教育出版社, 2006.11 陈静.单片机应用系统中的编程语言J

17、.淮北职业技术学院学报.2009.8(1):43-44.12 仝庆华.基于Proteus单片机虚拟实验室J.山西大同大学学报(自然科学版).2009.25(2):23-25.13 包敬海，侯昭武，吴国辉.基于AT89C51单片机设计智能锅炉控制系统J.北京中国科技信息.2009 14 周红丽，张天开等基于单片机的九路温度监控系统J青岛：微计算机信息2008.15 刘华东,张亚华.单片机原理与应用(第二版)M.北京:电子工业出版社.2006:1-5. 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

18、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： *-名称：基本单片机AT89C51的水族箱温度自控系统-*/#include#includestdio.h#include#include#includelcd1602.h#define uchar unsigned c

19、har#define uint unsigned int;/*/* 定义端口 */*/sbit DQ=P13;/ds18b20 端口sbit Fan=P15; /风扇端口sbit Tru=P17;/喇叭的端口sfr dataled=0x80;/显示数据端口/*/* 全局变量 */*/uint temp,i,TempH;uchar flag_get,count,num,minute,second,x;long str6;/*/* 函数声明 */*/void delay1(uchar MS);unsigned int ReadTemperature(void);void Init_DS18B20(

20、void);unsigned char ReadOneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);void delay(unsigned int i);/*/* 延时函数声明 */*/void mDelay(unsigned char j) unsigned int i; for(;j0;j-) for(i=0;i20)&(TempH25) /产生报警信号 Tru=0; mDelay(10); Fan=0; mDelay(150); for(i=1;i4; TempL=temp&0x0F; TempL=TempL*6/10;/小数近似处理 f

21、lag_get=0; /*/* 定时器中断 */*/void tim(void) interrupt 1 using 1/中断，用于温度检测间隔TH0=0xef;/定时器重装值TL0=0xf0;num+;if (num=50) num=0; flag_get=1;/标志位有效 second+; if(second=60) second=0; /*/* 延时函数 */*/void delay(unsigned int i)/延时函数 while(i-);/*/* 初始化 */*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 de

22、lay(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay(10); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay(5);/*/* 读一个字节 */*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay(5); retu

23、rn(dat);/*/* 写一个字节 */*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(5); DQ = 1; dat=1; delay(5);/*/* 读取温度 */*/unsigned int ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换delay(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度a=ReadOneChar(); /低位b=ReadOneChar(); /高位b=8;t=a+b;