毕业设计论文基于单片机的水温控制系统毕业设计.doc
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1、单片机的水温控制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.Based Tem
2、perature Control SystemAbstract Temperature control system can be said to be ubiquitous, water heaters, air conditioning systems, refrigerators, rice cookers, electric fans and other home appliances as well as high-speed and efficient hand-held computers and electronic equipment are required to prov
3、ide temperature control. The system design can be used for drinking water heater temperature control systems and other electrical circuits. AT80C51 microcontroller as the core of it, through the three temperature digital display and 4 keys to achieve man-machine dialogue, the use of single-chip bus
4、temperature conversion temperature DS18B20 real-time acquisition and through the digital display and offers a variety of operating light to indicate system now live in the state, such as: temperature setting, heating, and stop heating, the entire system through the four buttons to set the heating te
5、mperature and control the operating mode.KEY WORDS: Microcontroller, digital display, single bus, DS18B20绪 论及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统,其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围,系统或许会停止运行或遭受破坏,所以我们必须能实时获取水温变化。对于,超过适宜范围的温度能够报警。同
6、时,我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来,80年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数
7、据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合,使得单片机的应用非常广泛。同时,单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。传统的温度采集电路相当复杂,需要经过温度采集、信号放大、滤波、AD转换等一系列工作才能得到温度的数字量,并且这种方式不仅电路复杂,元器件个数多,而且线性度和准确度都不理想,抗干扰能力弱。现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低、准确率高,而且
8、比传统的温度传感器有更好的线性表现,最重要的一点是使用起来方便。目 录中文摘要.英文摘要.绪 论.1 系统总体设计.11.1 硬件总体设计. 11.1.1 硬件系统子模块. 1 1.2 软件总体设计.12 硬件系统设计. .22.1 硬件电路分析和设计报告.22.1.1 单片机最小系统电路. 22.1.2键盘电路.32.1.3数码管及指示灯显示电路.42.1.4温度采集电路.52.1.5电源电路.102.1.6报警电路设计. . 112.1.7加热管控制电路设计.113 系统软件设计. .133.1 主程序流程图. 133.2 各个模块的流程图. 153.2.1 读取温度DS18B20模块的流
9、程.153.2.2键盘扫描处理流程.173.2.3报警处理流程.184 系统调试. 194.1硬件电路调试. 194.2软件调试. 194.3系统操作说明书. .214.4数据测试. 21总结.23致谢.24参考文献.25附录一:系统源程序.26附录二系统硬件总图.36- 14 - 1 系统总体设计1.1 硬件总体设计 设计并制作一个基于单片机的热水器温度控制系统的电路,其结构框图如图1-1:电源单片机AT8051数码管显示继电器温度传感器DS18B20报警键盘指示灯图 11 系统结构框图1.1.1硬件系统子模块(1) 单片机最小系统电路部分(2) 键盘扫描电路部分(3) 数码管温度显示和运行
10、指示灯电路部分(4) 温度采集电路部分(5) 继电器控制部分(6) 报警部分1.2 软件总体设计良好的设计方案可以减少软件设计的工作量,提高软件的通用性,扩展性和可读性。本系统的设计方案和步骤如下:(1) 根据需求按照系统的功能要求,逐级划分模块。(2) 明确各模块之间的数据流传递关系,力求数据传递少,以增强各模块的独立性,便于软件编制和调试。(3) 确定软件开发环境,选择设计语言,完成模块功能设计,并分别调试通过。(4) 按照开发式软件设计结构,将各模块有机的结合起来,即成一个较完善的系统。首先接通电源系统开始工作,系统开始工作后,通过按键设定温度值的上限值和下限值,确定按键将设定的温度值存
11、储到指定的地址空间,温度传感器开始实时检测,调用显示子程序显示检测结果,调用比较当前显示温度值与开始设定的温度值比较,如果当前显示值低于设定值就通过继电器起动加热装置,直到达到设定值停止加热,之后进行保温,如果温度高于上限进行报警。2 硬件系统设计2.1硬件电路分析和设计报告本次设计主要思路是通过对单片机编程将由温度传感器DS18B20采集的温度外加驱动电路显示出来,包括对继电器的控制,进行升温,当温度达到上下限蜂鸣器进行报警。P1.7开关按钮是用于确认设定温度的,初始按下表示开始进入温度设定状态,然后通过P1.5和P1.6设置温度的升降,再次按下P1.7时,表示确认所设定的温度,然后转入升温
12、或降温。P2.3所接的发光二极管用于表示加热状态,P2.5所接的发光二极管用于表示保温状态。P2.3接继电器。P3.1是温度信号线。整个电路都是通过软件控制实现设计要求。2.1.1单片机最小系统电路因为80C51单片机内部自带8K的ROM和256字节的RAM,因此不必构建单片机系统的扩展电路。如图21,单片机最小系统有复位电路和振荡器电路。值得注意的一点是单片机的31脚必须接高电平,否则系统将不能运行。因为该脚不接时为低电平,单片机将直接读取外部程序存储器,而系统没有外部程序存储器,所以必须接VCC。在按键两端并联一个电解电容,滤除交流干扰,增加系统抗干扰能力。C230PFC330PF112M
13、EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U2+C410UFVCCR310KVCCAT80C51VCC112234SW5SW-PB()图21 单片机最小系统图2.1.2 键盘电路键盘是单片机应用系统中的主要输入设备,单片机使用的键盘分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘采用硬件
14、线路来实现键盘的编码,每按下一个键,键盘能够自动生成按键代码,并有去抖功能。因此使用方便,但硬件较复杂。非编码键盘仅仅提供键开关状态,由程序来识别闭合键,消除抖动,产生相应的代码,转入执行该键的功能程序。非编码键盘中键的数量较少,硬件简单,在单片机中应用非常广泛。图为按键和AT80C51的接线图,检测仪共设有4个按键,每个按键由软件来决定其功能,4个按键功能分别为:(1) SW1:设定按键(设定按键)(2) SW2:加法按键(当前位加5)(3) SW3:减法按键(当前位减5)(4) SW4:退出设置键(系统初始化)EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT11
15、3T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U2AT80C51112234SW3SW-PB()112234SW4SW-PB()112234SW2SW-PB()112234SW1SW-PB()P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 图22 单片机按键和AT80C51的接线图2.1.3 数码管及指示灯显示电路(1)数码管显示说明各个
16、数码管的段码都是单片机的数据口输出,即各个数码管输入的段码都是一样的,为了使其分别显示不同的数字,可采用动态显示的方式,即先只让最低位显示0(含点),经过一段延时,再只让次低位显示1,如此类推。由视觉暂留,只要我们的延时时间足够短,就能够使得数码的显示看起来非常的稳定清楚,过程如表3-1。表2-1 数码管编码表段码位码显示器状态08H01H0abH02H112H04H222H08H3a1H10H424H20H504H40H6aaH80H7本论文中使用了3个数码管,其中前两位使用动态扫描显示实测温度,在设置加热温度的时候,两个数码管是闪烁,以提示目前处在温度设置状态。第三位数码管静态显示符号“”
17、。(2)运行指示灯说明本热水器温度控制系统中共使用到3个LED指示灯和3个数码管。右上角的红色LED是电源指示灯;数码管右边的红色LED是加热指示灯,当刚开机或温度降到设定温度5以下时,该灯会亮,表示目前处于加热状态;当温度上升到设定温度时,该LED灭,同时数码管右边的绿色LED亮,表示目前处于保温状态,用户可以使用热水器;当温度再次下降到设定温度5以下时,绿色LED灭,红色加热的LED灯亮,不断循环。图23 LED数码管显示电路图2.1.4 温度采集电路(1) DS18B20介绍Dallas最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。Dallas半
18、导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS18B20一样,DS18B20也支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55+125,在-10+85范围内,精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。其DS18B20的管脚配置和封装结构如图2-4所示。 图2-4 DS18B20封装引脚定义: DQ为数字信号输入/输出端; GND为电源地; VD
19、D为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 (2)DS18B20的单线(1wire bus)系统单线总线结构是DS18B20的突出特点,也是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线:第一,单线总线只定义了一个信号线,而且DS18B20智能程度较低(这点可以与微控制器和SPI器件间的通信做一个比较),所以DS18B20和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。第二,DS18B20的输出口是漏级开路输出,这里给出一个微控制器和DS18B20连接原理图。这种设计使总线上的器件在合适的时间驱动它。显然,总线上的器件与(wired AND)关系。这就决定:(1)微控制器不能单方面控制
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