II基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計學生： 指導教師：內容摘要：說起溫度控制系統(tǒng)，大家并不陌生了，在我們生活中許許多多的家用電器都可以涉及到溫度的控制，像存儲美食的電冰箱，為我們帶來涼爽的空調都會用到溫度控制系統(tǒng)，為我們帶來熱氣騰騰開水的飲水機等等。而本文介紹了水溫控制系統(tǒng)的基本原理，本系統(tǒng)可以用于飲水機等電路，整個系統(tǒng)的核心就是AT89C51單片機，它是這個系統(tǒng)的主控制單元，對于水溫控制當然溫度控制系統(tǒng)也是必不可少的，這個系統(tǒng)則應用了DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)，采集溫度后利用數(shù)碼管顯示當前溫度，并通過繼電器對其加熱等?？偠灾疁乜刂葡到y(tǒng)在生活中的大量應用為我們帶來了方便，提高了我們的生活質量。關鍵：水溫控制系統(tǒng)單片機 AT89C51 DS18B20繼電器DesignformicrocomputertemperaturecontrolsystemAbstract:Abstract:Speakingoftemperaturecontrolsystem,everybodyisnotinourlife,manyhouseholdappliancescanbeinvolvedintemperaturecontrol,inourlife,manyhouseholdappliancescanbeinvolvedintemperaturecontrol,likelikefoodstoragerefrigerator,bringuscoolairconditioning,thetemperaturecontrolcontrolsystemisusedforusasteaminghotwaterdrinkingmachine,andsoon.Watertemperaturecontrolsystemareintroducedinthispaper,thebasicWatertemperaturecontrolsystemareintroducedinthispaper,thebasicprincipleofthissystemcanbeusedforwaterdispenserscircuit,suchastheprincipleofthissystemcanbeusedforwaterdispenserscircuit,suchasthecoreofthewholesystemisAT89C51singlechipmicrocomputer,itisthecoreofthewholesystemisAT89C51singlechipmicrocomputer,itisthecontrolunittothesystem,thewatertemperaturecontroltemperaturesystemsystemisalsoindispensable,ofcourse,theapplicationsystem,thetemperaturecontrolcontrolsystemoftemperaturesensorDS18B20,aftercollectingtemperatureusingdigitaltubedisplaythecurrenttemperature,andthroughtherelayonthedigitaltubedisplaythecurrenttemperature,andthroughtherelayontheheating,etc.Overallwatertemperaturecontrolsysteminthelifeofalargeheating,etc.Overallwatertemperaturecontrolsysteminthelifeofalargenumberofapplicationsforourbroughtconvenient,improvethequalityofournumberofapplicationsforourbroughtconvenient,improvethequalityofourlife.life.Keywords:watertemperaturecontrol systemofsinglechipmicrocomputerAT89C51 DS18B20 relay.目 錄前言 1水溫控制器背景 1方案比較 1控制電路的方案比較 1溫度采集模塊 2顯示模塊 2溫度控制模塊 2硬件電路 3硬件框圖 3功能介紹 3控制電路模塊 3溫度采集模塊功能 6溫度控制模塊功能 7顯示模塊功能 8軟件設計 10主程序流程圖 10溫度采集程序 11溫度轉換 12按鍵處理 13顯示模塊 13調試說明 15溫度采集誤差 15水溫控制測試 16溫度突變測試 17結束語 18附錄 19參考文獻 21PAGE1PAGE1基于單片機的水溫控制系統(tǒng)設計前言電飯煲，電冰箱,電空調在我們生活中隨處可見，為我們的生活帶來了極大的方便,這一切的功勞都歸屬于水溫控制系統(tǒng)的誕生。隨著科技不斷進步，如今的水溫控制系統(tǒng)越來越精確，質量越來越高，效率也越來越好。然而水溫控制系統(tǒng)不僅僅應用在一些日常的家電中，還在工業(yè)上普遍應用。例如冶金，電力生產(chǎn)等對溫度都有極其高的要求，工業(yè)冶煉都是在高溫環(huán)境下操作的，在如此惡劣可見水溫控制的重要性，不僅提高了產(chǎn)品質量，還相應節(jié)約了人力勞動。在現(xiàn)在工業(yè)發(fā)達的領域，自動化控制應用越來越廣泛，大大節(jié)約了人力物力資源，由于單片機的廣泛應用和發(fā)展，使水溫控制系統(tǒng)越來越精確，越來越方便，越來越與我們的生活息息相關，人們也越來越放心使用。水溫控制器背景中的地位，并且適合各種場合的智能水溫控制器也隨之誕生。本課題就是在STC89C52單片機上的水溫控制系統(tǒng)。方案比較控制電路的方案比較方案一：采用FPGAFPGA具有高速運行，編程簡單的優(yōu)勢，但FPGA引腳多，十分麻煩，對于本系統(tǒng)利用不到其優(yōu)勢且由于引腳多會給其帶來額外麻煩，所以排除它。PAGE3PAGE3STC89C52RCROM，RAM,32IO成本又是十分簡便的方式。綜上所述選擇方案二。溫度采集模塊方案一：采用熱敏電阻器采集溫度，盡管其靈敏度較高，工作范圍也挺廣泛，但是其阻值與溫度關系非線性嚴重，調試較復雜，固不采用。方案二：采用熱電偶采集溫度，盡管其精確度較高，穩(wěn)定性好，但是其靈敏度低，成本較高，對污染特別敏感，調試困難,固也不采用。DS18B20信，讀取測溫數(shù)據(jù)。且線路簡單，耗用資源少，靈敏度高，測溫范圍-55℃~125℃，分0.0625DS18B20有了初步的DS18B20本系統(tǒng)所有要求。綜上所述選擇方案三。顯示模塊方案一：采用LEDLED在辨別和確認引腳時也較為麻煩，還有一點就是溫度是可以變化的，是隨著時間會改變LEDLED本系統(tǒng)在制作時更為簡單，且滿足我們的所有需求。綜上所述選擇方案二。溫度控制模塊方案一：采用可控硅來控制加熱器有效功率。采用本方案需通過控制其導通角來掌握電流大小，盡管可控硅開端速度快且無涌流，但該方案電路復雜，還需增加其他光耦器件，使電路更顯復雜，并且成本高，功耗大，所以不使用該方案。方案二：采用PWM不用外加光耦器件，且成本低，對整體系統(tǒng)無干擾，響應快，能滿足該系統(tǒng)要求。綜上所述選擇方案二。硬件電路硬件框圖該總系統(tǒng)主要以STC89C52為核心模塊來控制整個系統(tǒng)，還有溫度采集模塊，顯示模塊，溫度控制模塊，鍵盤輸入等共同協(xié)調而成，該系統(tǒng)可以簡單的控制水溫，并加熱水溫使其達到預設狀態(tài)，該系統(tǒng)最常見的實例就是飲水機。飲水機是設置水溫達到幾乎100攝氏度，當打開電源自動開始加熱到預設溫度，當達到預設溫度時保溫，保持預設所示。溫度采集溫度采集數(shù)據(jù)存儲STC89C52單數(shù)據(jù)顯示片鍵盤輸入機溫度控制圖3.1-1硬件框圖功能介紹控制電路模塊515151機還具有高集成度，體積小的特點，它是將各功能部件集成在一塊小芯片上，具有邏輯STC89C52812MHz，1μS，32IO而單片機的IO口邏輯操作及位處理能力很強，適用于使用控制功能系統(tǒng)。單片機STC89C528KB256單片機不但引腳少，而且功能強大，本系統(tǒng)主要應用了STC89C528KB2563.2.1-1STC89C52圖3.2.1-1STC89C52電路圖STC89C52402Vcc40202XTAL1XTAL2，XTAL1XTAL24腳，分別是RS（上電復位AL（允許地址鎖存信號PSE（片外程序存儲器讀選通4PAGE6PAGE6輸出端EA/Vp（訪問外部程序儲器控制信號和編程電源32IOP33.2.1-1IOP0：P0.0～P0.7IO8IO8EPROMEPROMP0EPROMEPROMP0，P0P1.0～P1.7IOSTC89C52P2.0～P2.7IOIO256P2P88P3.0～P3.7IOP33.2.1-1P3表3.2.1-1P3口其它功能引腳引腳功能P3.0RXD（0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（0）P3.3INT1（1）P3.4T0（時器/0）P3.5T1（時器/1）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）個控制引腳，它還能與其它電源復用，RSTVPDVCCVDPRAMRAMEAVPPVPPEPROMEPROM21VVpp溫度采集模塊功能DS18B20，將該傳感器輸出信號上拉電阻直接接到單片P1.0A/D量溫度-55℃～+125℃，滿足我們測溫的范圍。該學期我們在嵌入式的課程上也初步接觸到了DS18B2DS18B20SSIDS18B20是一種工業(yè)中常用的數(shù)字溫度傳感器，它的接線十分方便簡單，且封裝形應用廣泛，譬如用于高爐水循環(huán)測溫，機房測溫，潔凈室測溫，鍋爐測溫等。DS18B20DS18B20DS18B20，DS18B208DS18B20DS18B20DQ，VDDGNDVDDI/ODS18B20VDD+5V，然而這種方式完成相應的溫度測量的時間較短。所3.2.2-1DS18B20接口電路圖。圖3.2.2-1DS18B20接口電路圖溫度控制模塊功能溫度控制模塊，就是經(jīng)過單片機判斷后得出此時的溫度與預設溫度相比，若大于預設值則進行散熱，若小于預設值則進行加熱。該系統(tǒng)采用繼電器控制電流的大小，來掌握溫度的加熱和冷卻。繼電器就是一種電控制器件，它的工作原理是當輸入量也就是激勵量的變化達到一定的要求時，從而在電氣的輸出回路中使被控制的量發(fā)生預先設定的階躍變化。通俗說就是用小電流來控制大電流是否運行的開關。繼電器有許多種類，按功能可以分為電磁繼電器，固體繼電器，舌簧繼電器，溫度繼電器，高頻繼電器，光繼電器等等。按外形尺寸可以分為微繼電器，小型繼電器，超小型微型繼電器。按防護特征可分為密封繼電器敞開式繼電器等。按反應的物理量可分為電流繼電器，電壓繼電器，阻抗繼電器等。按原理可以分為電磁型，電子型，整流型等等。按保護回路可以分為啟動繼電器，出口繼電器等。220V+12V3.2.3-17圖3.2.3-1溫度控制電路圖顯示模塊功能128*64LCD90晶之后就旋轉了90度。但是一旦液晶有電壓通過時，分子由于受外界影響，就重新垂直的排列，從而光線就能直接射出，就不會發(fā)生旋轉了。在了解了液晶顯示的原理后，我們關心的就是怎樣將它接入我們的系統(tǒng)。下圖3.2.3-1為液晶顯示接口電路。8圖3.2.3-1液晶顯示接口電路鍵盤電路模塊功能鍵盤的功能顧名思義，既然為水溫控制，必然會有溫度等一系列參數(shù)的設定，該系1，1，確定等按鍵。按鍵模塊，不僅要使參數(shù)設定得到實現(xiàn)，而且還要讓使用者一眼便能清楚明白每個按鍵的功能，所以我們采用較少的按鍵，以免使程序復雜，使用較少的按鍵也3.2.4-19圖3.2.4-1 鍵盤模塊電路軟件設計主程序流程圖系統(tǒng)自動運行，主要應用CBCD4.1-11011開始開始系統(tǒng)界面初始化按鍵掃描，設置預設溫度溫度讀取、顯示及控制Y當前溫度＞預設值啟動降溫N當前溫度＜預設值YN啟動加熱溫度保持圖4.1-1主程序流程溫度采集程序DS18B20，DS18B20，DS18B20ROM4.3-1PAGE18PAGE18開始開始初始化DS18B20存在？ＮＹＲＯＭ操作指令存儲操作命令讀取溫度值返回4.2-1溫度采集流程圖溫度轉換溫度的轉換也需要程序運行，在硬件系統(tǒng)中運行傳輸數(shù)據(jù)，就要將十進制碼轉換成機器能識別的代碼，現(xiàn)在的的計算機一般都是二進制代碼，所以首先要將RAM中存儲的值進行BCD碼的轉換運算，然后來判斷溫度的正負值。如圖4.2.1-1所示。開始開始N溫度是否零下Y溫度值取補碼置“—”標志置“+”標志計算小數(shù)位溫度BCD值計算整數(shù)位溫度BCD值結束圖4.2.1-1溫度轉換流程圖按鍵處理溫度初始化通過鍵盤輸入，每按下一次鍵盤上的按鍵，通過系統(tǒng)設置的程序掃描該按鍵下是否會有一系列操作，若有則根據(jù)按下的按鍵進入相應程序，從而進行對應的操作設置，若沒有則退出程序，不做出反應。該按鍵系統(tǒng)主要有如下幾個按鍵功能：預設溫度設定，溫度增加1，溫度減少1，確定保存等按鍵。流程如圖附錄2所示。顯示模塊114.4-1所示。液晶管腳宏定義液晶管腳宏定義液晶驅動函數(shù)寫命令函數(shù)寫數(shù)據(jù)函數(shù)畫圖及溫度讀取顯示子函數(shù)圖4.4-1液晶顯示流程圖溫度是可以變幻的，隨著時間的變化，經(jīng)過一系列的加熱或散熱操作，溫度會逐漸增加或者逐漸降低，在設置參數(shù)時，溫度的顯示也會根據(jù)按鍵的操作而改變數(shù)據(jù)，自然液晶屏上溫度的顯示是不斷更新的，而顯示數(shù)據(jù)的刷新其實就是對顯示緩沖器中的數(shù)據(jù)進行刷新更改操作，且最重要一點就是最高位前的符號表示，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。如圖4.4-2所示。溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器0？YN0？Y位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號）結束圖4.4-2數(shù)據(jù)刷新流程圖繼電器加熱系統(tǒng)DS18B20傳輸?shù)亩M制代碼經(jīng)過一系列的公式計算將二控制溫度。調試說明水溫控制器對水溫的精確度要求較高，現(xiàn)在我們需要將制作的基于單片機的水溫控制器對其溫度誤差，顯示誤差，水溫控制等進行調試，使的該系統(tǒng)更加精確。該調試過程需用到精密溫度計（0℃-100℃，0.5℃，且防水13℃。溫度采集誤差在該水溫控制系統(tǒng)，設置溫度的最小分度為1℃，按一下上調和下調鍵分別增加溫度1和減少溫度1，固按鍵系統(tǒng)調整成功，顯示預設參數(shù)值模塊也調試成功。然而，在本系統(tǒng)中溫度采集部分相當重要，該水溫控制系統(tǒng)是否可靠就是看溫度采集數(shù)據(jù)的精確度到什么地步。對溫度采集模塊調試采用精密溫度計測試出的溫度作為基準溫度，測不同的水溫，在溫度穩(wěn)定且不在上升或下降時讀出當前溫度，并與顯示值做比較，得出誤差。調試結果如表5.1-1所示。表5.1-1溫度數(shù)據(jù)采集及誤差實測顯示值（℃）系統(tǒng)顯示值（℃）誤差（℃）40.140.3+0.252.652.5-0.165.265.2076.476.7+0.286.686.5-0.11℃以內，誤差及其小，可以滿足我們的實際所需，固該采集溫度模塊運行正常，調試成功。水溫控制測試水溫控制系統(tǒng)是對單片機通過判斷，對繼電器進行控制，進而進行對水溫的加熱或是散熱的操作。固然控制系統(tǒng)也較為重要，使水溫能達到我們預設值，水溫控制的調試，我們采用的方法是先預設一個溫度，通過向之前的水里添加較之前水溫更熱的水或比之前水溫更低的水來改變之前水的水溫，通過繼電器控制電流的大小對當前水溫進行操作，使其與預設值相當。測試數(shù)據(jù)如下表5.2-1所示。表5.2-1 水溫控制測試預設溫度（℃）當前溫度（℃）工作狀態(tài)測試結果45.035.4加熱通過45.045.2保持通過45.050.3降溫通過60.052.3加熱通過60.059.5保持通過60.068.8降溫通過80.074.4加熱通過80.080.1保持通過80.086.5降溫通過我們采用三組實驗，設置溫度分別為 45.0℃,60.0℃,80.0℃使測試數(shù)據(jù)更確，更有可靠性。由上表數(shù)據(jù)可知當水溫未達到預設值，繼電器會對水溫進行加熱或降溫使其與接近預設值，固控制模塊能正常工作，調試成功。溫度突變測試對于水溫控制系統(tǒng)運用，溫度是變化的，當一個溫度達到預設值恒溫時，這時突改變預設，當前水溫達不到預設值，系統(tǒng)將會對其進行調節(jié)，我們將對其調節(jié)時間和調溫度做一個測試記錄，對于溫度突變測試采用起初設置溫度為40℃，將其設定溫度提高到60℃，當調到60℃用秒表開始計時。測試數(shù)據(jù)如表 5.3-1所示。表5.3-1 溫度突變測試當前溫度（℃）突變設置溫度（℃）時間（S）超調溫度（℃）40.060.0740.540.060.0710.340.060.0770.6由上表數(shù)據(jù)可知，當溫度突變時，本測試是從40℃突變到60℃，其調節(jié)時間掌握在80秒內，時間夠短，且起調溫度也在 1℃以內，起調量較小，符合我們的求。結束語面對那么多的硬件都可以采用，怎么才能選出最佳方案，使整個系統(tǒng)制作起來更簡單，要想選出最佳方案，就要了解每個硬件系統(tǒng)的工作原理，這些就需要大量在網(wǎng)上和書本上搜集資料，光是靠平時在課內學習的知識遠遠是不夠的，通過這次寫論文的過程我深刻明白了課內學習的知識固然重要，不但要認真踏實學好課內老師教授的知識，還要靈活的去掌握和應用，不然對于其它系統(tǒng)的制作時，就不能游刃有余，不能靈活將所學知這還需要我們平時多看書不斷充實自己，使自己知識面更廣闊，在遇到不懂的問題時，要學會充分利用網(wǎng)絡和圖書館