基于单片机的水温控制系统设计-毕业设计.doc
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1、基于单片机的水温控制系统设计学生: 指导教师:内容摘要:说起温度控制系统,大家并不陌生了,在我们生活中许许多多的家用电器都可以涉及到温度的控制,像存储美食的电冰箱,为我们带来凉爽的空调都会用到温度控制系统,为我们带来热气腾腾开水的饮水机等等。而本文介绍了水温控制系统的基本原理,本系统可以用于饮水机等电路,整个系统的核心就是AT89C51单片机,它是这个系统的主控制单元,对于水温控制当然温度控制系统也是必不可少的,这个系统则应用了DS18B20为温度传感器的温度控制系统,采集温度后利用数码管显示当前温度,并通过继电器对其加热等。总而言之水温控制系统在生活中的大量应用为我们带来了方便,提高了我们的
2、生活质量。关键词:水温控制系统 单片机 AT89C51 DS18B20 继电器 Design for microcomputer temperature control systemAbstract:Speaking of temperature control system, everybody is not strange, in our life, many household appliances can be involved in temperature control, like food storage refrigerator, bring us cool air condi
3、tioning, the temperature control system is used for us a steaming hot water drinking machine, and so on。 Water temperature control system are introduced in this paper, the basic principle of this system can be used for water dispensers circuit, such as the core of the whole system is AT89C51 single
4、chip microcomputer, it is the main control unit to the system, the water temperature control temperature control system is also indispensable, of course, the application system, the temperature control system of temperature sensor DS18B20, after collecting temperature using digital tube display the
5、current temperature, and through the relay on the heating, etc。 Overall water temperature control system in the life of a large number of applications for our brought convenient, improve the quality of our life。 Keywords:water temperature control system of single chip microcomputer AT89C51 DS18B20 r
6、elay 。目 录前言 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。11 水温控制器背景12 方案比较12.1 控制电路的方案比较12。2 温度采集模块22。3 显示模块22。4 温度控制模块23 硬件电路33。1 硬件框图33。2 功能介绍33.2。1 控制电路模块33。2。2 温度采集模块功能63。2.3 温度控制模块功能73.2.4 显示模块功能84 软件设计104.1 主程序流程图104。2 温度采集程序114.2。1 温度转换124。3 按键处理134。4 显示模块135 调试说明155。1 温度采集误差155。2 水温控制测试165。3 温度突变测试176 结束语18附录 。
7、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。19参考文献 .。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。2116 基于单片机的水温控制系统设计前言电饭煲,电冰箱,电空调在我们生活中随处可见,为我们的生活带来了极大的方便,这一切的功劳都归属于水温控制系统的诞生.随着科技不断进步,如今的水温控制系统越来越精确,质量越来越高,效率也越来越好。然而水温控制系统不仅仅应用在一些日常的家电中,还在工业上普遍应用。例如冶金,电力生产等对温度都有极其高的要求,工业冶炼都是在高温环境下操作的,在如此恶劣的环境下,控制温度是对员工安全的负责,是对产品质量的指标,是对成品数量的标准,可见水温控制的重要
8、性,不仅提高了产品质量,还相应节约了人力劳动。在现在工业发达的领域,自动化控制应用越来越广泛,大大节约了人力物力资源,由于单片机的广泛应用和发展,使水温控制系统越来越精确,越来越方便,越来越与我们的生活息息相关,人们也越来越放心使用。1 水温控制器背景人们对生活质量的要求越来越高,现在电子技术的不断发展推动了水温控制的不断进步,即能满足人类现在的需要。目前水温的控制系统一般采用以微处理器为核心的计算机控制技术,代替了从前落后的控制器,从而提高了自动化能力,并且精确度也越来越高。由于单片机的问世,自动化控制将单片机的功能发挥到淋漓尽致,单片机也成为了大多电子产品中必不可少的核心元件,而对于本课题
9、的水温控制系统也涉及到了单片机的应用,在当代生活水温控制系统应用越来越广泛,说明了水温控制系统在我们生活中的地位,并且适合各种场合的智能水温控制器也随之诞生。本课题就是在STC89C52单片机上的水温控制系统.2 方案比较2。1 控制电路的方案比较方案一:采用FPGA作为系统控制器。FPGA具有高速运行,编程简单的优势,但是本系统只是一个简单普通的水温测试系统,高速运行对本系统来说与不是高速运行的控制系统相比不会产生太大优势,所以不需要高速运行这个特点,并且FPGA成本高,引脚多,十分麻烦,对于本系统利用不到其优势且由于引脚多会给其带来额外麻烦,所以排除它。方案二:采用STC89C52RC单片
10、机作为控制器。本单片机是在一块芯片中集成了数据存储器ROM,中央处理器,定时器,计数器和程序存储器RAM,32位IO口,可通过编程实现逻辑,运算等控制,且其具有体积小,功耗低,成本低的优势,而且此单片机引脚较少,对于本系统是最佳的选择。不仅可以实现自动化控制水温的功能,又可以降低成本又是十分简便的方式。综上所述选择方案二.2.2 温度采集模块 方案一:采用热敏电阻器采集温度,尽管其灵敏度较高,工作范围也挺广泛,但是其阻值与温度关系非线性严重,调试较复杂,固不采用.方案二:采用热电偶采集温度,尽管其精确度较高,稳定性好,但是其灵敏度低,成本较高,对污染特别敏感,调试困难,固也不采用.方案三:采用
11、DS18B20温度传感器采集温度,可直接与本系统控制电路单片机通信,读取测温数据。且线路简单,耗用资源少,灵敏度高,测温范围-55125,分辨率最大可达0。0625 ,而且较其它温度采集模块,我们已对DS18B20有了初步的接触,在我们使用时会更加等心应手,减少不必要的麻烦,最主要是DS18B20能满足本系统所有要求.综上所述选择方案三.2.3 显示模块方案一:采用LED八段数码管.使用该方案时就要用到三个LED分别显示温度的十位、个位和小数位,在制作时就使其复杂麻烦。尽管数码管低消耗,但是其引脚不规则,在辨别和确认引脚时也较为麻烦,还有一点就是温度是可以变化的,是随着时间会改变的,固该系统是
12、动态显示,为满足这点要求LED八段数码管在使用时要外加驱动电路,就更为复杂.方案二:采用液晶显示屏.液晶显示屏不但具有数码管显示的特点,但是较LED八段数码管而言,它的引脚就较其简单,而且抗干扰能力强,编程也相对简单容易,使本系统在制作时更为简单,且满足我们的所有需求。综上所述选择方案二.2。4 温度控制模块方案一:采用可控硅来控制加热器有效功率。采用本方案需通过控制其导通角来掌握电流大小,尽管可控硅开端速度快且无涌流,但该方案电路复杂,还需增加其他光耦器件,使电路更显复杂,并且成本高,功耗大,所以不使用该方案。方案二:采用PWM控制固态继电器来达到控制电流大小的目的,从而控制加热温度降低温度
13、,继电器可以很容易地实现通过较高的电压和电流,并且较方案一电路简单,不用外加光耦器件,且成本低,对整体系统无干扰,响应快,能满足该系统要求。综上所述选择方案二。3 硬件电路3。1 硬件框图该总系统主要以STC89C52为核心模块来控制整个系统,还有温度采集模块,显示模块,温度控制模块,键盘输入等共同协调而成,该系统可以简单的控制水温,并加热水温使其达到预设状态,该系统最常见的实例就是饮水机.饮水机是设置水温达到几乎100摄氏度,当打开电源自动开始加热到预设温度,当达到预设温度时保温,保持预设温度,当温度未达到时,又继续自动加热,以此循环.水温控制器的硬件框图如3.11所示。STC89C52单片
14、机温度采集键盘输入数据存储温度控制数据显示图3。11 硬件框图3。2 功能介绍3。2.1 控制电路模块本系统控制电路模块是采用单片机STC89C52,它属于51系列单片机,具有51系列单片机的特点,51系列单片机又被叫做位处理器,因为其有一优点就是从内的硬件到软件都有一套按位操作的系统,由此显而易见51系列单片机处理方式是按位处理,单片机还具有高集成度,体积小的特点,它是将各功能部件集成在一块小芯片上,具有逻辑运算,置位,清零等功能,最主要是其控制能力强,而本系统用到的STC89C52单片机是一个8位单片机,,它的外部晶振为12MHz,一个指令周期为1S,它还有32个IO口,而单片机的IO口逻
15、辑操作及位处理能力很强,适用于使用控制功能系统。单片机STC89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。单片机不但引脚少,而且功能强大,本系统主要应用了STC89C52具有控制能力强,及内部又8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器,使我们采集温度后可以直接将数据传输到单片机,并可以记录储存到此时的数据,并且它的控制能力可以协调控制各模块之间自动运行,且编写程序控制较其它而言相对简单,再者单片机引脚少,使电路不至于麻烦,为操作者带来很大的便利。如图3。2。1-1为STC89C52电路图。图3。2。11
16、 STC89C52电路图STC89C52单片机共有40个引脚,其中有2个用于主电源引脚,分别是Vcc和Vss,位于40和20引脚;2个外接晶振的引脚,分别是XTAL1和XTAL2,其中XTAL1在单片机内是反相放大器中的输入端,而XTAL2则是输出端;4个控制或与其它电源复用的引脚,分别是RST(上电复位),ALE(允许地址锁存信号),PSEN(片外程序存储器读选通输出端),EA/Vpp(访问外部程序储器控制信号和编程电源);以及32个输入输出IO引脚,其中分为P0(P0。0P0.7),P1(P1。0P1.7),P2(P2。0P2。7),P3(P3。0P3.7)口,而P3口不仅具有准双向接口的
17、功能,还具有其它功能,具体如表3.2.11所示。每个输入输出IO口,输入输出的数据总类是不一样的.P0:共有P0.0P0。7。它分为两种接口情况,其中一种是不接不扩展IO接口或外部存储器时,它就被用作准双向8位输入输出接口。另外一种是接有扩展IO口或外部程序存储器时,P0口就被作为地址数据分时复用口,然而其中分时的接口可提供8位的双向数据总线。在片内含有EPROM的单片机,P0还有其它作用.EPROM可以编程和检验,当它进行编程的时候,就可以从P0输入指令字节;而当检验程序的时候,对于片内含有EPROM的单片机,当EPROM编程时,从P0口输入指令字节,而当检验程序时,P0口输出指令字节.P1
18、:共有P1.0P1。7.它具有输入输出端口的通用特点就是可被用作准双向IO接口使用。对于STC89C52单片机来说它的功能较唯一。P2:共有P2。0P2.7.它也具有输入输出口的一般特性就是可用作双向IO接口.它接有外部IO接口或者外部程序存储器,并且它的寻址范围大于了256个字节的时候,P2就被用作P高8位地址总线并且可以送出高8位地址.P3:共有P3.0P3。7。它也具有输入输出口的一般特性就是可用作双向IO接口。P3口又被叫作双功能口,它的每一个引脚都可以单独使用,不仅可以单独用作输入输出接口,并且每一个单独的引脚都有其单独的其它功能,如表3.2.11P3口其它功能所示。表3。2。1-1
19、 P3口其它功能引脚功能P3。0RXD(串行口输入端0)P3。1TXD(串行口输出端)P3。2INT0(部中断0请求输入端,低电平有效)P3。3INT1(中断1请求输入端,低电平有效)P3.4T0(时器/计数器0计数脉冲端)P3.5T1(时器/计数器1数脉冲端)P3。6WR(部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效)P3.7RD(部数据存储器读选通信号输出端,低电平有效)4个控制引脚,它还能与其它电源复用,RST引脚又可以作为VPD引脚,叫作备用电源,它的作用就是当VCC发生故障不能使用时,譬如断电或者电平降到低电平范围,此时可接到备用电源VDP为系统RAM供电,以保证RAM继续运行,使其中的
20、数据不至于丢失。EA引脚又可以作为VPP引脚,但是被看作VPP时的条件是当片内含有EPROM的单片机,并且当EPROM在编程的时候,这时该控制引脚用来接21V的编程电源,也就是Vpp。3。2.2 温度采集模块功能该系统采用数字温度传感器DS18B20,将该传感器输出信号上拉电阻直接接到单片机的P1.0引脚上。该传感器上具有半导体温敏器,数据存储器,数模转换等都集成在一块芯片上,所以它具有温度测量,通过A/D转换之后得出温度数值并存储记忆,其测量温度55+125,满足我们测温的范围。该学期我们在嵌入式的课程上也初步接触到了DS18B20,在课内我们利用DS18B20的感温测温功能测试了室内温度并
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