单片机的水温控制系统设计(附件)
摘 要现如今市场上众多的电子产品已是供过于求，但是真正在产品的研制上达到生产要求以及满足生活需求的几乎没有。众所周知，水是人类的生命之源，是生产过程中必可少的原料，而水温在此时就显得尤为重要。很多加热设备无论是在性能安全、功能完善、资源节约上都没有达到当下社会的要求，所以现在市场上迫切的需要弥补这个缺陷。本设计是基于AT89S52单片机控制的水温系统，既可以检测温度的高低，又可以对水温进行加热，不仅能满足目前的所有需求，还能显示设定温度、在水温设定的温度值内发生报警,是此领域重要的研究方向。该系统应用十分广泛，在实际要求中进行改善可达到更好的用途。在工业生产中温度是一个非常重要的过程量，因为它可以直接影响生产过程中的物质发生意想不到的物理变化和化学元素变化，继而使生产出现停滞。随处可见温度控制在生产领域应用至关重要，由于其具有影响因素多、系数多变、运行速度快、控制缓慢等原因，所以对控制系统要求较高。温度在控制上要求比较严格，稍加不慎就会造成大小型生产线安全，引发产品出现质变和数变的众多问题。人们时刻都在使用水资源，随着科技的发展，水温成为我们依赖的生活常态，因而出现了众多的电热设备，比如太阳能热水器、电热水壶、电饭煲等大功率用电器对水温加热有着严谨的控制，为人类的生活提供了极大的便利。本系统是以AT89S52作为核心处理单元，由单片机控制模块、测温模块、加热模块等主要电路组成，通过软件和硬件结合实现系统功能。单片机将温度传感器读取到的水温数据传输到单片机，分析处理后完成报警，用户也可根据设定水温高于或低于界限温度时发生报警。系统灵活性较强，易于操作，安全性高，在将来的实际应用上会有更广阔的发展前景。
目 录
1 绪论 1
1.1 水温控制系统的研究背景 1
1.2 水温控制系统的国内外研究现状及发展现状 1
1.3 本课题的研究内容及研究方法 2
2 系统总体设计方案 3
2.1 系统总体概述 3
2.2 系统的工作原理 3
2.3 系统结构设计 3
3 系统的硬件设计 5
3.1 单片机控制电路 5
3.1.1 AT89S52简介 5
3.1.2 单片机最小系统电路 7< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 3.2 数码管显示电路 8
3.2.1 数码管与单片机的硬件连接电路 8
3.3 测温电路 10
3.3.1 DS18B20的特性 10
3.3.2 DS18B20的封装结构图 11
3.3.3 DS18B20的工作原理 11
3.4 加热装置电路 11
3.4.1 光电隔离简介 12
3.4.2 光电隔离的特点 12
3.4.3 可控硅简介 12
3.5 报警电路 12
3.6 电源模块设计 13
3.7 设计方案总结 13
4 系统的软件设计 14
4.1 系统软件总体设计 15
4.2 初始化程序 15
4.3 键盘扫描程序 16
4.4 温度检测程序 17
4.5 显示程序 17
4.6 数码管驱动程序 18
4.7 温度加热控制程序 18
5 系统调试及分析 20
6 总结与展望 21
6.1 论文总结 21
6.2 工作展望 21
参考文献 22
致谢 23
附录一 24
1 绪论
1.1 水温控制系统的研究背景
随着新型技术的飞速发展，用信号信息来实现水温控制的精确度加热成为科学家的研究方向。在探索的过程中发现通过高端处理技术来解决各领域的用水浪费问题，实现对水温的精度控制已成为我们今后工作的发展方向，只有解决此类问题才能彻底改变当前水温控制技术停滞不前的局面。从生产企业的日用消耗物质和人们的生活中得知，温度控制应用都占据着重要的比例。在一些特殊应用方面，比如：必需品制造业都需要对水温进行合理的掌握，温度出现较大偏差都会影响到产品的质量，从而造成再生资源的浪费。可见精确的设定水温控制将成为发展趋势，是我选用基于单片机的水温控制系统设计作为本次毕业课题的目的。
本设计是在现有水温加热器的基础上延伸、拓展和改进了主要加热功能，不但完善了性能，提高了安全性，而且在实物设计也容易携带。该系统主要以单片机为核心，完成水温测量、温度加热、水温报警功能，和其它现有设备相比有着无比的优越性，与我们的生活息息相关。
1.2 水温控制系统的国内外研究现状及发展现状
伴随着科技化产品的广泛应用，人们对产品的性能的要求也越来越高，目前市场上存在的设备也是各有不同。通过对产品的逐一排查，真正能满足需求的产品少之又少，只有少数的生产厂家在水温控制设计上处于前沿，不仅在质量、性能上符合国内使用标准，而且在实际应用中满足了人们的众多需求。
目前，国内的水温控制系统在各领域中已广泛应用，但系统性能却处于劣势，与国外的先进控制系统相比，仍然处于落后阶段。据调查现有的技术水平是已然沿用的是1980年之后的科研成果，而市场上的加热器是由通用加热和常规的PID负载器构成。但是仅局限于少数的水温控制系统中使用，却难以装载到复杂多变的温度控制器上。后来为了解决这个问题，大量科技人员对国外技术学习和摸索，最后才研制出只限局面控制的水温加热器。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展，在技术上以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无实现多参数综合控制系统[1]。从整体技术上说，现使用的众多加热设备都无法完成工业实际生产中的众多任务，比如：设备整体功能低，生产系统不完善，应对参数变化滞后，造成系统软硬件功能不能结合使用和紧密程度差等问题急需解决。
国外的水温控制系统已进入工业化时代，其具有体积小、智能化精度高、信息储备完整的特点。始于1970年，国外开始对温度控制技术着手研究，首先采用显示仪表进行模拟，对被测温度的数据进行采集、储存、分析，将结果改进引用到实际控制中。直到1980后期末的计算机分布式控制系统出现，改变了当时的格局，促使更多的科研人员向PC数据采集控制系统研究，最终得出多因子综合控制系统的科研成果。可见电子技术的发展速度要远超我们的想象，只有不断地探索、多方位研究才能不被世界的发展轨迹遗弃掉。
1.3 本课题的研究内容及研究方法
本设计主要是以AT89S52单片机为核心，通过温度传感器DS18B20对水温数据的采集，传到单片机进行储存处理。初始温度设置为10℃，越限报警温度设为70℃，控制精度为1℃，控制加热环境温度为70℃。如果温度超过70℃，蜂鸣器发出报警声音。温度测量误差在±1 ℃内，在10℃—70℃量程范围内可实现温度的自动控制，温度保持不变。水温可以在规定范围内可通过按键电路来设置加热温度，并将设置的温度值在LED数码管上显示[2]。
研究内容：
（1）根据系统设计要求，制定基于单片机的水温控制系统的总体设计方案。
（2）水温控制系统的硬件电路包括：单片机控制电路，数码管显示电路，按键控制电路、测温电路、加热电路等设计。
（3）水温控制系统的软件设计包括：初始化程序、初始化程序、键盘扫描程序、温度检测程序、显示程序、数码管驱动程序、温度加热控制程序等。
（4）完成硬件电路的焊接和调试，并完成系统的软件联调和硬件联调，最终得出本系统的测试结果。
2 系统总体设计方案
2.1 系统总体概述
本系统设计是由单元处理信息和温度控制模块、负载加热模块组成的，是硬件设计中实用价值最高的产品之一。首先，在已调试好的水温控制系统中通过按键电路设定温度值，此数值由单片机识别后将信息通过串行口输出高电平驱动数码管显示温度值。在通电加热过程中，水温的不断变化都是由温度传感器DS18B20记录温度值，同时传递到核心单元进行储存和处理，通过和设定值进一步分析和比较得出最终结果，并及时控制加热模块，当水温高于预设值，则停止加热，反之则开始加热。如果水温超出预设值温度，单片机会及时发出指令，蜂鸣器开始报警。
目 录
1 绪论 1
1.1 水温控制系统的研究背景 1
1.2 水温控制系统的国内外研究现状及发展现状 1
1.3 本课题的研究内容及研究方法 2
2 系统总体设计方案 3
2.1 系统总体概述 3
2.2 系统的工作原理 3
2.3 系统结构设计 3
3 系统的硬件设计 5
3.1 单片机控制电路 5
3.1.1 AT89S52简介 5
3.1.2 单片机最小系统电路 7< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 3.2 数码管显示电路 8
3.2.1 数码管与单片机的硬件连接电路 8
3.3 测温电路 10
3.3.1 DS18B20的特性 10
3.3.2 DS18B20的封装结构图 11
3.3.3 DS18B20的工作原理 11
3.4 加热装置电路 11
3.4.1 光电隔离简介 12
3.4.2 光电隔离的特点 12
3.4.3 可控硅简介 12
3.5 报警电路 12
3.6 电源模块设计 13
3.7 设计方案总结 13
4 系统的软件设计 14
4.1 系统软件总体设计 15
4.2 初始化程序 15
4.3 键盘扫描程序 16
4.4 温度检测程序 17
4.5 显示程序 17
4.6 数码管驱动程序 18
4.7 温度加热控制程序 18
5 系统调试及分析 20
6 总结与展望 21
6.1 论文总结 21
6.2 工作展望 21
参考文献 22
致谢 23
附录一 24
1 绪论
1.1 水温控制系统的研究背景
随着新型技术的飞速发展，用信号信息来实现水温控制的精确度加热成为科学家的研究方向。在探索的过程中发现通过高端处理技术来解决各领域的用水浪费问题，实现对水温的精度控制已成为我们今后工作的发展方向，只有解决此类问题才能彻底改变当前水温控制技术停滞不前的局面。从生产企业的日用消耗物质和人们的生活中得知，温度控制应用都占据着重要的比例。在一些特殊应用方面，比如：必需品制造业都需要对水温进行合理的掌握，温度出现较大偏差都会影响到产品的质量，从而造成再生资源的浪费。可见精确的设定水温控制将成为发展趋势，是我选用基于单片机的水温控制系统设计作为本次毕业课题的目的。
本设计是在现有水温加热器的基础上延伸、拓展和改进了主要加热功能，不但完善了性能，提高了安全性，而且在实物设计也容易携带。该系统主要以单片机为核心，完成水温测量、温度加热、水温报警功能，和其它现有设备相比有着无比的优越性，与我们的生活息息相关。
1.2 水温控制系统的国内外研究现状及发展现状
伴随着科技化产品的广泛应用，人们对产品的性能的要求也越来越高，目前市场上存在的设备也是各有不同。通过对产品的逐一排查，真正能满足需求的产品少之又少，只有少数的生产厂家在水温控制设计上处于前沿，不仅在质量、性能上符合国内使用标准，而且在实际应用中满足了人们的众多需求。
目前，国内的水温控制系统在各领域中已广泛应用，但系统性能却处于劣势，与国外的先进控制系统相比，仍然处于落后阶段。据调查现有的技术水平是已然沿用的是1980年之后的科研成果，而市场上的加热器是由通用加热和常规的PID负载器构成。但是仅局限于少数的水温控制系统中使用，却难以装载到复杂多变的温度控制器上。后来为了解决这个问题，大量科技人员对国外技术学习和摸索，最后才研制出只限局面控制的水温加热器。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展，在技术上以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无实现多参数综合控制系统[1]。从整体技术上说，现使用的众多加热设备都无法完成工业实际生产中的众多任务，比如：设备整体功能低，生产系统不完善，应对参数变化滞后，造成系统软硬件功能不能结合使用和紧密程度差等问题急需解决。
国外的水温控制系统已进入工业化时代，其具有体积小、智能化精度高、信息储备完整的特点。始于1970年，国外开始对温度控制技术着手研究，首先采用显示仪表进行模拟，对被测温度的数据进行采集、储存、分析，将结果改进引用到实际控制中。直到1980后期末的计算机分布式控制系统出现，改变了当时的格局，促使更多的科研人员向PC数据采集控制系统研究，最终得出多因子综合控制系统的科研成果。可见电子技术的发展速度要远超我们的想象，只有不断地探索、多方位研究才能不被世界的发展轨迹遗弃掉。
1.3 本课题的研究内容及研究方法
本设计主要是以AT89S52单片机为核心，通过温度传感器DS18B20对水温数据的采集，传到单片机进行储存处理。初始温度设置为10℃，越限报警温度设为70℃，控制精度为1℃，控制加热环境温度为70℃。如果温度超过70℃，蜂鸣器发出报警声音。温度测量误差在±1 ℃内，在10℃—70℃量程范围内可实现温度的自动控制，温度保持不变。水温可以在规定范围内可通过按键电路来设置加热温度，并将设置的温度值在LED数码管上显示[2]。
研究内容：
（1）根据系统设计要求，制定基于单片机的水温控制系统的总体设计方案。
（2）水温控制系统的硬件电路包括：单片机控制电路，数码管显示电路，按键控制电路、测温电路、加热电路等设计。
（3）水温控制系统的软件设计包括：初始化程序、初始化程序、键盘扫描程序、温度检测程序、显示程序、数码管驱动程序、温度加热控制程序等。
（4）完成硬件电路的焊接和调试，并完成系统的软件联调和硬件联调，最终得出本系统的测试结果。
2 系统总体设计方案
2.1 系统总体概述
本系统设计是由单元处理信息和温度控制模块、负载加热模块组成的，是硬件设计中实用价值最高的产品之一。首先，在已调试好的水温控制系统中通过按键电路设定温度值，此数值由单片机识别后将信息通过串行口输出高电平驱动数码管显示温度值。在通电加热过程中，水温的不断变化都是由温度传感器DS18B20记录温度值，同时传递到核心单元进行储存和处理，通过和设定值进一步分析和比较得出最终结果，并及时控制加热模块，当水温高于预设值，则停止加热，反之则开始加热。如果水温超出预设值温度，单片机会及时发出指令，蜂鸣器开始报警。
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