单片机的水温控制器的设计
摘 要温度在人类的生产生活中扮演着十分重要的角色，如何精确的控制温度一直是人类不断探讨的课题。随着科技的不断进步，一批以单片机为主的温度控制系统应运而生，改变了传统温度采集方式费时费力精度差的局面。本设计介绍了一种以AT89C51单片机为核心元件设计的水温控制器，可以实时测量温度并调节，外加LCD1602显示屏,显示温度的同时,也可以显示报警参数,简单方便易操作。
目录
引言 1
温度传感器的发展背景 1
国内外研究现状 1
本文主要研究内容 1
一、设计的整体方案 1
二、器件的选择 2
2.1主控制器模块 2
2.2温度测量 2
2.4显示模块 3
2.5电源选取 3
三、电路原理 3
3.1 温度控制电路 3
3.2 显示电路 4
3.3 报警系统 5
3.4 按键电路和指示灯电路 6
四、程序原理及系统流程图 7
4.1 主程序 7
4.2 读出温度子程序 8
4.3 设置温度上下限程序 9
4.4 计时时间设置 10
五、硬件调试 11
六、程序录入 11
七、总结 12
参考文献 12
附录 1 整体电路原理图 13
附录2 PCB图 14
附录3 元件清单 16
附录4 实物图 16
附录5 部分源程序 17
引言
1.温度传感器的发展背景
自古以来，人们对温度的探索从未停止，仅靠人类自身的感官并不能满足人们的需求。公元1600年，伴随着科学家伽利略的一声狂笑，世界历史上第一个气体温度计应运而生。之后，其他类型的温度计也相继被人们发明出来。1821年，德国物理学家赛贝更是发明出世界上第一只真正意义上的传感器热电偶传感器，这是一只真正的可以直接将温度这种不可见的量转化成电信号的传感器。随着科学技术的发展，各种各样的传感器也如雨后春笋般应运而生。
2.国内外研究现状
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1978年12月,中国决定实施改革开放,在党的领导下,我国的科学技术得到了飞速发展,而传感器这个项目更是国家扶持的重点对象之一。在党的政策领导下，在我国的科技产业的发展壮大中，我国的传感器产业蓬勃发展。但是由于起步晚，与世界上其他的一些国家还是有着相当大的差距，但也正是这些差距更加激励着我们努力超越创新,一大批新型传感器相继应运而生.
国外方面，由于比我国起步早，至今有了千余家生产单位，其中达拉斯公司生产的DS18B20也就是本设计所使用的温度传感器在国际市场有着非常良好的口碑。它不仅可以将温度转换成电信号，还可以与计算机相连，方便控制,而且其精度较高,满足许多行业的需求,在人们的生产生活中得到了充分的使用.
3.本文主要研究内容
温度在人类的生产生活中扮演着十分重要的角色，如何精确的控制温度一直是人类不断探讨的课题。随着科技的不断进步，一批以单片机为主的温度控制系统应运而生，改变了传统温度采集方式费时费力精度差的局面。本文着重以AT89C51单片机为基础，LCD1602显示器和DS18B20温度传感器为主要元件，设计的一种水温控制器，显示温度的同时,也可以显示报警参数,简单方便易操作。
一、设计的整体方案
本设计是以AT89C51单片机为基础，DS18B20温度传感器和LCD1602显示屏为外界元件，通过LCD显示屏上的温度来设置温度，当温度过低时，继电器连接外部加热器加热。水温过高时，继电器断开停止加热，从而降温。系统框图如图1所示：
图1 系统框图
二、器件的选择
2.1主控制器模块
方案1; 可编程逻辑器件CPLD
以CPLD作为控制器,它规模大、体积小、密度高,同时具有进行复杂逻辑功能运算的功能.而且CPLD还具有功能扩展功能,大大提升系统的处理速度.但是本设计不需要如此强大的功能,而且CPLD价格也不便宜,所以放弃此方案.
方案2;单片机AT89C51
AT89C51单片机作为核心，用来控制水温控制系统，它控制简单、方便、快捷，而且价格低廉，完全满足本方案的条件
2.2温度测量
方案1;热电偶电路
热电偶传感器的有它比较明显的优势，不管多细多粗的材料都可以制作成传感器，优势明显。但是也由于其原材料的延展性好，而测温元器件必须要有非常灵敏的反映速度，而热电偶传感器非常容易受到外围环境的影响，不适合本设计。
方案2：DS18B20温度传感器
选择DS18B20，不仅仅是它可以将温度转换成电信号，还可以与计算机相连，方便控制。而51单片机不仅编程自由度高，还可以通过编程实现大多数算数算法控制，技术成熟。
2.3温度设置
温度还是由键盘输入比较好，不但精确，而且相当方便，其中功能键一个，加减键各一个，最后再加上复位键。
2.4显示模块
方案1:数码管
数码管虽然价格便宜，但是只能显示数字和一些字符，并不能很好的体现本设计简单易使用的特点，因此舍弃该方案。
方案2：LCD1602显示屏
选用LCD显示屏，它不但显示清晰，而且使用相当方便，在我们的生产生活中有着广泛的运用，满足本设计的要求。
2.5电源选取
考虑到设计的实用性，本设计设计了两个电源接口，一个可以插入220V电源实用，还有个USB接口，大大提高了便携性。
三、电路原理
本设计电路主要由温度控制电路、温度显示电路、按键电路和报警电路这四个部分形成。
3.1 温度控制电路
组成该电路的基础元件就是DS18B20温度传感器与AT89C51单片机。那么怎么使两者成功连接是本电路的主要设计目标。如图2
图2 DS18B20管脚图
硬件方面来看，主要分为两种连接方式，一个接外部电源，一个接内部电源。接外部电源时，端口GND接地，端口VCC接通外部电源，最后一端与单片相连。接内部电源时，UDDGND接地，还有一端接单片机的端口，同时要用5KΩ的上拉电阻接起来。如图2所示:
目录
引言 1
温度传感器的发展背景 1
国内外研究现状 1
本文主要研究内容 1
一、设计的整体方案 1
二、器件的选择 2
2.1主控制器模块 2
2.2温度测量 2
2.4显示模块 3
2.5电源选取 3
三、电路原理 3
3.1 温度控制电路 3
3.2 显示电路 4
3.3 报警系统 5
3.4 按键电路和指示灯电路 6
四、程序原理及系统流程图 7
4.1 主程序 7
4.2 读出温度子程序 8
4.3 设置温度上下限程序 9
4.4 计时时间设置 10
五、硬件调试 11
六、程序录入 11
七、总结 12
参考文献 12
附录 1 整体电路原理图 13
附录2 PCB图 14
附录3 元件清单 16
附录4 实物图 16
附录5 部分源程序 17
引言
1.温度传感器的发展背景
自古以来，人们对温度的探索从未停止，仅靠人类自身的感官并不能满足人们的需求。公元1600年，伴随着科学家伽利略的一声狂笑，世界历史上第一个气体温度计应运而生。之后，其他类型的温度计也相继被人们发明出来。1821年，德国物理学家赛贝更是发明出世界上第一只真正意义上的传感器热电偶传感器，这是一只真正的可以直接将温度这种不可见的量转化成电信号的传感器。随着科学技术的发展，各种各样的传感器也如雨后春笋般应运而生。
2.国内外研究现状
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1978年12月,中国决定实施改革开放,在党的领导下,我国的科学技术得到了飞速发展,而传感器这个项目更是国家扶持的重点对象之一。在党的政策领导下，在我国的科技产业的发展壮大中，我国的传感器产业蓬勃发展。但是由于起步晚，与世界上其他的一些国家还是有着相当大的差距，但也正是这些差距更加激励着我们努力超越创新,一大批新型传感器相继应运而生.
国外方面，由于比我国起步早，至今有了千余家生产单位，其中达拉斯公司生产的DS18B20也就是本设计所使用的温度传感器在国际市场有着非常良好的口碑。它不仅可以将温度转换成电信号，还可以与计算机相连，方便控制,而且其精度较高,满足许多行业的需求,在人们的生产生活中得到了充分的使用.
3.本文主要研究内容
温度在人类的生产生活中扮演着十分重要的角色，如何精确的控制温度一直是人类不断探讨的课题。随着科技的不断进步，一批以单片机为主的温度控制系统应运而生，改变了传统温度采集方式费时费力精度差的局面。本文着重以AT89C51单片机为基础，LCD1602显示器和DS18B20温度传感器为主要元件，设计的一种水温控制器，显示温度的同时,也可以显示报警参数,简单方便易操作。
一、设计的整体方案
本设计是以AT89C51单片机为基础，DS18B20温度传感器和LCD1602显示屏为外界元件，通过LCD显示屏上的温度来设置温度，当温度过低时，继电器连接外部加热器加热。水温过高时，继电器断开停止加热，从而降温。系统框图如图1所示：
图1 系统框图
二、器件的选择
2.1主控制器模块
方案1; 可编程逻辑器件CPLD
以CPLD作为控制器,它规模大、体积小、密度高,同时具有进行复杂逻辑功能运算的功能.而且CPLD还具有功能扩展功能,大大提升系统的处理速度.但是本设计不需要如此强大的功能,而且CPLD价格也不便宜,所以放弃此方案.
方案2;单片机AT89C51
AT89C51单片机作为核心，用来控制水温控制系统，它控制简单、方便、快捷，而且价格低廉，完全满足本方案的条件
2.2温度测量
方案1;热电偶电路
热电偶传感器的有它比较明显的优势，不管多细多粗的材料都可以制作成传感器，优势明显。但是也由于其原材料的延展性好，而测温元器件必须要有非常灵敏的反映速度，而热电偶传感器非常容易受到外围环境的影响，不适合本设计。
方案2：DS18B20温度传感器
选择DS18B20，不仅仅是它可以将温度转换成电信号，还可以与计算机相连，方便控制。而51单片机不仅编程自由度高，还可以通过编程实现大多数算数算法控制，技术成熟。
2.3温度设置
温度还是由键盘输入比较好，不但精确，而且相当方便，其中功能键一个，加减键各一个，最后再加上复位键。
2.4显示模块
方案1:数码管
数码管虽然价格便宜，但是只能显示数字和一些字符，并不能很好的体现本设计简单易使用的特点，因此舍弃该方案。
方案2：LCD1602显示屏
选用LCD显示屏，它不但显示清晰，而且使用相当方便，在我们的生产生活中有着广泛的运用，满足本设计的要求。
2.5电源选取
考虑到设计的实用性，本设计设计了两个电源接口，一个可以插入220V电源实用，还有个USB接口，大大提高了便携性。
三、电路原理
本设计电路主要由温度控制电路、温度显示电路、按键电路和报警电路这四个部分形成。
3.1 温度控制电路
组成该电路的基础元件就是DS18B20温度传感器与AT89C51单片机。那么怎么使两者成功连接是本电路的主要设计目标。如图2
图2 DS18B20管脚图
硬件方面来看，主要分为两种连接方式，一个接外部电源，一个接内部电源。接外部电源时，端口GND接地，端口VCC接通外部电源，最后一端与单片相连。接内部电源时，UDDGND接地，还有一端接单片机的端口，同时要用5KΩ的上拉电阻接起来。如图2所示:
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