单片机的车载饮水控制系统的设计
目 录
一、 引言 1
（一） 车载饮水机的发展背景 1
（二） 车载饮水机国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） DS18B20温度传感器介绍 4
（四） 继电器介绍 5
（五） LCD1602液晶介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 车载饮水控制系统方案设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） DS18B20温度传感器电路设计 10
（四） 继电器及其加热器电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
（六） 指示灯电路 12
（七） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） DS18B20测温流程设计 15
（三） 继电器工作流程设计 15
（四） 液晶屏软件流程设计 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
车载饮水机的发展背景
近些年来，随着汽车行业的飞速发展，汽车消费成为现代社会的一个巨热狂潮，所引发的又一轮绝好商机是被称为汽车后市场的汽车用品业。车载饮水机也就在这个时候应运而生。车载饮水机的出现解决了有车族在自己的“爱车”上或是公安干警、部队，还有长途客货车司机在野外时能随时随地喝上热水的难题。车载饮水机上的热水可用于沏茶、冲咖啡、泡方便面等，为驾车外出提供了极大方便。
车载饮水机控制系统所要解决的关键问题是温度的采集和温度的控制等过程，随着十八世纪第一次工业革命在英国的完成，欧洲国家的工业开始迅速发展，各种大中小型工业活动如雨后春笋般出现在人们生活中，在多种工业生产过程中，温度成为了被着重关注或者控制的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
是公安干警、部队，还有长途客货车司机在野外时能随时随地喝上热水的难题。车载饮水机上的热水可用于沏茶、冲咖啡、泡方便面等，为驾车外出提供了极大方便。
车载饮水机控制系统所要解决的关键问题是温度的采集和温度的控制等过程，随着十八世纪第一次工业革命在英国的完成，欧洲国家的工业开始迅速发展，各种大中小型工业活动如雨后春笋般出现在人们生活中，在多种工业生产过程中，温度成为了被着重关注或者控制的对象，对于温度的良好控制往往是决定生产质量的决定性因素，由此技术人员总结出了很多用于控制温度的优秀算法和方法。在微处理器出现的早期，由于单片机的处理速度以及稳定性都不能在恶劣的工业环境中被广泛使用，而PLC的稳定性以及其在工业中的良好声誉使得它在大多数温控场合得到重用，另外由于早期的单片机能够被用户直接使用的IO管脚非常少，而PLC的管脚数达到几十个甚至上百个，这点也是PLC在工业领域比单片机应用更广泛的原因。然而随着电子技术以及单片机技术的迅猛发展，单片机的稳定性以及处理速度都得到了质的飞跃，在很多工控领域尤其是温度控制领域都能看到单片机的身影，这不但是因为单片机的性能上来了，更是由于单片机的成本比PLC低的多，另外单片机的保密性能也是PLC所无法比拟的，因此本文提出采用单片机作为车载饮水机的主控核心的观点。
车载饮水机国内外发展现状
目前全球的汽车工业都处于灼热的发展状态，高质量高舒适性的智能化汽车已经成为汽车工业接下来的发展目标，用户不在仅仅满足于代步功能了。车载饮水机的出现恰恰能够解决汽车饮水的问题，目前较少数的高端汽车内部设计了车载饮水系统，而一些普通轿车却没有这一项功能，大多数是由于车内空间和技术不成熟的原因。车载饮水控制系统主要在于水温的控制技术，由于近几年单片机技术以及传感器技术迅速发展，又给温度控制融合了新的元素，目前单片机的处理速度几乎是过去的十几倍，因此在使用单片机控制温度时，响应速度大大提高，另外许多集成度非常高的温度传感器的出现，使得车载饮水控制系统的体积大大减小，能够植入到大多数普通轿车中，这样就使得汽车工业不断向车载饮水机普遍化靠近。
本文主要研究内容
本文以“车载饮水控制系统”为课题，设计了一款能够在汽车上使用的饮水机。选用目前市面上使用最广泛的单片机作为主控核心，单总线温度传感器作为水温采集模块，并给饮水机加入了液晶显示功能，使得车载饮水系统人机化程度非常高，并实现了如下指标：
水温控制范围达到0~100℃，控制精度为0.5摄氏度；
能够通过按键方便设置水温；
具有指示灯功能；
具有液晶显示功能，对水温进行显示；
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯
一、 引言 1
（一） 车载饮水机的发展背景 1
（二） 车载饮水机国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） DS18B20温度传感器介绍 4
（四） 继电器介绍 5
（五） LCD1602液晶介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 车载饮水控制系统方案设计 9
（二） 单片机最小系统设计 9
（三） DS18B20温度传感器电路设计 10
（四） 继电器及其加热器电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
（六） 指示灯电路 12
（七） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） DS18B20测温流程设计 15
（三） 继电器工作流程设计 15
（四） 液晶屏软件流程设计 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
车载饮水机的发展背景
近些年来，随着汽车行业的飞速发展，汽车消费成为现代社会的一个巨热狂潮，所引发的又一轮绝好商机是被称为汽车后市场的汽车用品业。车载饮水机也就在这个时候应运而生。车载饮水机的出现解决了有车族在自己的“爱车”上或是公安干警、部队，还有长途客货车司机在野外时能随时随地喝上热水的难题。车载饮水机上的热水可用于沏茶、冲咖啡、泡方便面等，为驾车外出提供了极大方便。
车载饮水机控制系统所要解决的关键问题是温度的采集和温度的控制等过程，随着十八世纪第一次工业革命在英国的完成，欧洲国家的工业开始迅速发展，各种大中小型工业活动如雨后春笋般出现在人们生活中，在多种工业生产过程中，温度成为了被着重关注或者控制的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
是公安干警、部队，还有长途客货车司机在野外时能随时随地喝上热水的难题。车载饮水机上的热水可用于沏茶、冲咖啡、泡方便面等，为驾车外出提供了极大方便。
车载饮水机控制系统所要解决的关键问题是温度的采集和温度的控制等过程，随着十八世纪第一次工业革命在英国的完成，欧洲国家的工业开始迅速发展，各种大中小型工业活动如雨后春笋般出现在人们生活中，在多种工业生产过程中，温度成为了被着重关注或者控制的对象，对于温度的良好控制往往是决定生产质量的决定性因素，由此技术人员总结出了很多用于控制温度的优秀算法和方法。在微处理器出现的早期，由于单片机的处理速度以及稳定性都不能在恶劣的工业环境中被广泛使用，而PLC的稳定性以及其在工业中的良好声誉使得它在大多数温控场合得到重用，另外由于早期的单片机能够被用户直接使用的IO管脚非常少，而PLC的管脚数达到几十个甚至上百个，这点也是PLC在工业领域比单片机应用更广泛的原因。然而随着电子技术以及单片机技术的迅猛发展，单片机的稳定性以及处理速度都得到了质的飞跃，在很多工控领域尤其是温度控制领域都能看到单片机的身影，这不但是因为单片机的性能上来了，更是由于单片机的成本比PLC低的多，另外单片机的保密性能也是PLC所无法比拟的，因此本文提出采用单片机作为车载饮水机的主控核心的观点。
车载饮水机国内外发展现状
目前全球的汽车工业都处于灼热的发展状态，高质量高舒适性的智能化汽车已经成为汽车工业接下来的发展目标，用户不在仅仅满足于代步功能了。车载饮水机的出现恰恰能够解决汽车饮水的问题，目前较少数的高端汽车内部设计了车载饮水系统，而一些普通轿车却没有这一项功能，大多数是由于车内空间和技术不成熟的原因。车载饮水控制系统主要在于水温的控制技术，由于近几年单片机技术以及传感器技术迅速发展，又给温度控制融合了新的元素，目前单片机的处理速度几乎是过去的十几倍，因此在使用单片机控制温度时，响应速度大大提高，另外许多集成度非常高的温度传感器的出现，使得车载饮水控制系统的体积大大减小，能够植入到大多数普通轿车中，这样就使得汽车工业不断向车载饮水机普遍化靠近。
本文主要研究内容
本文以“车载饮水控制系统”为课题，设计了一款能够在汽车上使用的饮水机。选用目前市面上使用最广泛的单片机作为主控核心，单总线温度传感器作为水温采集模块，并给饮水机加入了液晶显示功能，使得车载饮水系统人机化程度非常高，并实现了如下指标：
水温控制范围达到0~100℃，控制精度为0.5摄氏度；
能够通过按键方便设置水温；
具有指示灯功能；
具有液晶显示功能，对水温进行显示；
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯
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