单片机的红外遥控水温控制装置的设计
目录
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 2
二、总体方案设计 2
（一）方案的选择 2
（二）方案简述 2
三、元器件介绍 3
（一）AT89C51单片机 3
（二）DS18B20温度传感器 5
（三）红外遥控系统介绍 6
四、系统硬件设计 8
（一）原理图描述 8
（二）DS18B20温度传感器模块 9
（三）加热器开关模块 10
（四）蜂鸣器报警模块 10
（五） LCD1602液晶显示器模块 11
（六）按键模块 11
五、系统软件设计 12
（一）主程序设计 12
（二）子程序设计 13
六、系统调试 14
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 系统原理图 20
附录二 PCB 21
附录三 元器件清单 22
附录四 系统程序 23
一、引言
（一）选题背景
在工业活动中人们对温度的控制有了一定的要求，温度参数是一个容易被控制的参数，温控过程在化工、食品、燃料、钢铁产业等都涉及到。由此可知，温控在工业活动中的地位会随时间变化逐步提高，而且会随科学技术迅速发展，对于温控系统的性能要求会更高，要求对精度和速度方面也更为严格。随着工业环境的逐渐复杂，于是温控系统发生了变革，在工业上较近距离的温控已经不再限制，远程温度控制将全速发展，并且得到了各界的关注。
目前市场上热水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
器的温控系统大多有功能单一、控制不便等问题，众多控制器只拥有温度和水位显示功能，不具有控制温度功能。一般热水器具有辅助加热性能，但可能由于加热时间过长而不受控制产生过烧。本文设计的热水器的温控系统用AT89C51单片机为中心单元，实现了显示温度、控制温度等功能。综上所述，该控制器具有性价比较高、温度控制和显示精度较高、使用方便和性能较为稳定等优点，完善了我国水加热的系统，具有良好的经济效益和社会效益。
（二）设计意义
目前工业上，无线电、有线网络等通信方式的远程温度控制都较为普通，虽然各种类型在不同场合都得到了利用，但是每一种都存在独特的优缺点。在无线通信中，由于不需要布置繁琐的线路，不易受外界因素影响，所以它的应用场合比有线网络广泛。基于上述分析，所以本文设计了一种基于AT89C51单片机的无线水温控制系统。
本文设计的水温控制系统跟传统的水温控制系统相比具有如下优势：
具备了一定的智能化元素，可以使得水加热系统在无人看管的情况下自行运作，节省使用者的时间；
通过红外线遥控器对温度值的设定，可以灵活的设定温度不受距离的约束；
3、采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器更加灵活；
4、能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使用者能够直观地观察到水的温度；
5、功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
设计一个红外线遥控水温控制装置，装置指标如下：
1、设计一个水温控制范围在40～90摄氏度的数字水温控制系统；
2、能够通过红外线遥控器按键灵活设置温度；
3、具有超温报警功能；
4、温度数据能够通过液晶显示屏显示出来；
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用AT89C51单片机作为控制核心，配合红外线遥控模块、水温加热模块开关、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块为一体构成无线水温控制系统，由于AT89C51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术和相当丰富的开发资料，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，常用VHDL或Verilog语言进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的水温控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
综合上述三个方案的分析，本次设计采用方案一作为水温控制装置的最终设计方案。
（二）方案简述
本次温控系统采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过DS18B20温度传感器采集环境中的温度，并通过其内部实现A/D转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显现。单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值低于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热模块的开关；否则将进行超温报警并且关闭加热系统的开关。在温度值的设定上，可通过按键或者红外线遥控器两种方式完成。
图(1) 水温控制系统总框图
三、元器件介绍
（一）AT89C51单片机
1、AT89C51单片机概述
AT89C51单片机的组成如图(2)所示。
图(2) AT89C51内部结构
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用I/O管脚和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器可以将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里，使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图如(3)所示：
图(7) 简单驱动电路
图(8) 射级输出驱动电路
3、接收模块
图（20） 仿真原理图
连接电路电源，利用红外线遥控设置报警温度，通过DS18B20的温度采集作为实际温度，两者都在LCD1602液晶显示器上显示。如图（21）显示初始水温：
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 2
二、总体方案设计 2
（一）方案的选择 2
（二）方案简述 2
三、元器件介绍 3
（一）AT89C51单片机 3
（二）DS18B20温度传感器 5
（三）红外遥控系统介绍 6
四、系统硬件设计 8
（一）原理图描述 8
（二）DS18B20温度传感器模块 9
（三）加热器开关模块 10
（四）蜂鸣器报警模块 10
（五） LCD1602液晶显示器模块 11
（六）按键模块 11
五、系统软件设计 12
（一）主程序设计 12
（二）子程序设计 13
六、系统调试 14
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 系统原理图 20
附录二 PCB 21
附录三 元器件清单 22
附录四 系统程序 23
一、引言
（一）选题背景
在工业活动中人们对温度的控制有了一定的要求，温度参数是一个容易被控制的参数，温控过程在化工、食品、燃料、钢铁产业等都涉及到。由此可知，温控在工业活动中的地位会随时间变化逐步提高，而且会随科学技术迅速发展，对于温控系统的性能要求会更高，要求对精度和速度方面也更为严格。随着工业环境的逐渐复杂，于是温控系统发生了变革，在工业上较近距离的温控已经不再限制，远程温度控制将全速发展，并且得到了各界的关注。
目前市场上热水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
器的温控系统大多有功能单一、控制不便等问题，众多控制器只拥有温度和水位显示功能，不具有控制温度功能。一般热水器具有辅助加热性能，但可能由于加热时间过长而不受控制产生过烧。本文设计的热水器的温控系统用AT89C51单片机为中心单元，实现了显示温度、控制温度等功能。综上所述，该控制器具有性价比较高、温度控制和显示精度较高、使用方便和性能较为稳定等优点，完善了我国水加热的系统，具有良好的经济效益和社会效益。
（二）设计意义
目前工业上，无线电、有线网络等通信方式的远程温度控制都较为普通，虽然各种类型在不同场合都得到了利用，但是每一种都存在独特的优缺点。在无线通信中，由于不需要布置繁琐的线路，不易受外界因素影响，所以它的应用场合比有线网络广泛。基于上述分析，所以本文设计了一种基于AT89C51单片机的无线水温控制系统。
本文设计的水温控制系统跟传统的水温控制系统相比具有如下优势：
具备了一定的智能化元素，可以使得水加热系统在无人看管的情况下自行运作，节省使用者的时间；
通过红外线遥控器对温度值的设定，可以灵活的设定温度不受距离的约束；
3、采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器更加灵活；
4、能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使用者能够直观地观察到水的温度；
5、功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
设计一个红外线遥控水温控制装置，装置指标如下：
1、设计一个水温控制范围在40～90摄氏度的数字水温控制系统；
2、能够通过红外线遥控器按键灵活设置温度；
3、具有超温报警功能；
4、温度数据能够通过液晶显示屏显示出来；
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用AT89C51单片机作为控制核心，配合红外线遥控模块、水温加热模块开关、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块为一体构成无线水温控制系统，由于AT89C51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术和相当丰富的开发资料，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，常用VHDL或Verilog语言进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的水温控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
综合上述三个方案的分析，本次设计采用方案一作为水温控制装置的最终设计方案。
（二）方案简述
本次温控系统采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过DS18B20温度传感器采集环境中的温度，并通过其内部实现A/D转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显现。单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值低于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热模块的开关；否则将进行超温报警并且关闭加热系统的开关。在温度值的设定上，可通过按键或者红外线遥控器两种方式完成。
图(1) 水温控制系统总框图
三、元器件介绍
（一）AT89C51单片机
1、AT89C51单片机概述
AT89C51单片机的组成如图(2)所示。
图(2) AT89C51内部结构
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用I/O管脚和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器可以将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里，使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图如(3)所示：
图(7) 简单驱动电路
图(8) 射级输出驱动电路
3、接收模块
图（20） 仿真原理图
连接电路电源，利用红外线遥控设置报警温度，通过DS18B20的温度采集作为实际温度，两者都在LCD1602液晶显示器上显示。如图（21）显示初始水温：
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