AT89C51的水温控制系统设计
目 录
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
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 6
四、系统硬件设计 7
（一）原理图描述 7
（二）温度传感器模块 7
（三）加热器模块 8
（四）蜂鸣器报警模块 8
（五）液晶显示器模块 9
（六）按键模块 9
五、系统软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）子程序设计 10
总 结 13
致 谢 14
参考文献 15
附录一 系统原理图 16
附录二 PCB 17
附录三 元器件清单 18
附录四 系统程序 19
一、引言
（一）选题背景
目前市场上水加热的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的热水器控制系统以AT89C51单片机为检测控制中心单元，实现了温度显示和温度控制等功能。实际应用结果表明，该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国水加热系统的性能，具有可观的经济效益和社会效益 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。
（二）设计意义
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：
1、具备一定的智能化元素，可以使得水加热系统在无人看管的情况下自行运作，这不仅节省了使用者的大量宝贵时间，并且水的温度也相当精准；
2、采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器使用更加灵活；
3、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；
4、水温控制迅速，对水温非常敏感；
5、功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
设计一个水温控制系统，系统指标如下：
1、设计一个水温控制范围在0～100摄氏度的数字水温控制系统；
2、能够灵活设置温度；
3、具有超温报警功能；
4、温度数据能够通过显示屏显示出来。
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合水温加热系统、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而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，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，片外结合水温加热系统、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而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭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的优秀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系统的最终设计方案。
（二）方案简述
本温控系统采用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，并通过其内部的AD实现模数转换，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液晶显示出来，与此同时在AT89C51内部，单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值对于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热系统；否则将进行超温报警并且关闭加热系统。图1为本控制系统的总体框图。
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，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。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IO管脚能够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3 AT89C51单片机引脚图
AT89C51单片机引脚结构：
VCC：芯片电源端；
?? GND：接地端；
AT89C51的P3口具有第二功能，介绍如下：
P3.0：RXD（串行通信的输入口）；
P3.1：TXD（串行通信的输出口）；
P3.2：INT0（外部中断0）；
P3.3：INT1（外部中断1）；
P3.4：T0（记时器0的外部输入）；
P3.5：T1（记时器1的外部输入）；
P3.6：WR（外部数据存储器的写选通）；
参考文献
[1]李大寨.传感器电子制作DIY[J].北京:科学出版社,2011.
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）设计意义 1
（三）设计任务 1
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 6
四、系统硬件设计 7
（一）原理图描述 7
（二）温度传感器模块 7
（三）加热器模块 8
（四）蜂鸣器报警模块 8
（五）液晶显示器模块 9
（六）按键模块 9
五、系统软件设计 10
（一）主程序设计 10
（二）子程序设计 10
总 结 13
致 谢 14
参考文献 15
附录一 系统原理图 16
附录二 PCB 17
附录三 元器件清单 18
附录四 系统程序 19
一、引言
（一）选题背景
目前市场上水加热的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的热水器控制系统以AT89C51单片机为检测控制中心单元，实现了温度显示和温度控制等功能。实际应用结果表明，该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国水加热系统的性能，具有可观的经济效益和社会效益 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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（二）设计意义
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：
1、具备一定的智能化元素，可以使得水加热系统在无人看管的情况下自行运作，这不仅节省了使用者的大量宝贵时间，并且水的温度也相当精准；
2、采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器使用更加灵活；
3、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；
4、水温控制迅速，对水温非常敏感；
5、功耗低，成本低廉。
（三）设计任务
设计一个水温控制系统，系统指标如下：
1、设计一个水温控制范围在0～100摄氏度的数字水温控制系统；
2、能够灵活设置温度；
3、具有超温报警功能；
4、温度数据能够通过显示屏显示出来。
二、总体方案设计
（一）方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合水温加热系统、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而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，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，片外结合水温加热系统、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而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭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的优秀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系统的最终设计方案。
（二）方案简述
本温控系统采用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，并通过其内部的AD实现模数转换，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液晶显示出来，与此同时在AT89C51内部，单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值对于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热系统；否则将进行超温报警并且关闭加热系统。图1为本控制系统的总体框图。
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
图3 AT89C51单片机引脚图
AT89C51单片机引脚结构：
VCC：芯片电源端；
?? GND：接地端；
AT89C51的P3口具有第二功能，介绍如下：
P3.0：RXD（串行通信的输入口）；
P3.1：TXD（串行通信的输出口）；
P3.2：INT0（外部中断0）；
P3.3：INT1（外部中断1）；
P3.4：T0（记时器0的外部输入）；
P3.5：T1（记时器1的外部输入）；
P3.6：WR（外部数据存储器的写选通）；
参考文献
[1]李大寨.传感器电子制作DIY[J].北京:科学出版社,2011.
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