蓝牙的远程水温控制系统设计
摘 要 本文选择了“基于蓝牙的远程水温控制系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统， 实现了预期设立的性能指标，使得水温控制课题通过蓝牙通信进行控制，各种带有蓝牙通信功能的终端如手机、电脑等都可以实现对水温的远程的控制，突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了远程水温控制控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统通过了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款远程水温控制控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
目录 4
一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控芯片的选取 2
（二） AT89C51控制芯片简介 2
（三） HC05主从一体式蓝牙模块介绍 3
（四） DS18B20温度传感器介绍 3
（五） LCD1602液晶显示器介绍 4
三、硬件系统设计 5
（一）蓝牙远程水温控制系统硬件结构框图设计 5
（二）AT89C51单片机最小系统设计 5
（三）HC05蓝牙模块电路设计 6
（四）DS18B20温度传感器电路设计 7
（五）加热器开关电路设计 8
（六） 液晶显示器电路设计 8
（七）按键模块 9
四、软件系统设计 10
（一）蓝牙远程水温控制系统软件流程设计 10
（二）HC05蓝牙模块收发信息流程设计 11
（三）DS18B20温度传感器工作流程设计 11
（四）加热器开关控制流程图设计 12
（五）液晶显示器工作流程设计 13
五、实物制作 15
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
伴随着科学技术水平的迅猛发展，人们对生活品质的要求不断提高，温度检测系统不断融入人们的生活当中，这种触手可及的变化极大的改善了人们的生活。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对水温的检测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。
本文课题就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，进而保证温度检测系统系统自动控制特性的实现。
由于我的实习环境是无尘室，对实时温度的要求比较严格，只有通过温度检测电子器件才能对水温、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分，所以我选择了这个课题。
以下是本设计将要实现的主要内容以及功能指标：
采用AT89C51单片机做主控，实现一款能够实现远程遥控的水温控制系统，可通过手机蓝牙等设备实现对水温的控制；
蓝牙通信采用HC05模块来实现；
具备良好的液晶显示能力，能够显示对水温以及设定温度值；
系统采用5V直流电压进行供电。
二、方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用由美国MicroChip公司研制而成的PIC16F877单片机，这是一款典型的8位单片机，优点是使用时间较长；不管是在高校还是在工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。
方案二：使用ATMEL公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属AT89C51以及AT89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现在每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。
综上两个方案的分析，在对PIC16F877单片机和AT89C51单片机的性能优劣进行对比中发现，虽然在稳定度和抗电磁干扰性上PIC16F877的性能远优于AT89C51单片机，但在成本方面，考虑到当前的市场价格，所以我选择了AT89C51单片机来作为我的主控芯片。
AT89C51控制芯片简介
本文在多款单片机的对比中，考虑到了自身学习经历、对单片机的使用经验、成本以及片内资源等多个角度，最终主控微处理器决定选择使用美国ATMEL公司研制的AT89C51单片机。首先这款单片机是一款宽电压供电芯片，能够以3~6V直流电压进行供电，本文为兼容其它芯片的供电电压，采用正5V直流电压为其供电。该型号单片机内部的程序存储器FLASH大小位4K，RAM的大小位128字节，经过前期的初步计算与分析，发现本控制系统中使用的代码数量较少，4K容量大小足以满足使用要求。
图1 AT89C51单片机
HC05主从一体式蓝牙模块介绍
为了实现课题预期实现的系统无线通信功能，本课题选用了蓝牙通信协议来实现无线数据的接收与发送，蓝牙通信方式在通信频段上采用的是2.4GHz的ISM的免费频段，优点是这个频段属于开放的一个公共频段，即用户无需交付相关费用即可免费使用蓝牙在这个频段进行通信。蓝牙通信的具体协议在这里不再详细说明，本文将要使用的HC05蓝牙模块采用了3.0版本的通信协议，下图是该模块的实物图，在出厂前厂家已经将其进行了高度集成化，共引出六个直插引脚以及一个机械按键供用户进行数据读写和功能配置，该模块采用正5V直流电压进行供电，通过功能设置可以实现主机与从机两种工作模式的配置，所谓主机即是指可以主动连接任何从机，而从机只能够被动连接不能够主动去连接其他主机或者从机。HC05蓝牙模块采用串口进行驱动，即所需要发送的和接收的数据都通过串口的TXD和RXD两个总线进行收发，在本系统中共使用到HC05的四个管脚，即电源管脚Vcc、接地管脚GND、串口发送总线TXD和串口接收总线RXD。
图2 HC05蓝牙
DS18B20温度传感器介绍
DS18B20型传感器在51单片机系统中是一种使用率极高的高精度温度传感器，相对于目前市场上其他的温度检测模块来说，它具有高精度、高响应速度以及高准确度等优秀特性，虽然目前铂电阻等温敏电阻能够达到更高的检测精度，但是考虑到需要复杂的电路构建并且需要额外的模数转换电路才能够实现更高精度的温度测量，因此并不适用于本系统。DS18B20温度传感器在性能方面能够达到0.125摄氏度的测量精度，并且更加可贵的是其测量精度是可以通过软件来灵活设置的，大多数用户更习惯采用0.5摄氏度的精度来对温度进行采集，下图为DS18B20的外形图。
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一、引言 1
二、方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控芯片的选取 2
（二） AT89C51控制芯片简介 2
（三） HC05主从一体式蓝牙模块介绍 3
（四） DS18B20温度传感器介绍 3
（五） LCD1602液晶显示器介绍 4
三、硬件系统设计 5
（一）蓝牙远程水温控制系统硬件结构框图设计 5
（二）AT89C51单片机最小系统设计 5
（三）HC05蓝牙模块电路设计 6
（四）DS18B20温度传感器电路设计 7
（五）加热器开关电路设计 8
（六） 液晶显示器电路设计 8
（七）按键模块 9
四、软件系统设计 10
（一）蓝牙远程水温控制系统软件流程设计 10
（二）HC05蓝牙模块收发信息流程设计 11
（三）DS18B20温度传感器工作流程设计 11
（四）加热器开关控制流程图设计 12
（五）液晶显示器工作流程设计 13
五、实物制作 15
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
伴随着科学技术水平的迅猛发展，人们对生活品质的要求不断提高，温度检测系统不断融入人们的生活当中，这种触手可及的变化极大的改善了人们的生活。由于各种工业活动几乎都涉及到对温度的检测（如冶金过程中对金属溶液的温度测量、水房对水温的检测以及航空航天中对空间温度的实时检测等），因此它和国民的生产生活息息相关，温度检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。
本文课题就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和温度传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能温度检测系统控制系统。所谓“温度检测系统控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合温度传感器、显示器、时间处理模块、报警模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，进而保证温度检测系统系统自动控制特性的实现。
由于我的实习环境是无尘室，对实时温度的要求比较严格，只有通过温度检测电子器件才能对水温、环境温度以及其他温度进行检测和过温报警，它通常还是组成温度控制系统的一个重要部分，所以我选择了这个课题。
以下是本设计将要实现的主要内容以及功能指标：
采用AT89C51单片机做主控，实现一款能够实现远程遥控的水温控制系统，可通过手机蓝牙等设备实现对水温的控制；
蓝牙通信采用HC05模块来实现；
具备良好的液晶显示能力，能够显示对水温以及设定温度值；
系统采用5V直流电压进行供电。
二、方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用由美国MicroChip公司研制而成的PIC16F877单片机，这是一款典型的8位单片机，优点是使用时间较长；不管是在高校还是在工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。
方案二：使用ATMEL公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属AT89C51以及AT89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现在每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。
综上两个方案的分析，在对PIC16F877单片机和AT89C51单片机的性能优劣进行对比中发现，虽然在稳定度和抗电磁干扰性上PIC16F877的性能远优于AT89C51单片机，但在成本方面，考虑到当前的市场价格，所以我选择了AT89C51单片机来作为我的主控芯片。
AT89C51控制芯片简介
本文在多款单片机的对比中，考虑到了自身学习经历、对单片机的使用经验、成本以及片内资源等多个角度，最终主控微处理器决定选择使用美国ATMEL公司研制的AT89C51单片机。首先这款单片机是一款宽电压供电芯片，能够以3~6V直流电压进行供电，本文为兼容其它芯片的供电电压，采用正5V直流电压为其供电。该型号单片机内部的程序存储器FLASH大小位4K，RAM的大小位128字节，经过前期的初步计算与分析，发现本控制系统中使用的代码数量较少，4K容量大小足以满足使用要求。
图1 AT89C51单片机
HC05主从一体式蓝牙模块介绍
为了实现课题预期实现的系统无线通信功能，本课题选用了蓝牙通信协议来实现无线数据的接收与发送，蓝牙通信方式在通信频段上采用的是2.4GHz的ISM的免费频段，优点是这个频段属于开放的一个公共频段，即用户无需交付相关费用即可免费使用蓝牙在这个频段进行通信。蓝牙通信的具体协议在这里不再详细说明，本文将要使用的HC05蓝牙模块采用了3.0版本的通信协议，下图是该模块的实物图，在出厂前厂家已经将其进行了高度集成化，共引出六个直插引脚以及一个机械按键供用户进行数据读写和功能配置，该模块采用正5V直流电压进行供电，通过功能设置可以实现主机与从机两种工作模式的配置，所谓主机即是指可以主动连接任何从机，而从机只能够被动连接不能够主动去连接其他主机或者从机。HC05蓝牙模块采用串口进行驱动，即所需要发送的和接收的数据都通过串口的TXD和RXD两个总线进行收发，在本系统中共使用到HC05的四个管脚，即电源管脚Vcc、接地管脚GND、串口发送总线TXD和串口接收总线RXD。
图2 HC05蓝牙
DS18B20温度传感器介绍
DS18B20型传感器在51单片机系统中是一种使用率极高的高精度温度传感器，相对于目前市场上其他的温度检测模块来说，它具有高精度、高响应速度以及高准确度等优秀特性，虽然目前铂电阻等温敏电阻能够达到更高的检测精度，但是考虑到需要复杂的电路构建并且需要额外的模数转换电路才能够实现更高精度的温度测量，因此并不适用于本系统。DS18B20温度传感器在性能方面能够达到0.125摄氏度的测量精度，并且更加可贵的是其测量精度是可以通过软件来灵活设置的，大多数用户更习惯采用0.5摄氏度的精度来对温度进行采集，下图为DS18B20的外形图。
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