基于单片机的水温控制系统的设计
基于单片机的水温控制系统的设计[20200131190302]
日 期： 摘 要
本课题以单片机AT89S52为核心，通过3个数码管、指示灯和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，同时提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置系统加热温度和运行模式。本设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。使用方便，功能丰富，具有一定的市场前景。
摘 要 - 3 -
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机；水温控制；DS18B20
一、引言 - 5 -
二、硬件的介绍 - 5 -
（一）单片机AT89S52 - 5 -
（二）温度传感器DS18B20 - 6 -
（三）继电器 - 10 -
（四）数码管 - 10 -
三、系统硬件设计 - 11 -
（一）硬件总体设计 - 11 -
（二）各功能模块的分析与设计 - 12 -
四、系统软件设计 - 16 -
（一）主程序的设计 - 16 -
（二）各模块的设计 - 17 -
五、系统调试 - 21 -
（一）硬件电路调试 - 21 -
（二）软件调试 - 21 -
（三）系统测试 - 22 -
六、总 结 - 22 -
致 谢 - 24 -
参考文献 - 24 -
附录1：系统源程序 - 26 -
附录2：系统硬件总图 - 36 -
一、引言
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作，例冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围之内。当超过这个范围，系统或许会停止运行或遭到破坏，所以我们必须能实时获得水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以更改。
单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。
传统的温度采集电路相当复杂，需要温度采集，信号放大，滤波，AD转换和一系列的工作，得到的温度数字，并以这种方式，不仅电路的复杂性，多组件的数量，和线性和准确度都不太理想，抗干扰能力弱。不仅具有低功耗，高精确度，比传统的温度传感器的温度传感器芯片用于有更好的线性度性能，最重要的一点是易于使用。
二、硬件的介绍
（一）单片机AT89S52
单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业89S52 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
使用ATMEL 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业89S52 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如下图所示：
图1 单片机引脚图
（二）温度传感器DS18B20
DS18B20数字温度传感器接线方便，可用于很多场合，如管道，螺纹磁铁吸附不锈钢封装类型，型号种类繁多，有LTM8877，LTM8874等封装成后。主要是基于不同的应用程序，以改变其外观。包装DS18B20温度测量，可用于电缆沟，高炉循环水温度，锅炉温度，室温，农业大棚的温度，洁净室温度，弹药库的温度和其他各种非极端温度应用。耐磨触摸，体积小，使用方便，封装形式多样，各种小空间的数字温度测量和控制设备。
1．技术性能描述 ① 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。如图2所示.② 测温范围 －55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。③支持多点 组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。④工作电源: 3~5V/DC ⑤ 在使用中不需要任何外围元件 ⑥ 测量结果以9~12位数字量 方式串行传送 ⑦ 不锈钢保护管直径 Φ6 ⑧ 适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 ⑨标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2任选 ⑩PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
2.应用场合①本产品适合冷冻室，粮仓，储罐，电信机房，电力机房，电缆线槽和其它温度测量和控制②轴承，气缸，纺织机械，空调，工业设备等狭小空间的温度测量和控制。 ③汽车空调，冰箱，冰柜，和其他低温烘箱。 ④加热/冷却管道热计量，中央空调分户热计量和工业温度测量和控制。
图2 传感器引脚图
3．引脚定义
① DQ为数字信号输入/输出端；
② GND为电源地；
③ VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20引脚图如下图所示：
图3 DS18B20引脚图
4. DS18B20的单线（1－wire bus）系统
单线总线结构是DS18B20的突出特点，也是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线：第一，单线总线只定义了一个信号线，而且DS18B20智能程度较低（这点可以与微控制器和SPI通信设备之间做一个比较），所以DS18B20和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。二，DS18B20输出端口是开漏输出，这里是一个微控制器和DS18B20连接示意图。这种设计使总线上的设备在正确的时间来驱动它。显然，在总线上的设备（有线）的关系。这将确定：（一）微控制器不能单方面控制总线状态。这点，因为，微控制器设定操作之前读取的数据总线的I / O端口是给DS18B20发送数据信号的数量可观的文献做的原因。这是一个错误的观点。如果当前DS18B20发送0，即使单片机的I / O端口设置为1，总线状态或0;设置操作是I / O端口切断（切断），以确保微控制器读取数据正确。 （2）0 DS18B20发送另外的时间段，其他时间自动关闭输出。自动切断，以确保：1，差距在总线操作总线处于空闲状态，即高的状态。 2:00，以确保正确读出写DS18B20。
日 期： 摘 要
本课题以单片机AT89S52为核心，通过3个数码管、指示灯和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，同时提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置系统加热温度和运行模式。本设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。使用方便，功能丰富，具有一定的市场前景。
摘 要 - 3 -
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机；水温控制；DS18B20
一、引言 - 5 -
二、硬件的介绍 - 5 -
（一）单片机AT89S52 - 5 -
（二）温度传感器DS18B20 - 6 -
（三）继电器 - 10 -
（四）数码管 - 10 -
三、系统硬件设计 - 11 -
（一）硬件总体设计 - 11 -
（二）各功能模块的分析与设计 - 12 -
四、系统软件设计 - 16 -
（一）主程序的设计 - 16 -
（二）各模块的设计 - 17 -
五、系统调试 - 21 -
（一）硬件电路调试 - 21 -
（二）软件调试 - 21 -
（三）系统测试 - 22 -
六、总 结 - 22 -
致 谢 - 24 -
参考文献 - 24 -
附录1：系统源程序 - 26 -
附录2：系统硬件总图 - 36 -
一、引言
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作，例冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围之内。当超过这个范围，系统或许会停止运行或遭到破坏，所以我们必须能实时获得水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以更改。
单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。
传统的温度采集电路相当复杂，需要温度采集，信号放大，滤波，AD转换和一系列的工作，得到的温度数字，并以这种方式，不仅电路的复杂性，多组件的数量，和线性和准确度都不太理想，抗干扰能力弱。不仅具有低功耗，高精确度，比传统的温度传感器的温度传感器芯片用于有更好的线性度性能，最重要的一点是易于使用。
二、硬件的介绍
（一）单片机AT89S52
单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业89S52 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
使用ATMEL 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业89S52 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如下图所示：
图1 单片机引脚图
（二）温度传感器DS18B20
DS18B20数字温度传感器接线方便，可用于很多场合，如管道，螺纹磁铁吸附不锈钢封装类型，型号种类繁多，有LTM8877，LTM8874等封装成后。主要是基于不同的应用程序，以改变其外观。包装DS18B20温度测量，可用于电缆沟，高炉循环水温度，锅炉温度，室温，农业大棚的温度，洁净室温度，弹药库的温度和其他各种非极端温度应用。耐磨触摸，体积小，使用方便，封装形式多样，各种小空间的数字温度测量和控制设备。
1．技术性能描述 ① 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。如图2所示.② 测温范围 －55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。③支持多点 组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。④工作电源: 3~5V/DC ⑤ 在使用中不需要任何外围元件 ⑥ 测量结果以9~12位数字量 方式串行传送 ⑦ 不锈钢保护管直径 Φ6 ⑧ 适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 ⑨标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2任选 ⑩PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
2.应用场合①本产品适合冷冻室，粮仓，储罐，电信机房，电力机房，电缆线槽和其它温度测量和控制②轴承，气缸，纺织机械，空调，工业设备等狭小空间的温度测量和控制。 ③汽车空调，冰箱，冰柜，和其他低温烘箱。 ④加热/冷却管道热计量，中央空调分户热计量和工业温度测量和控制。
图2 传感器引脚图
3．引脚定义
① DQ为数字信号输入/输出端；
② GND为电源地；
③ VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20引脚图如下图所示：
图3 DS18B20引脚图
4. DS18B20的单线（1－wire bus）系统
单线总线结构是DS18B20的突出特点，也是理解和编程的难点。从两个角度来理解单线总线：第一，单线总线只定义了一个信号线，而且DS18B20智能程度较低（这点可以与微控制器和SPI通信设备之间做一个比较），所以DS18B20和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。二，DS18B20输出端口是开漏输出，这里是一个微控制器和DS18B20连接示意图。这种设计使总线上的设备在正确的时间来驱动它。显然，在总线上的设备（有线）的关系。这将确定：（一）微控制器不能单方面控制总线状态。这点，因为，微控制器设定操作之前读取的数据总线的I / O端口是给DS18B20发送数据信号的数量可观的文献做的原因。这是一个错误的观点。如果当前DS18B20发送0，即使单片机的I / O端口设置为1，总线状态或0;设置操作是I / O端口切断（切断），以确保微控制器读取数据正确。 （2）0 DS18B20发送另外的时间段，其他时间自动关闭输出。自动切断，以确保：1，差距在总线操作总线处于空闲状态，即高的状态。 2:00，以确保正确读出写DS18B20。
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