单片机水温控制系统设计【报告】.docx

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1、单片机水温控制系统设计目录1 .绪论21.1 课题研究的背景21.2 课题研究的意义21.3 研究现状21.4 温度计模型设计3141传感器的研究对比41.4.2信号处理的问题研究5.系统总体方案设计61.5 功能要求61.6 主控模块设计7STC89c52芯片的简介71.6.1 单片机最小系统简介7主控模块电路原理图71.7 温度传感器模块8DS18B20的引脚介绍81.7.1 DS 18B20的4个组成部分81.8 温度检测电路设计91.9 液晶显示模块设计101.10 降温加湿模块的设计121.11 电源部分的设计131.12 按键模块的设计13第3章软件部分143.1 主程序143.2

2、 显示子程序143.3 温度设置子程序144.结语15参考文献16DSL8B20采集了 AT89s8252的数据来计算测量的温度，即水温。它通过与 设定温度的比较来控制继电器的开关，即阀门的开关和报警系统的开关。当水温 高于设定温度时，蒸汽阀以度关闭。当水温刚好低于设定温度时，蒸汽阀组合。 它不会立即接通，只有当水温低于设定的10度时，蒸汽才会接通，阀门才会打 开，水才会被加热。如果水温继续低于设定温度20度，报警系统将发出报警。DS18B20的外部数据接口相对较为丰富,在与STC89C52系列微控制器连接 的过程中，P2端口主要用于发送和接收串行数据，但是需要注意的是，连接的 距离需要保持在

3、20米以内，超过20米后需要进行配置一定阻止的上拉电阻。DS18B20传感器的电路原理图如下2.8所示:图2.8 DS18B20电路原理图2.4 液晶显示模块设计日常生活中的LCD液晶显示屏使用场景较为丰富，从市场的角度来看，由 于其在显示上的突出特点，LCD液晶显示屏依然成为承载许多电子产品的主要 表现部件。一般来说，液晶显示模块的显示内容以数字为主，而在温度控制测量 系统里面，液晶显示模块还需要进行动态调整，其在现实上会涉及一定的符号和 图形现实，本身所选取的1602液晶显示器在特殊符号和图形的现实上具备突出 的优点，将液晶显示器作为输出设备在单芯片系统中的应用具有以下优点：10高显示质量

4、：由于LCD监视器的每个点在接收到信号后都保持颜色和亮 度，从这个角度来看，液晶显示器具有高图像质量并且不会闪烁。数字接口：数字结构的存在使1602液晶显示器具备更强、更为可靠的拓 展性。低功耗：由于1602液晶显示器在运行过程中的的功耗集中在内部电极和 驱动IC上，其在外部的显示上功耗较小，相对来说功耗较低。LCD 1602液晶显示器具体的接口电路如下图所示：LCD 1602LCD1R17r12K VOGNDGND1|二 ZO/D8 UOA/DQ一ffld 90C1 sffiCI EffiCI zad SQ oaQ aMX sx 0 nzoZIGNDVCCVCCO Is图2.9 LCD 16

5、02液晶引脚图表2.10中显示了每个引脚接口的说明：表2.10 LCD1602引脚功能编n1J匕引脚说明编n引脚说明1vss电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显ZJX偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D55R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D77DO辘15BLA背光源正极8DI916BLK背光源负极控制指令如表2.3所示:ii图2.11时序示意图图2.12内部显示地址降温加湿模块的设计此设计的制冷和加湿模块电路由NPN S8550晶体管3仅动，当单片机的P2人6 端口输出低电平时，晶体管的传输结被正偏置，集电极结处于饱和状态，继电器 线圈被电吸引以开始冷却和

6、加湿。当单片机的P2 A 6端口输出高电平时，三极管 截止，继电器线圈停电后停止降温加湿。具体电路图如图2.13所示：0012图2.13蜂鸣器工作原理图2.5 电源部分的设计温度测量和控制系统使用三个L5V干电池，以满足单片机和传感器的工作 电压需求，同时在更换电池上较为方便。电源接口电路如图2.14所示。图2.14电源接口电路按键模块的设计温度测量控制系统由4个按钮组成，通过这四个按钮，可以设置温度参数设 置。初步实现人机交互界面的实现，具体电路图如图2.15所示。：图2.15按键模块电路图13第3章软件部分3.1 主程序软件设计的主要思想是DS18B20的温度感应，恒温控制加热温度，LCD

7、温 度。主程序的流程图如下：图3.1温度检测的流程图显示子程序对于水温和键盘设置，LCD液晶显示，子程序显示是必不可少的。要显示 的温度，水的温度和水根据存储在BCD的STC 89C52单片机存储单元的温度。 它将显示在显示器上。显示数据是两行，每行以固定字母开始，每行后面的值被改变，每行具有相 应的显示位置和显示。这些参数是以编程方式编程的。程序使用查找表方法获取 段代码。3.2 温度设置子程序14首先，我们调用扫描子程序并检查关闭的键。如果没有关闭按钮，请再次扫 描这个数字。万一关闭钥匙，我们首先应该防止摇晃。然后运行扫描以找到可以 关闭密钥并检索密钥的特定位置。设计电路有两个按钮。换言之

8、，当温度和温度升高时，温度下降。例如，如 果设置温度，设置为每秒闪光一次。在这一点上，您可以设置最高温度按下加号 或潜艇。此设置存储在DS18B20中。即使电源关闭，微控制器将自动设置最后 温度时，它打开下一次。4 .结语该系统电路结构简单，使用方便，成本低，性能好，稳定的。本设计的突出 优点是采用低功耗数字温度传输，温度测控传感器可以大大简化电路设计；水位 的电气测量和控制能有效地保证水位和水位的自动控制，可实现实时监测、温度 显示和水温显示，该系统具有位置控制、水位报警、水温报警等功能，具有很强 的适用性，对实现锅炉自动控制具有重要的现实意义，适用于学校、工厂等大中 型企事业单位。此外，如

9、果改进设计，可以扩展到多点温度控制，然后利用pc 机，可实现远程水温、水位自动控制系统，总的来说，它将具有更大的市场应用 价值。15参考文献1杨世兴，监测监控系统M,中国电力出版社，2007.丁镇生，传感器及传感技术应用M,电子工业出版社,2002.陈良光，刘剑亮,DS18X20在多点测温中的编码优化技术J,电子工业出版社,20 01.4陈润泰，检测技术与智能仪表M,长沙:中南工业大学出版社,1998蔡美琴等,MCS - 51系列单片机系统及其应用J,北京:高等教育出版社,1999. 刘迎春叶湘滨，传感器原理设计与应用（第三版）D,长沙:国防科技大学出版社, 1997.戴佳,51单片机应用系统

10、开发典型实例M,北京:中国电力出版社,2005.网范风强，单片机语言C51应用实战集锦J,北京:电子工业出版社,2005.9宜仁,单片机实用技术问答K,北京:人民邮电出版社,2003.161 .绪论1.1 课题研究的背景温度与人类的生产和生活密切相关，而且在部分需要环境条件的密闭空间里 面温度较为常见的工艺参数之一，在机械、化学工业等多个领域较为常见。现如 今随着城市化进程的进一步提高以及人们对自身生活环境的追求，温度控制检测 仪的使用场景逐渐下层到家庭市场，良好的家庭居住温度可以给与居住着更为舒 适的居住环境和心情。从技术角度来看，随着技术的迅速发展和普及，高准确度 的控制检测设备无疑会越来

11、越多，家庭以及各个行业对温度检测的要求也越来越 高。传统的温度检测模式是基于人类手动的，具备一定的误差行以及不可预期的 疏忽,而基于单片机等控制芯片的温度检测控制仪仅需要进行后续完善的人工维 护管理系统加以维护，便可以实现人力资源的节约以及管理上的及时性。从这个 角度来看，对温度控制检测仪的设计具备一定的现实意义。1.2 课题研究的意义从实际运用场景来看，工农业往往存在部分场景对温度的要求较为苛刻。 STC89c52单片机作为常用的控制芯片，在智能仪表，工业检测控制等方面的应 用场景较为广阔，并且许多企业或者工厂将其用作温度检测控制系统的例子。本 又使用STC89c52单片机进行温度全过程的自

12、动检测和控制，研究，一方面由于 STC89c52单片机易于学习，另一方面，对STC89c52单片机的研究还能保证控 制的精确性以及未来的拓展性，为未来单片机的发展流出一定的研究拓展空间。 1.3研究现状1970年代，国外科技起步较早，其为了满足部分实验的需求，开始对温室 环境控制技术进行研究。早期主要采用模拟技术，其后以分布式技术为主。现如 今随着计算机的发展和普及，以计算机数据采集与控制系统的多因素集成控制技 术逐渐兴起，自此，温度控制系统的发展已然到了一个较为高度的发展阶段，并 且在工业上的成果极为突出。例如，以色列，美国，荷兰等农业发展较快的地区, 根据特定的需求对温度，湿度，光强度，气

13、体溶解度等等多种因素的研究达到了 集成度，在这些地区，无人值守的控制通过计算机控制成为较为常见的温度控制 方式，甚至在部分地区还实现了温室生产的自动化和自动化。自1980年代以来，我国逐步展开对外开放，此时农业生产的需求迫使我国 开始研究温室的自动控制。早期我国主要是根据西方的经验，在实现温室中研究 各个环境条件的自动控制，例如二氧化碳的溶解度。随着科学技术的发展以及第 三次工业革命的兴起，我国逐渐实现弯道超车，部分农业科技区域已经初步实现 了对所有环境条件的自动控制，使我们的农业发展到更高的水平。其中在湿度控 制中，我国微计算机控制技术主要基于发达国家的湿度控制技术，通过后续简单 应用阶段和

14、集成应用阶段，总体上我国在温度控制上相对来说，仍然处于过渡和 发展阶段。目前，随着产业升级的需求，不少工业化场景对温度的控制依然越发 严格，不少设备缺陷，工业化水平等等由于温度的控制不达标而无法展开，因此, 我前对温度的研究主要集中在工业的大空间领域里面实现温度的恒定，同时与模 拟器进行组合演示，然后从场景中收集信息，对特定密闭区域进行长时间、大规 模的温度恒定控制。总的来说，全球的温度控制技术发展迅速，尤其是在功能也 较为发达的地区，我国虽然处于追赶阶段，但是随着第四次工业革命的到来，我 国未来依赖于大数据和云计算的温度控制技术研究上可能在世界范围内拔得头 筹。1.4 温度计模型设计单板计算

15、机也称为单芯片计算机。其实用性已得到高度认可。重量轻，占地 面积小，易于携带，功耗低。它可以在各种领域中非常灵活地使用。它被广泛使 用，包括信息高速公路和家庭中各种电器的自动化，以及工业中各种机床的无人 操作。它在技术手段发展中的作用到处都起着重要作用。该处理器是CPU随机 处理器的RAM和只读存储器ROM的外围电路接口 I/O和总线电路A/D的数模 转换电路功能可谓非常强大。可以通过重新刻录芯片中的内置程序并对整个设计 系统进行少许更改以实现各种功能来更改出现的各种问题。它的便携性得到了所 有人的好评。处理数据分析数据的领域或通信领域也非常完善。51台单片机是 经典机型，在微型计算方面他们的

16、表现非常好，损失比较。低使用率处理器是8 位AT89c2051和MC-51系列单板计算机，它们在许多方面都相互兼容，包括其 引脚和指令集系统。它们的功能非常强大且使用便宜。更为灵活的是，AT89S52 系列是最小的应用系统，可以直接完成单片机。这将使占地面积更小，并且使系 统在地理上的制造成本降低。系统的可靠性不会降低一般情况。该程序的大小也 保持在34K。这样，就可以充分利用4个I/O端口，而无需额外的外部RAM及 其内部8K存储器，并且多个定时器完全符合本文的设计。结合现代社会人们对健康状况实时控制的期望，本文设计了一种便携式温度 监测器，以便于实时查看和测量部分地区的温度，同时使用红外传

17、感器和测得的 温度信号。执行放大和滤镜处理，这是温度仪器的核心。在控制单元方面，本文 使用了普通的单片机，并在其外围控制端口上安装了 LCD显示器以提供实时的 温度查看。1.4.1 传感器的研究对比(1)压电模式方案压电模式方案主要通过压力或者振动传导的形式,将振动或者压力信号转换 为电信号，从而通过点位的变化实现对外接端的功能控制。相对来说，压电模式 方案由于传感器类型较多，目成本较低，放大的信号较为清晰，但是在具体实验 过程中该方案受到的外部因素影响相对较为敏感，很容易产生较大的实验误差。(2)声电模式方案声电模式方案主要通过介质内部的简单谐波运动信号变换转换为电信号，该 方案的特点在于较

18、低的制造成本。但是由于机械运动很容易出现老化的情形，对 实验的结果同样会产生不可逆的负面影响。而且机械产生的脉冲信号很难通过后 续的滤波器电路进行滤除。(3)光电模式方案光电模式主要将红外光的光能转换为电信号的组件，相对于以上两种方式， 这种类型的解决方案在计算较小的位置变化时具有更显着的效果。但是，该传感 器对控制电路和制造材料有很高的要求，且造假昂贵，只能在部分环境要求极为 苛刻的环境进行大规模展开。最终结果将转换为电信号，在这种模式下，通常有 两种方案：一种是无线电类型的方案，另一种是反射方案。基于此原理也可以测 量人的脉搏，同时这种模式方案的优点很多，包括受外部干扰信号的影响较小, 但

19、也存在一定的困难，即传输信号非常小，将对后续的放大器电路等产生更大的 需求。最后该方案不能单方面选择，因为它有很多优点，因为根据短板定理，一 些看似很小的缺陷可能会对设计产生重大影响。当然，由于小缺陷或小缺陷，不 可能完全放弃程序。图1.1信号检测处理工作流程图目前来看，我国红外传感器的技术发展突飞猛进，在安全预防措施以及农业 生产商的发展速度极快，此外在科学研究和军事工业中，仍有很大的潜九 同样, 红外传感器也可以用于远距离温度检测。它的作用也非常广泛，并且前景光明。 1.4.2信号处理的问题研究使用数字电路模式用这种模式也可以实现此方案的大多数功能其电路逻辑 图如图1.2所示图L2小规模数

20、字电路温度计这种类型的方法使用几个二进制计数器来计数脉冲信号并在一分钟内显示 计算结果。但是，如果使用这种方案，即使要实现一些简单和单一的功能，也会 发现电路结构非常复杂。它可能涉及很多电路，电路设备也非常单一。如果确认 已完成硬件电路，则不容易更改。它使用起来不够灵活。根据本文的概念所需的 电路有很多电路，包括计数电路，传感器和数字锁存器，电路显示功能，电路数 据储存等。其共同特点是再实现过程是先给门控信获取信号，然后让脉冲信号电 路设计这些统计信息非常复杂，还包含记录后处理数字数据通信的分析甚至使 用。2 .系统总体方案设计功能要求在本文的设计中，硬件系统主要由6个大模块组成，通过单片机的

21、信号处理 之后在LCD1602温度传感器上进行温度的实时显示。当实时温度超过设定温度 时，则反馈的单片机之后，3区动电信号驱动继电器对整个环境加以控制冷却，直 到整个密闭环境的温度接近设定阈值，同理当实时温度地域设定温度时，则自动 打开加湿继电器进行对应的处理。保证整个密闭空间处于恒定温度情况中。(1)通过数字温度传感器DS18B20采集温度数据，并将其实时传输到单片 机；(2)单片机对接收到的信号进行分析处理,并在1602液晶屏进行实时现实。(3)设置温度的上限值和下限值。当实时温度超过设定温度时，则激活冷 却继电器对整个环境加以控制冷却，直到整个密闭环境的温度接近设定阈值，同 理当实时温度

22、地域设定温度时，则自动打开加湿继电器进行对应的处理。保证整 个密闭空间处于恒定温度情况中。(4)数据的预警系统，根基检测器检测的实时参数进行动态的警报和反馈(5)历史记录的查询。为了方便直观地查询空间内温度的变化，整个系统 还需要进行一定的数据存储功能建设，保证再数据需要时，为功能业的研究提供 原始数据支持。除了上述关于温度的基本功能实现之外，从非功能性需求的角度来看还需要 再以下几个方面进行实时的控制和建设：(1)温度的实际使用场景以一线工人和农民为主，因此整个操作系统应当 具备一定的易用性和操作性。(2)异常反馈和手机功能。对于随时可能发生的异常情况，系统需要进行 自我整理和记录，同时通过

23、后期的建设实现一定的自我修复能力和页面提示。(3)拓展性。在整个温度控制和监控系统里面，可扩展性对于主要的功能 也使用场景来说极为重要，一方面源于成本的考量，另一方面便于后续的更新和 位数，进一步提高温度自动化检测和控制水平。2.1 主控模块设计STC89C52芯片的简介STC89c52虽然提及笑，但是其在编程上具备较为突出的功耗优势，此外在 控制指令的运行和计算上，STC89c52芯片的技术较为成熟，其兼容性和运算速 度都较为突出。2.1.1 单片机最小系统简介单片机的最小系统包括单片机，复位电路、时钟电路，电路图如下所示:图2.1单片机最小电路图STC89c52的工作电压范围为4V-5.5

24、V,其中当系统启动时，复位电路处于 工作状态，此时单片机会初步产生复位电信阿红，此时标志着单片机进行初始工 作状态。在这一过程中，当MCU系统由于部分因素无法正常运行时，还需要进 行手动的复位。在整个过沉重，时钟电路的反馈类似于整个单片机的控制核心， 其电位的变化直接影响着单片机的工作节奏和状态，一般来说，为了保证电路运 行的平稳性，往往在时钟电路的设计形式上以振荡电路为主，通过正弦波信号的 不间断提供，以为整个单片机提供实时的监控和控制功能。2.1.2 主控模块电路原理图单片机的主程序模块通过收集DS18B20传感器的温度数据读取信号，分析 并处理获得的数据信号，然后将处理后的信号发送到LC

25、D1602液晶显示模块， 具体电路如图2.2所示。图2.2 STC89C52模块电路原理图2.2 温度传感器模块温度传感器的设计原理是利用传感器由于胀片，当温度变化时，变化的应变 片传感器的设计，利用双金属片来达到这一效果，一旦金属变形时产生的电流信 号。2.2.1 DS18B20的引脚介绍下图是单片机DS18B20的底视图。图2.3底视图表2.4描述了 T0-92的引脚部分。表2.4 DS18B20功能描述序号.品种功能介绍1.GND.地信号。2.DQ.数据输入/输出引脚。2.VDD.可选择的VDD引脚。2.2.2 DS18B20的4个组成部分该单片机的四个部件的温度格式如表2.5 :TEM

26、PERATUREDIGITAL OUTPUT (Binary)DIGITAL OUTPUT (Hex)+ 125C.0000 0111 1101 0000.07D0h.+85C.0000 0101 0101 0000.0550h.8+25.0625 C.0000 0001 1001 0001.0191h.+ 10.125C.0000 0000 1010 0010.00A2h.+0.51：.0000 0000 0000 1000.00008h.or.0000 0000 0000 0000.OOOOOh.-o.5 r.mi mi mi iooo.FFF8h.-10125Cmi mi oioi mo

27、.FF5Eh.-25.0625 C.mi iiiooiio mi.FE6Eh.-55 C.mi iioo looi oooo.FC90h.表2.5 DS18B20温度数据表DS18B20存储器.温度传感器DS18B20的内部存储器RAM存储包含1台，高、低温激活和注 册的TL,可擦除非易失寄存器配置的结构。在每一部分的性能如表2.4:表2.6配置寄存器结构TMRIR011111从表2.6中，我们可以看到分辨率与温度转换时间成正比。2.3 温度检测电路设计温度控制电路原理：电压跟随器同相输入输出信号输入放大器同相输入。分 压器节点的电位约等于接收到的反向传感器的电位。电位差通过，输出信号与来 自比较器反向输入的相同输入端的输入电压进行比较。温度越低，电压越小，电 位差越小，输出电压和电导越高。此时，电加热器有电流。随着温度的升高，温 度逐渐升高。随着电压的升高，输出电压升高。当倒车传感器的端电位高于同一 输入端时，倒车传感器的输出电压较低,不能相互连接。没有电流流过电加热器， 水温下降，循环往复，达到保温效果。调整到目前为止刚好接近5。除非你的 温度设置不同，否则以后不要调整。数字温度传感器DSL8B20用于采集温度。 DSL8B20提供9位（二进制）温度读数,指示设备温度。数字温度传感器DSL8B20 采集温度数据，通过单片机的PL7接口输入。如图2.7所示。