基于单片机水温控制系统的设计课程设计

基于单片机水温控制系统的设计

摘要

本文介绍了基于AT89S52单片机水温测量及控制系统的设计。系统硬件部分由单片机电路、温度采集电路、键盘电路、LED显示电路、继电器控制电路等组成。软件从设计思路、软件系统框图出发，逐一分析各模块程序算法的实现，通过C语言编写出满足任务需求的程序。本系统采用数字式温度传感器DS18B20作为温度传感器，简易实用，方便拓展。单片机以此对水的温度进行有效检测与报警，并以此进行水温的控制。基于单片机水温控制系统采用多电源供电，降低了系统各个模块间的干扰，还保证了电源能为各部分提供足够的工作电流，提高系统的可靠性。

关键词：水温控制 AT89S52 DS18B20

湖南科技大学课程设计

目录

摘要 (i)

第一章绪论 (1)

1.1水温控制系统设计的背景 (1)

1.2水温控制系统设计的意义 (1)

1.3水温控制系统完成的功能 (2)

第二章系统设计方案选择 (3)

2.1单片机及水温控制方案 (3)

2.2水温传感器方案 (3)

2.3电源设计方案 (4)

2.4控制系统总体设计 (4)

第三章硬件设计部分 (5)

3.1单片机电路 (5)

3.2温度检测电路 (9)

3.3其它部分硬件电路 (13)

第四章软件设计部分 (16)

4.1程序设计方案 (16)

4.2各模块子程序设计 (17)

第五章系统调试部分 (21)

参考文献 (23)

附录 (24)

第一章绪论

1.1水温控制系统设计的背景

测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数，运用科学计算的方法，综合各种先进技术，使每个生产环节都能够得到有效的控制，不但保证了生产的规范化、提高产品质量、降低成本，还确保了生产安全。所以，测量控制技术已经被广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和纺织等行业。

单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中，使其智能化。

水温检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对水温进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用水温控制系统可以对生产环境的温度进行有效控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。水温控制系统应用十分广阔。

1.2水温控制系统设计的意义

随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，温度

控制的开发与人们工作生活息息相关。水是一种我们赖以生存的重要资源，无论是在工农业生产还是我们的日常生活处处离不开水。控制水的温度可以极大提高生产效率，节约资源，提升我们的生活质量。在水资源日益匮乏的今天，拥有并推广简易完善的水温控制系统对于我们社会的可持续发展，有着极大的实际意义。

1.3水温控制系统完成的功能

本器件以AT89S52单片机系统进行温度采集与控制温度信号由模拟温度传感器DS18B20采集输入AT89S52，主控器能对各温度检测器通过LED进行显示。

1.3.1本机实现的功能：

（1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。

（2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。

（3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。

（4）当系统出现故障，超出控制温度范围时，自动蜂鸣报警。

1.3.2基本设计参数要求有：

一升水由800W的电热设备加热，要求水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。

（1）温度测量范围：30~90℃，最小区分度不大于0.1℃。

（2）控制精度在0.5℃以内，温度控制的静态误差小于1℃。

（3）用十进制数码管显示实际水温。

1.3.3扩展功能：

（1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。

（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。

（3）温度控制的静态误差。

第二章系统设计方案选择

2.1单片机及水温控制方案

建立单片机水温控制系统可以采用8031作为控制核心，以使用最为普遍的器件ADC0804作模数转换，控制上使用对电阻丝加电使其升温。此方案简易可行，器件的价格便宜。但8031内部没有程序存储器，需要扩展，增加了电路的复杂性。但此方案在硬件、软件上的成本都比较高，而且易受外部环境的影响和限制，系统工作相对不稳定。

单片机种类繁多，经过比较。此次设计方案采用AT89S52单片机实现，该单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。进行数据转换，控制电路部分采用继电器控制，此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的数据。

2.2水温传感器方案

水温传感器可以采用极为普遍的晶体管3DG6作为温度传感器，廉价的电压/频率转换器（V/F）LM331与AT89S52单片机组成的温度测量仪。但抗干扰性差，数据处理复杂，数据存放空间大，受市场限制。

设计中广泛采用热电阻传感器，铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、稳定性好等特点，被广泛用于中温（-200℃～+650℃）范围的温度测量中。但铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性较正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。

采用数字可编程温度传感器DS18B20作为温度检测元件。数字可编