基于单片机的饮水机温度控制系统的设计说明

1、科技师学院本科毕业设计基于单片机的饮水机温度控制系统的设计word格式.院（系、部）名称 专业名称 学生姓名 学生学号 指导教师2012 年机电科学与工程系电气工程及其自动化木八、9310080208郭秀梅5月27日科技师学院教务处制摘要随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越普遍，也越来越重要o温度是生活 与生产过程以及科学实验中常见的物理参数。本文利用单片机并结合传感器技术开发设 计了一个温度监控系统。详细地讲述了基于单片机AT89C51和温度传感器DS18B20的温 度控制系统的设计方案与软硬件实现方案。该饮水机设有加热与制冷两种模式，然后根 据用户对温度的需求，经温度传感器检测，由单

2、片机发出指令使饮水机进入加热或者制 冷状态。该饮水机温度控制系统不仅包括温度显示，状态提示，而且当热水槽水量不足 时还能发出报警，以免发生干烧现象。本系统具有控制方便、组态简单和灵活性大等优 点，本文着重介绍了该系统的方案选择和硬件设计方法。关键字：单片机，温度控制 温度传感器饮水机AbstractWith the development of the society, the measurement and control of the temperat ure has become more and more popular and importantThe temperature is

3、the basic and common parameter in the manufacture and life,experiments .This paper designs a temperature control system with the SCM and temperature sensor 11 describes the temperature control system based on SCM AT89C51 and temperature sensor DS18B20 in details, including software and hardware syst

4、em design program .The water dispenser has two working models heating and refrigerating. Then according to the needs of the user to the temperature and after the temperature sensor detection, the SCM instruct the water dispense into the heating or refrigerating modeL The temperature control system n

5、ot only consists of temperature display, state prompting, but if there is no enough water in the hot water tank , it will give an alarm in order to aviod the danger .The temperature control system is very convenient and simple and the paper mainly describes the methods of system seletion and the har

6、dware design.Keywords: SCM, temperature control, temperature sensor, water dispense1绪论31.1课题研究的目的及意义31.2课题研究现状分析31.3技术指标32总体设计42.1系统设计方案42.2系统结构框图43硬件设计53.1单片机选择53.1.1 AT89C51单片机的主要性能63.1.2 AT89C51引脚功能说明63.1.3 AT89C51最小应用系统的设计83.2温度传感器的选择93.2.1方案一应用DS18B20传感器93.2.2方案二应用AD590温度传感器143.3电源电路的选择153.3.1方

7、案一采用串联式直流稳压电路153.3.2方案二 采用三端集成稳压器163.4加热器电路的选择173. 5制冷器电路的选择173.6水位探测器的选择183.7显示电路的选择183. 8报警电路的选择194软件设计204.1系统主程序204. 2按键处理子程序224.3温度监测子程序25结论26参考文献26致271绪论11课题研究的目的及意义随着社会的发展以及节能的需求，温度的测量及控制变得越来越重要。温度是生产 生活过程以及科学实验中普遍而且重要的物理参数。在工业生产过程中对温度、压力、 流量、速度等进行有效的检测与控制是实现优质，高产，低耗和安全生产的重要条件， 其中对温度的控制需求占有相当大

8、的比例。在工业研发和生产中，为了保证生产过程的 稳定运行以及提高控制精度，通常采用微电子技术。它的作用主要是改善劳动条件，节 约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。本课题采用51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性 大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、 自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面 的知识，是对所学知识的一次综合测试。1. 2课题研究现状分析由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越 高。所以

9、温度控制系统得到国外许多有关人员的重视，同时取得了十分广泛的应用，成 果显著。由于单片机微处理器的性能日益提高、价格又不斷降低，使其性能价格比的优 势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到生产生活温度自动控制领域，为越来越 多的人所重视。目前先进国家各种生产生活自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制 系统。其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制 算法，能够获得较好的工艺性能指标。单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技术 的发展而诞生的。由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，所以广泛应用于电子 仪表，家用电器，节能装置，军事装置，机器人，工业控制

10、等诸多领域，使产品小型化， 智能化，既提高了产品的功能和质量又降低了成本，简化了设计。13技术指标设计并制作一个基于单片机的温度控制系统，能够根据用户需要对水温进行控制并 能在水温变化时实现自动控制。(1) 温度设定围为099C，最小区分度为1C，温度控制的误差W1C(2) 能够用数码管精确显示当前实际温度值(3) 按键控制：设置复位键、加热键、冷却键、温度显示键(4) 水量不足时能够发出报警2总体设计2.1系统设计方案本设计以AT89C51单片机为控制芯片，采用典型的数字输出型集成温度传感器 DS18B20进行温度采集，然后直接将DS18B20产生的数字信号传给单片机。该饮水机设 有加热与制

11、冷两种模式。根据用户对水温的需求，按下控制键，然后由单片机发出命令 使饮水机进入加热或者制冷状态。当需要温度显示时，按下温度显示键，数码管便显示 热水槽水的温度。当水温达到设定值时，有指示灯以及声音提示。当热水槽水量不足时， 饮水机发出报警，以免发生干烧。2.2系统结构框图系统主要包括电源电路模块、数据采集模块、单片机控制模块、驱动电路、显示以 及报警模块五个部分。系统框图如图1所示。3硬件设计3.1单片机选择单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大存、高速率、通用性、价格便 宜等要求，一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分容：一是系统扩展，即单 片机部的功能单元，如ROM、RAM

12、. I/O 口、定时/记数器、中斷系统等能量不能满足应 用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统 配置，既按照系统功能要求配置外围设备妆口键盘显示器、打印机、A/D、D/A转换器等， 要设计合适的接口电路。单片机是把那些作为控制应用所必需的基本容都集成在一个尺寸有限的集成电路 芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存 储器、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中斷系统及特殊功能寄存器。它们都是 通过片单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对 各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控

13、制方式。AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机。片带有一个4 KB的Flash可编程、 可擦除只读存储器(EPROM) o它采用了 CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储 器(NURAM)技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC - 51兼容，其引脚如图2所示。 片的Flash存储器允许在系统改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此 AT89C51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领 域。P1.O 匸ZJ VCC140R1.1 匚2GO二)PO.O (人DO)P1.2 匸338Zl PO.1 (AD1)P1.3 匚437 PO.2 (

14、AD2)P1.4 匚536Zl PO.3 (AD3)P1.5 匚635ZJ PO.4 (AD4)P1.6 匚734U PO.5 (AD5)P1.7 匚833ZJ PO.6 (AD6)RST匚932Z PO.7 (AD7)(RXD) P3.0 匚1031Z EA/PP(TXD) P3.1 匚1 130 AL 曰 A ROG(INTO) P3.2 匚1229Zl PSGN(RD) P3.7 匚1724 P2.3 (A11)XTAL2 匚1823ZJ P2.2 (A1O)XTAL1 C22ZJ P2.1 (A9GND匚2021二P2.O (A8)图2 AT89C51引脚图3.1.1 AT89C51单

15、片机的主要性能AT89C51单片机的主要性能有：(1) 4 KB可改编程序Flash存储器(可经受1000次的写入/擦除)；(2) 全静态工作：0 Hz24 MHz ；(3) 3级程序存储器；(4) 128* 8 字节部 RAM ；(5) 32条可编程I/O线；(6) 2个16位定时器/计数器；(7) 6个中斷源；(8) 可编程串行通道；(9) 片时钟振荡器。另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0HZ，并提供两种可 用软件来选择的省电方式一空闲方式和掉电方式。在空闲方式中CPU停止工作，而RAM 定时器/计数器、串行口和中斷系统都继续工作。在掉电方式中，片振荡器停止工作

16、， 由于时钟被“冻结” 使一切功能都暂停，故只保存片RAM中的容，直到下一次硬件复 位为止。3.1.2 AT89C51引脚功能说明(1) 主电源引脚VCC :电源端。GND :接地端。(2) 外接晶体引脚XTAL1 :接外部晶体的一个引脚。在单片机部，它是构成月振荡器的反相放大器 的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到部时 钟发生器的输入端。XTAL2 :接外部晶体的另一个引脚。在单片机部，它是上述振荡器的反相放大器 的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3)控制或与其他电源复用引脚RST :复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的

17、高电平将 使单片机复彳_ALE/PROG :当访问外部存储器时 ALE (地址锁存允许)的输出用于锁存地址 的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的 1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。word格式.在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中SEH单元的DO位置数，可禁止ALE 操作。该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。另夕卜， 该引脚会被微弱拉

18、高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。 PSEN :程序存储允许（所丽）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次再完完有效（即输出2个脉 冲）。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的还完完信号将不出现。 EA/VPP :外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H FFFFH ），则西端必须保持低电平（接到GND端）。然而要注意的是，如果位LB1被编程， 复位时在部会锁存EA端的状态当西端保持高电平（接VCC端）时，CPU则执行部程序存储器中的程序。在Flash 存储器编程期间，该引脚也

19、用于施加12 V的编程允许电源Vpp（如果选用12 V编程）。（4）输入/输出引脚 P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2. 0P2. 7和 P3. 0P3. 7P0端口（P0. 0P0. 7） ： P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出 口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入。对端口写1时，又可作高阻抗输 入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据 总线，在访问期间激活了部的上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在 校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P10. P1.7） ： P1是一个带有部

20、上拉电阻的8位双向I/O端口 - Pl的 输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过部的上 拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。卩1作输入口使用时，因为有部的上拉电 阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在对Flash编程和程序校验时， P1接收低8位地址。 P2端口（P2. 0P2. 7） ： P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的 输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过部的上 拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。只作输入口使用时，因为有部的上拉电 阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个

21、电流（IIL）。在访问外部程序存储器和16 位地址的外部数据存储器（如执行M0VXDPTR指令）时，P2送出高8位地址。在访问 8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2 口引脚上的容（就是专用 寄存器（SFR）区中P2寄存器的容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。 P3端口（P3.0P3. 7）： P3是一个带部上拉电阻的8位双向I/O端口。 P3 的输个缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过部 的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口P3作输入口使用时，因为有部的上 拉电阻，那些被

22、外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在AT89C51中，P3端口还用于一些复用功能，见表1。在对Flash编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。表1 P3各端口引脚与复用功能表引脚第2功能P3.0RXD （串行口输入端）P3.1TXD （串行口输出端）P3.2INTO（中斷0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1 （中段1请求输入端，低电平有效）P3.4TO （定时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1 （定时器/计数器1计数脉冲端）P3.6 WR （数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RI）（数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）3.1.3 AT89C51最小应用系

23、统的设计80C51是片有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。 用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可， 80C51单片机的最小系统如图3所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些 小型的控制单元。其应用特点：（1）有可供用户使用的大量I/O 口线。（2）部存储器容量有限。（3）应用系统开发具有特殊性。时钟电路：89C51虽然有部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路o80C51单片机的时 钟产生方法有两种。部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用部时钟方式，利用芯片部的振荡电路，在XTAL1 XTAL2引脚上外接定 时元

24、件，部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的部时钟方式，即用外接晶 体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1. 2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严 格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响， CXI CX2可在20pF到40pF之间取值。本设计中，振荡晶体选择12MHz,电容选择30pF。复位电路：89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实 现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用12MHZ 时

25、C取22uF, R取1KQ。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的 按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端 经电阻与电源Vcc接通而实现的。时钟频率选用12MHZ时，C取22uF,R2取4.7KQ * R. 取 1KQ oU2-IxTAL!18293112 3 4 5 6 7 8XTAL2RSTPSEN ALEP1.0 P1.1 P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7PO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9 P2

26、.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP32HTTOP3.3/1FJTTP3.4/T0 P3.5/T1P3.&WRP3.7/RD3921107T127314151617AT89C51图3最小工作系统3. 2温度传感器的选择3.2.1方案一应用DS18B20传感器本系统采用DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集温度数 据，I)S18B20属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事 等领域的温度测量及控制仪器 测控系统和大型设备中o它具有体积小，接口方

27、便，传输距离远等特点。DS18B20的管脚排列和封装如图4所示。图4 DS18B20的管脚排列和封装3.2.1.1 DS18B20的性能特点(1) 用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O 口线与微机接口， 无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值(9位二进制数，含符号位)，(2) 测温围为-55C-+125C，测量分辨率为0. 0625C(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) 在使用中不需要任何外围元件(5) 工作电源：3-5V/DC3. 2.1.

28、2 DS18B20 部结构DS18B20主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器，非挥发的温度报警触发器 TH和TL,高速暂存器，如图5所示。存储器和控制器ROM温度灵敏元件单线接口高速缓存存储器低温触发器TL高温触发器TH配置寄存器CRC生成器图5 DS18B20的部结构图3.2.1.3 DS18B20 的存储器DS18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：(1 )ROM只读存储器，用于存放DS18B20H)编码，其前8位是单线系列编码(DS18B20 的编码是19H)，后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码(冗 余校验)。数据在出厂时设置不由用户更改oI)

29、S18B20共64位ROM。(2) RAM数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共 9个字节RAM，每个字节为8位。如图6所示。第1、2个字节是温度转换后的数据值 信息，第3和第4字节是高温触发器7H和低温触发器7L的易失性拷贝，第5个字 节为配置寄存器，它的容用于确定温度值的数字转换分辨率DS18B20工作时寄存器中 的分辨率转换为相应精度的温度数值。以上字节容每次上电复位时被刷新。低5位一 直为1，7V是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，I)S18B20出 厂时该位被设置为0，用户不要去改动；用 和刊 用来设置分辨率，决定温度转换的精

30、度位数。如表2所示。图6 DS18B20字节定义表2 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ins00993. 750110187.5101137511127503.2.1.4 DS18B20的温度转换 以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存 储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的 温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0. 0625即可得到实际温度；如果温度 小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0. 0625才能得到实际温度。表3 为温度高低字节的存放形式。表3温

31、度高低字节存放形式高8位SSSSS26252*低8位2:,2222(,222324本设计用到的温度有8C, 16C,80C，96C。用二进制码分别表示为0000 0000 10000000,0000 0001 0000 0000,0000 0101 0000 0000,0000 0110 0000 0000 O3. 2.1.5 DS18B20的控制指令DS18B20有六条控制命令，如表4所示。表4 DS18B20控制命令指令约定代码操作说明温度转换44H启动I)S18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、

32、TL字节写到E2RAM中重新调EZRAMB8H把E?RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后 才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协 议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个 步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后 发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。(1) DS18B20的

33、读时序DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序。DS18B20读时序是从主机把单总线拉低之 后，在15秒之释放总线后让DS18B20把数据传输到总线上d)S18B20完成一个读时序过程， 至少需要60us。(2) DS18B20的写时序DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序。DS18B20写0时序和写1时序的 要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us至 U45us之间能够正确地采样总线上的低电平，当要写1时序时，总线被拉低之后，在 15us之就需释放总线。在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND

34、接 地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O 接单片机I/O。无论是部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接5KQ左右的上拉电阻。 DS18B20与单片机相连接的电路图见图7。AT89C51211i105VAU1U2I螂FC2rC1R64.去293F3TXTAL1PO.GACOXTAL2PO.tADlPO2AD2POAD3RSTPO4-AD4 P05AC6 P0BAC6 P0.7(AD7PSH3P20A8P2.tA9 P22A1O P23A11ALEP2AA12EXP25*A13P1.0Pi.1P12P2.6A14P2.ZA15P3GRXD PH

35、TXD P3.2OPl 3P3.31R17P1.4P3AT0P15P3.5/T1Pl .6P1.7P3.7W3S18820word格式.R4U3l.7kvcc俯皿DQGND 3S18B20图7 DS18B20与单片机连接电路图3.2.2方案二应用AD590温度传感器AD590传感器是美国AI）公司研制的一种电流式集成温度传感器。其直流工作电压为 +4 V到+30 V，当电源电压由+5V向+10V变化时，其电流变化仅为0.加A/V ；最佳使用温 度围（-55150）C，在此测温围，测量误差为士0.5C，测量分辨率为0. PC。温度采样电路采用了AD590电流型温度敏感型器件其稳定度和线性度均较好

36、。在0C 时AD590的电流为273. 2pA，温度每增加1C ，电流增加IjjA。该电流转换为电压信号， 通过模数转换ADC0809 AT89C51单片机实现温度的监测和转换，如图8所示。图8应用AD590的温度采样电路虽然两种温度传感器都能进行温度检测，但是AD590还需要进过A/D转换装置，将模 拟量转换成数字量，而且DS18B20单总线能够接好多测温点，温度检测电路简单。同时 考虑到成本问题本设计选用I）S18B20进行温度检测与转换。3.3电源电路的选择饮水机温度控制系统安全稳定的工作离不开一个性能良好的电源，电源性能的好坏 直接影响到系统能否正常运行。在本系统中，我们需要一个能输出

37、5V直流电压，且输 出电流较大的直流稳压电源。5V的小功率稳压电源由220V转换而来。由电源变压器、 整流、滤波和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电源值，然后通过整流电路将 交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤 波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有 10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而，在整流滤波电路之后，还需接稳 压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳 定。331方案一采用串联式直流稳压电路为克服稳压管稳压电路输出电流较小，输出

38、电压不可调的缺点。引入串联型稳压电 路。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用增大负载电 流，并在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定，通过改变网络参数使输出电压可 调。一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部 分组成。电路图如图9 oT1NgN *R30R1R0R1R10R1I T2NPN uDIODE-SCRWRES-VARRL0R1R20R1图9串联式直流稳压电路图3. 3.2方案二 采用三端集成稳压器电子设备中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于它只有输入、输出和公共引出 端，故称之为三端式稳压器。三端式稳压器由启动电路、基准电

39、压、取样比较放大电路、 调整电路和保护电路等部分组成。图7是7805作为输出电压5V的典型电路图，正常工作时 輪入输出电压差是23V。 电路中接入电容Cl、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡和抑制电路 引入的高频干扰，C2是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 I）是保护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C3 个放电通路，防止C3两端电压 作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。U134加热器电路的选择MOC3041是MOTOROLA公司生产的单片机成光耦合可控硅驱动器，部集成了双向可控 硅、发光二极管、过零触发电路等器件，它由输入和输出两部分组成

40、。MOC3041与饮水 机的加热器相连，实现对加热器对的驱动和控制。本系统用单片机的P1.6 口与MOC3041连接，当P1.6 口输出低电平时，加热指示灯 亮，MOC3041输入部分的发光二极管导通，发出足够强的红外光去触发输出部分，控制 可控硅导通，从而打开加热器；当P1.6 口输出高电平时，MOC3041输入部分的发光二极 管截止，可控硅斷开，关闭加热器。当温度加热到96度时，P1.6为高电平，加热器停 止加热。P2. 0 口变为低电平，保温指示灯亮。同时P2.1为低电平，发出提示音，提示 水已烧好，3秒后P2.1变为高电平停止发声。当水温低于80度时，P1.6变为低电平， 加热器继续加

41、热。电路图如图8所示。C1、7SVRSTXTAL1XTA12PO.QADO PO.I.ADt P0.2AD2 PO3AD3 PO.4AD4P0.5AD5PO.6ADG P0.7?AD7P2.7JA152XCC3C41P1P1P1PIP1P1P1P1P2.QAa P2.1 A9 P2.2AlO P2KA1! 16图8加热控制电路图3. 5制冷器电路的选择由于饮水机的冷水槽容积比较小，而压缩机主要适用于大型制冷设备，所以目前饮 水机一般采用电子制冷片制冷。目前半导体制冷主要是根据帕尔贴效应，电荷载体在导体中运动形成电流，由于电 荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级想低能级运动时，就会释

42、放出多 余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。所以，半导体电子制冷的 效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热 性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来 做小型的热电制冷器。电子制冷的原理是：把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接而成一个电 偶对。当直流电流从N极流向P极时产生吸热现象，而由P极流向N极时产生放热现象。 由于一个电偶所能产生热效应比较小，所以在实际应用中是将几十或上百对电偶联成的 热电堆。这样，一块制冷片通电后一边是冷的，而另一边是热的，如果要取得较佳的制 冷效果则要在热端加上散热片

43、甚至要加装通风风扇强制散热。若热端散热不好热量越聚 越多的话，那制冷片基本上是没有什么制冷效果的，甚至还会有烧毁的危险，所以散热 效果一定要好。另外，电子制冷的效率虽然不高，大约只有50-60%左右，但考虑到饮水 机的体积，制冷片的价格等因素，我依旧选用了制冷片。电子制冷片供电电压，是要根据型号而定的，本文为了能够通用直流电源选用了工 作电压为5V的04903型号。制冷电路图如图9所示。EC1T卜30of卄JOd-XTAL!PO.QADOXTAL2RSIPSEN ALEPO2AD2 P03AD3 POXAIU PO.1AD! PO.GADS PO.7/AD7P2.EA8P2J.A9 P2.2A

44、1O P2.3 All P2.4 A12 P2.3iAl3 P2.6 Au P2.7A15Pi.O Pt!PaaRXDP3.1/TXDP1.2P3.2.77T5Pt3p3.3wnP!4Pl.5P1.GPl.7P3.M1PazflDU2AT89C51刨冷片1Q2 PNPR44.?kR8ik厶Q3PNP50R24.7k*5V八Ik 8S3OLTU1TcVCC DCQMD JS1B820图9制冷电路图当按下制冷键，Pl. 7变为低电平，制冷片开始动作，同时与P2.3连接的制冷指示 灯亮，当冷却到8度时，P2.1变为低电平，饮水机发出提示音，提醒冷水已好。同时 P1. 7变为高电平，饮水机停止制冷。待

45、温度高于16度时，饮水机继续制冷。3.6水位探测器的选择该系统采用一根不锈钢的水位探测棒作为探测器，探测棒的一端与单片机的P3. 0 口相连，另一端浸入饮水机的加热体中。当加热体水量充足时，探测棒浸入水中，由于 水具有导电性，且加热体接地，从而使输入到单片机P3. 0 口的信号为低电平；当加热 体中水量不足时，探测棒悬空，使输入到单片机的输入信号为高电平。单片机根据水位 探测器的输入信号执行相应操作，可有效地防止饮水机干烧。3. 7显示电路的选择本设计中的显示电路是由74HC4511七段显示译码器驱动两位数码管。74HC4511七段显示译码器部分引脚的功能：(1)灯测试输入LT:当LT=0时，

46、无论其他输入端是什么状态，所有各段输出ag 均为1，显示字形为8。该输入端常用于检查译码器本身及显示器各段的好坏。(2) 灭灯输入BL :当BL=0,并且LT=1时，无论其他输入端是什么电平，所有各段 输出ag均为0，所以字形熄灭。(3) 锁存使能输入LE :在BL=LT=1的条件下，当LE=0时，锁存器不工作，译码器 的输出随输入码的变化而变化；当LE由0跳变1时，输入码被锁存，输出值只取决于 锁存器的容，不再随输入的变化而变化。所以必须保证74HC4511的BL和LT为高电平，LE为低电平时，译码器才能正常译 码。当系统上电后，温度传感器便开始进行温度采集与传输。当需要温度显示时，按下 温

47、度显示键时，数码管便显示当前水的温度。为了简化电路的设计，该数码管采用两位一体的，这样既节省了空间，又节省了成 本。由于本设计中水温不会超过100度，所以只需显示十位与个位即可。卜C1XpFU2 is33C2那FXTAL1PO.ttADOXTAL2PO.lADI P0.2A0eR：5AD3 POXASvlP05AKM.6MD6PO.ZAD?P2.1.A9 P2.2A10AL E7P24A12 P2SA13PZSAUP2.7.A15P1.0P3.0flXDP1.1P3.1.TXDP12P32TOIP13P3TTP1.4P3mP15P3541PUP3,俪P1.7P3 7BATWC5114-Hi 丄

48、R6R7J14teQ5 VPSP02 KFSA6539-T7L二_图io显示电路R8R2R5QA8gQDc6QFQ33. 8报警电路的选择当饮水机热水槽水量不足时，饮水机发出报警。报警电路如图所示。ClC2itX112MU2XIALiXIAL22如S 75VIttSTIu Y-i ALt FXPi.O PitI* 1.3PlPI.5Pl.PI?ixj.aAtxj IP 1/ADl T7AO2 g 3 AD3 IP.4/UM PO.3AIX* lO ft AtX； PO.7/AD/P2.a 就转到按键处理子程序进行按键判斷 根据 判斷结果进入加热或者制冷模式。在两种模式中，首先判断当前水温与系统

49、 设定值的大小。当饮水机处在加热状态时，当温度大于96度时，加热器停止 加热，当温度小于80度时，饮水机继续加热，如此反复。当饮水机处在制冷 状态时，当温度小于8度时，饮水机停止制冷，当温度高于16度，饮水机继 续制冷。图13加热子程序流程图图14制冷子程序流程图4. 3温度监测子程序图15温度监测子程序结论本文详细介绍了基于单片机AT89S51的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。系 统包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路五个部分。 文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。完成了课题既定的任务，达到了预期的 目标。系统具有如下特点：（1）.采用智能温度传感器DS18B20采集温度数据，简化了硬件电路设计，温度采集 数据更加精准；（2XAT89S51单片机的采用，有利于功能扩展；（3）.电路设计充分考虑了系统可靠性和安全性。本系统没有增加外部存储器，设定温度不能保存，斷电复位后必须重新设置温度； 采用静态显示方式，从而使用了较多的驱动芯片，增加了硬件