基于51单片机水温检测控制系统说明书

1、基于单片机的水温检测控制系统设计学生姓名王培同院系名称机电学院专业名称机械电子工程班 级机电132学 号201300384228指导教师完成时间目 录1 引言42 设计要求42.1 基本要求42.2 扩展功能43 总体方案设计43.1 方案论证43.1.1 方案一43.1.2 方案二54 硬件设计54.1 单片机系统54.2 数字温度传感器模块64.2.1 DS18B20性能64.2.2 DS18B20外形及引脚说明74.2.3 DS18B20接线原理图74.2.4 DS18B20时序图74.2.5 数据处理94.3 显示电路104.4 声光报警电路104.5 键盘输入电路115 软件设计11

2、5.1 主程序模块115.2 读温度值模块125.3 中断模块145.4 温度设定、报警模块166 源程序197 总结26参考文献：281 引言随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中数字温度计就是一个典型的例子。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52RC单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温

3、度，单片机接受传感器输出，经处理用LCD实现温度值显示。2 设计要求2.1 基本要求实现实时温度显示，测温范围01200C，误差50C以内。2.2 扩展功能温度报警，能任意设定温度范围实现温度的报警。温度控制，利用继电器控制热得快，当设置好温度上下限后，当没有超过温度上限时，继电器吸合，热得快通电，加热水温。当超过设置的温度上限时，继电器断开，热得快断开。3 总体方案设计3.1 方案论证3.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，将随被测温度变化的电压或电流采样，进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理，实现温度显示。这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性

4、，而且要做到高精度也比较困难。3.1.2 方案二考虑到在单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用DS18B20数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。4 硬件设计4.1 单片机系统1. 本设计采用STC89C

5、52RC单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括：l DS18B20数字温度传感器的初始化和读取温度值l LED数码管显示驱动与控制l 按键识别和响应控制l 温度设置和报警l 温度值的存储和读取2. 单片机系统电路原理图：图2 单片机系统原理图4.2 数字温度传感器模块4.2.1 DS18B20性能l 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信l 简单的多点分布应用l 无需外部器件l 可通过数据线供电l 零待机功耗l 测温范围-55+125，以0.5递增l 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625l 温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最

6、多在750ms内把温度转换为数字l 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统l 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作4.2.2 DS18B20外形及引脚说明图3 DS18B20外形及引脚l GND：地l DQ：单线运用的数据输入/输出引脚l VD：可选的电源引脚4.2.3 DS18B20接线原理图单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。图4 DS18B20接线原理图4.2.4 DS18B20时序图主机使用时间隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。1. 初始化时序如下图：图5 DS18B20初始化时序

7、2. DS18B20读写时序：图6 DS18B20读写时序4.2.5 数据处理高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。图7 字节分配下表为12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的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即可得到实际 温度。 例如+125的数字输出为

8、07D0H，实际温度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125。例如-55的数字输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作运算），实际温度=370H*0.0625=880*0.0625=55。可见其中低四位为小数位。图8 DS18B20温度数据表4.3 显示电路LED数码管显示采用动态扫描方式，能简化电路布线，节约单片机I/O端口。段码和位码由单片机P0送出，分别用74HC673N锁存。图9 LCD1602显示电路4.4 报警电路当温度超过设定温度值时，实现声光报警，蜂鸣器鸣叫。蜂鸣器由单片机P17口控制，用三极管驱动。图10 报警电路4.5

9、键盘输入电路四个键分别连接单片机P32、P33、P34、P35构成独立式键盘，分别实现加、减、报警温度设定功能键。图11 键盘输入电路5 软件设计5.1 主程序模块主程序需要调用3个子程序，分别为：实时温度显示子程序温度设定、报警子程序LCD显示子程序5.2 读温度值模块读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：l DS18B20初始化子程序：让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作l DS18B20写字节子程序：对DS18B20发出命令l DS18B20读字节子程序：读取DS18B20存储器的数据l 延时子程序：对DS18B20操作时的时序控制5.3 中断模块中断采用T0方式1，初始值

10、定时为50ms。中断模块需调用两个子程序：l 读温度值子程序：定时读取温度值，实时更新温度值l 记录温度值子程序：定时记录温度值，供查询使用把这两个子程序放在中断的原因是，不会因为调整报警温度或查询历史温度值而停止更新温度值和记录温度值。中断模块流程图：5.4 温度设定、报警模块此模块跟温度查询模块类似，需要接受按键输入，进入模块界面后，按加减键分别上调和下调设定报警温度值，当实时温度值超过设定值时驱动蜂鸣器发声，报警。6 源程序7 总结此次课程设计中，难点在于DS18B20的使用，即对它的时序控制、初始化以及字节读写方法，任何一个环节出错或是时序控制不到位的话就不能得到正确的数据。一旦学会了

11、正确的使用方法，就能感觉到它带来的便利是热电偶不能比拟的，以后再次使用的话就能很快上手了。软件设计中，把程序按功能分模块的话能提高编程效率，把问题一一解决，同时画流程图能帮助理清思路，使问题简单化。定义变量时，尽量定义局部变量，在字符型变量能达到要求的情况下就不用定义成整形变量了，以节省内存空间。同时局部变量应避免与全局变量取同名，否则全局变量将被屏蔽或与局部变量相冲突而达不到设计的效果。另一方面，取变量名时也要讲究技巧，应尽量使其见名知意，同样地，写程序时加注释确是非常必要的，否则隔一段时间后，想再改进或做扩展的话就比较困难了，因为即使是自己写的程序也变得难读难懂了。在做键盘消抖时，延时的时

12、间比较重要，一般为10ms左右，延时太短就会使按键太过灵敏，按一下就使数字跳变几次；而延时过长则可能使按键按下了却无响应，在外部定义初始化一个延时函数的入口参量则能很方便地调整延时时间，以达到比较好的效果。另外，如果对按键进行释放判断的话就能解决长时间按键导致按键重复响应的问题。此设计中没有为温度的单位（摄氏度）准备专用的数码管来显示，若单独用一个数码管显示“C”来代替“”的话，看起来感觉很别扭。偶然想起如若用一个数码管的上半部显“0”，即a、b、f、g段点亮，来代替“”左上角的“度”的话，效果应该不错，便作了一试，发现这是确是一个很好的主意，便在此次设计中采用了这个办法来显示温度单位。另外此次设计也考虑了实时温度显示界面与报警温度设置界面的区别，即在进入报警温度设置界面时，让其余的数码管都显示出一横杠，即g段点亮，这样则不会让两个界面相互混淆。总的来说，自己