基于单片机的水温控制系统设计

基于单片机的水温控制系统设计课程设计说明书题目：水温控制系统（偏软）学院（系）：机电科学与工程系年级专业：10电气自动化技术学号：学生姓名：同组学生：指导教师：摘要本文介绍了一种基于单片机的水温控制系统，可广泛应用于热水器、饮水机等电器电路中。该系统以AT80C51单片机为核心，通过3个数码管显示温度和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，系统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加热温度和控制运行模式。关键词：单片机、数码管显示、单总线、DS18B20。绪论在许多工业场合中，及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制是非常重要的。水温的变化会影响各种系统的自动运作，例如冶金、机械、食品、化工等各类工业中，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内。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。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改变。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。1.传统温度采集电路的复杂性2.现代温度传感器芯片的优势3.结论传统的温度采集电路需要多个步骤才能得到数字化的温度数据，包括温度采集、信号放大、滤波和AD转换等。这种方法不仅电路复杂，元器件数量也很多，而且线性度和准确度都不理想，抗干扰能力也很差。现代的温度传感器芯片消耗功率低、准确率高，并且比传统的温度传感器具有更好的线性表现。最重要的是，使用起来方便。这些优势使得现代温度传感器芯片成为了温度测量领域的主流选择。总之，现代温度传感器芯片的优势在于功率消耗低、准确率高、线性表现好以及使用方便。相比之下，传统的温度采集电路则存在着复杂性、元器件数量多、线性度和准确度不理想以及抗干扰能力差等问题。摘要本文介绍了一种基于单片机的温度控制系统设计。该系统可以实时监测环境温度并根据设定的温度范围进行自动控制。系统硬件采用了AT89C52单片机作为核心控制器，DS18B20温度传感器进行温度检测，LCD1602液晶显示屏进行温度显示和键盘进行参数设置。软件部分采用了C语言进行编写，具有良好的可扩展性和稳定性。绪论随着现代科技的发展，温度控制在生产和生活中变得越来越重要。传统的温度控制方法已经无法满足现代人们对于温度控制的精度和自动化的需求。因此，本文提出了一种基于单片机的温度控制系统设计，以满足现代人们对于温度控制的需求。系统总体设计1.1硬件总体设计本系统的硬件部分采用了AT89C52单片机作为核心控制器，DS18B20温度传感器进行温度检测，LCD1602液晶显示屏进行温度显示和键盘进行参数设置。系统硬件分为三个子模块：温度检测模块、显示模块和控制模块。温度检测模块采用DS18B20温度传感器进行温度检测，显示模块采用LCD1602液晶显示屏进行温度显示和参数设置，控制模块采用AT89C52单片机进行温度控制和报警处理。1.2软件总体设计本系统的软件部分采用了C语言进行编写，具有良好的可扩展性和稳定性。软件部分分为主程序和各个模块。主程序主要负责系统的初始化和温度控制，各个模块负责具体的功能实现。硬件系统设计2.1硬件电路分析本系统的硬件电路主要包括温度检测电路、显示电路和控制电路。其中，温度检测电路采用DS18B20温度传感器进行温度检测，显示电路采用LCD1602液晶显示屏进行温度显示和参数设置，控制电路采用AT89C52单片机进行温度控制和报警处理。系统软件设计3.1主程序流程图系统的主程序流程图如下所示：1.初始化系统；2.读取温度；3.判断温度是否超出设定范围；4.如果超出设定范围，则进行报警处理；5.如果未超出设定范围，则进行温度控制；6.返回步骤2。3.2各个模块的流程图3.2.1读取温度DS18B20模块的流程1.初始化DS18B20模块；2.发送读取温度命令；3.等待DS18B20模块返回温度数据；4.将温度数据转换为实际温度值；5.返回温度值。3.2.2键盘扫描处理流程1.初始化键盘模块；2.扫描键盘；3.判断是否有键盘按下；4.如果有键盘按下，则返回键值；5.如果没有键盘按下，则返回0。3.2.3报警处理流程1.初始化报警模块；2.发出报警声音；3.显示报警信息；4.等待用户确认；5.停止报警声音；6.返回主程序。系统调试4.1硬件电路调试在硬件电路调试过程中，需要对各个模块进行测试，确保硬件电路正常工作。测试完成后，可以进行软件调试。4.2软件调试在软件调试过程中，需要对主程序和各个模块进行测试，确保软件部分正常工作。测试完成后，可以进行系统操作说明书的编写。4.3系统操作说明书系统操作说明书应该详细介绍系统的使用方法和注意事项，以便用户能够正确地使用系统。同时，还应该介绍系统的维护和保养方法，以保证系统的长期稳定运行。摘要本文旨在介绍一种基于单片机的温度控制系统。该系统可实时监测环境温度并根据设定的温度范围进行自动控制。硬件部分采用AT89C52单片机作为核心控制器、DS18B20温度传感器进行温度检测、LCD1602液晶显示屏进行温度显示和键盘进行参数设置。软件部分采用C语言编写，具有可扩展性和稳定性。绪论随着科技的发展，温度控制在生产和生活中变得越来越重要。传统的温度控制方法已不能满足现代人对温度控制的精度和自动化的需求。因此，本文提出了一种基于单片机的温度控制系统，以满足现代人的需求。系统总体设计1.1硬件总体设计本系统的硬件部分分为三个子模块：温度检测模块、显示模块和控制模块。其中，温度检测模块采用DS18B20温度传感器进行温度检测，显示模块采用LCD1602液晶显示屏进行温度显示和参数设置，控制模块采用AT89C52单片机进行温度控制和报警处理。1.2软件总体设计本系统的软件部分分为主程序和各个模块。主程序主要负责系统的初始化和温度控制，各个模块负责具体的功能实现。软件部分采用C语言编写，具有良好的可扩展性和稳定性。硬件系统设计2.1硬件电路分析本系统的硬件电路主要包括温度检测电路、显示电路和控制电路。其中，温度检测电路采用DS18B20温度传感器进行温度检测，显示电路采用LCD1602液晶显示屏进行温度显示和参数设置，控制电路采用AT89C52单片机进行温度控制和报警处理。系统软件设计3.1主程序流程图系统的主程序流程图如下：1.初始化系统；2.读取温度；3.判断温度是否超出设定范围；4.如果超出设定范围，则进行报警处理；5.如果未超出设定范围，则进行温度控制；6.返回步骤2。3.2各个模块的流程图3.2.1读取温度DS18B20模块的流程1.初始化DS18B20模块；2.发送读取温度命令；3.等待DS18B20模块返回温度数据；4.将温度数据转换为实际温度值；5.返回温度值。3.2.2键盘扫描处理流程1.初始化键盘模块；2.扫描键盘；3.判断是否有键盘按下；4.如果有键盘按下，则返回键值；5.如果没有键盘按下，则返回0。3.2.3报警处理流程1.初始化报警模块；2.发出报警声音；3.显示报警信息；4.等待用户确认；5.停止报警声音；6.返回主程序。系统调试4.1硬件电路调试在硬件电路调试过程中，需要对各个模块进行测试，确保硬件电路正常工作。测试完成后，可以进行软件调试。4.2软件调试在软件调试过程中，需要对主程序和各个模块进行测试，确保软件部分正常工作。测试完成后，可以进行系统操作说明书的编写。4.3系统操作说明书系统操作说明书应详细介绍系统的使用方法和注意事项，以便用户正确使用系统。同时，还应介绍系统的维护和保养方法，以保证系统长期稳定运行。首先需要调用DS18B20的启动温度转换函数，并根据数据手册上对应转换时间进行超作。如果是12位转换，最大转换时间应为750毫秒。此外，在超作DS18B20时，时序要求非常严格，最好禁止系统中断。由于DS18B20在一根I/O线上读写数据，所以对读写数据位有着严格的时序要求。为保证数据传输的正确性和完整性，DS18B20有严格的通信协议。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都将主机作为主设备，每次命令和数据传输都从主机主动启动写时序开始。如果需要单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的读时序分为读时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60微秒才能完成。DS18B20的写时序分为写时序和写1时序两个过程。写时序和写1时序的要求不同。当要写时序时，单总线要被拉低至少60微秒，保证DS18B20能够在15微秒到45微秒之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平。当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线。系统程序设计主要包括三部分：读出温度子程序、温度转换命令子程序、显示温度子程序。程序流程如下：1.初始化2.检测DS18B20是否存在3.如果存在，则进行ROM操作命令和存储操作命令4.读取温度值并返回5.如果不存在，则跳过ROM匹配6.判断DS18B20是否存在，若不存在则返回7.如果存在，则发出温度转换命令8.调用显示子程序实现延时一段时间，等待AD转换结束。如果是12位转换，则需要750微秒。程序代码如下：GET_TEMPER:SETBDQ;读出转换后的温度值LCALLINIT_1820;先复位DS18B20JBFLAG1,TSS2;判断DS1820是否存在？若DS18B20不存在则返回RETTSS2:MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#44H;发出温度转换命令LCALLWRITE_1820LCALLDISPLAY;调用显示子程序实现延时一段时间，等待AD转换结束。如果是12位转换，则需要750微秒。如果硬件电路经过检查后，仍然无法实现设计要求，则很可能是软件编程的问题。首先，应该检查初始化程序，然后是读温度程序、显示程序以及继电器控制程序。对于这些分段程序，需要注意逻辑顺序、调用关系以及标号的使用。有时，一个标号的错误使用会影响程序的执行。此外，还需要熟悉各指令的用法，以避免出错。另一个容易被忽略的问题是，源程序生成的代码是否已经成功烧入到单片机中。如果在这个过程中出现错误，那么无法实现设计要求也就不足为奇了。在我的设计中，我使用了伟福仿真软件进行调试。通过这个软件，我可以方便地观察单片机内部各个寄存器和内部存储器的变化情况，以便进行调试。4.3系统操作说明在系统上电后，数码管会显示当前测量的温度。此时，加热指示灯和保温指示灯都不会点亮。如果按下“自动加热”键，单片机会自动将预加热温度设置为80℃并开始加热，同时送出一个加热信号，并点亮加热指示灯。如果按下“温度设置”键，则会进入预加热温度设置界面。此时，数码管会闪烁显示预设温度。通过按键“＋”和“－”，可以设置预设温度。每按一次“5”键，预设温度就会递增或递减。设置好温度后，再按一次“温度设置”键，单片机会保存预设温度并开始加热。此时，单片机会通过数码管显示实时检测的温度，并与预设温度进行对比。如果实测温度大于或等于预设温度，则单片机会发出停止加热信号并熄灭加热指示灯，点亮保温指示灯。如果超过预设温度，则会发出报警。当温度下降到预设温度以下5度时，单片机会再次发出加热信号，同时熄灭保温指示灯，点亮加热指示灯。依此循环控制。4.4数据测试1.静态数据测试取一桶净水，改变它的温度，观察数码管上显示的温度值，并用温度计进行测温，记录两组数据，比较差异。记录表如下：表4-1静态温度数据测试表通过测试数据可以得知，本系统测温结果与温度计测温基本一致，能够满足设计要求，证明了设计的合理性。2.动态数据测试进行温度设定，通过设置温度值（75℃），观察加热管的加热情况以及数码管的显示值。然后用温度计测量水温，每隔一段时间记录一次数据，并将两组值进行比较。记录表如下：（设定前温度为25℃）表4-2动态温度数据测试表通过上表可以看出，在加热过程中，显示的温度与实际测量的温度近似相同，说明系统的设计达到了精度要求，但仍存在略微偏差，基本不影响设计结果。总的来说，本次设计达到了任务书的要求，证明了该方案是可行的，设计也顺利完成，达到了预期的结果。通过本次设计，我们不仅对单片机这门课程有了更深入的认识，还学会了如何将课本知识应用