1、本科毕业设计（20 届）智能水温调控所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 智能水温调控摘要：DS18B20 作为感温元件, 占用单片机引脚少, 因而可以利用空余引脚通过软件模拟本文从硬软件两个方面介绍了基于 AT89S52 单片机温度自动检测系统的设计。系统硬件由控制电路、温度采集电路、键盘和 LED 显示电路组成。软件设计从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路后，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。最终通过 DS18B20 采集温度并显示出来，由此对周围环境的温度进行有效检测与报警。基本上满足了温度检测与报警的要
2、求，具有超调量小，采样值与设定值基本一致，操作简单等优点。本设计创新点在于采用数字式温度传感器和温度显示。关键词：温度检测 A T89S52 LED 显 示 器 DS18B20 温 度 传 感 器Intelligent temperature controlAbstract： This paper from the hardware and software is introduced in two aspects based on the AT89S52single-chip temperature automatic detection system design. The system
3、hardware is composed of a control circuit, a temperature acquisition circuit, the keyboard and LED display circuit. Software design from the design, software block diagram of system, first introduced the overall train of thought, then makes analysis procedures for each module algorithm, the final pr
4、eparation to meet mission requirements program. Finally through the DS18B20temperature acquisition and display, the ambient temperature for effective detection and alarm. Basically meet the temperature detection and alarm, has small overshoot, the sampling value and the set value is basically the sa
5、me, simple operation and so on. The design innovation is the use of digital temperature sensor DS18B20as the temperature-sensing element, occupy the microcontroller pin less, so it can make use of spare pins through the software simulation and temperature display.2Key words: temperature detection of
6、 AT89S52LED monitor DS18B20 temperature sensor目 录摘 要 .2目 录 .31 绪 论 .51.1 系统背景 .51.2 温度控制系统设计的意义 .51.3 温度控制系统完成的功能 .62 系统 方案设计 .62.1 对于单片机的型号有如下两个方案： .62.2 温度采集模块 .72.3 控制系统方案.73 硬件电路设计 .83.1 系统总体设计 .83.2 各部分硬件电路设计 .93.2.1、时钟电路设计 .93.2.2 系统复位电路 .103.2.3 报警与控制电路设计 .103.2.4 LCD 显示电路设计 .113.2.5 温度检测电路设计
7、 .123.2.6 按键电路设计 .1333.27 继电器控制系统134 软件设计 .154.1 主程序方案 .154.2 各个模块子程序设计 .164.2.1 温度采集程序 .164.2.2 LCD 显示程序流程图 .225 系统调试 .275.1 测试环境及工具 .275.2 测试方法 .275.3 测试结果分析 .27结论 .28致谢 .29参考文献 .30附录一：系统原理图 .31附录二: 程序代码 .3341 绪 论1.1 系统背景温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的价位、可靠性、体积，都无法满足广大对象对嵌入式系
8、统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代 1。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，特别是单片机嵌入式技术的开发与应用，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。目前国内外各大电气公司，大的半导体厂商正在不断的开发、使用单片机，使其无论在控制能力，减小体积，降低成本
9、，还是开发环境的改善等方面，都得到空前迅速的发展 2。温度检测控制系统在人们的生活领域中、工业生产和科学研究，得到了广泛应用。在工业生产过程中，大多都需要对温度进行严格的监控，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。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，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。温度检测系统应用十分广阔 3。1.2 温度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
10、、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5生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可以连续传输，并且精度高的温度调节控制系统，它功能强大，应用广泛，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，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。1.3 温度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 LCD 进行显示
11、。本机实现的功能：1. 当温度上升到上限温度以上时，发光二极管亮起，蜂鸣器报警，并令小风扇转动，令水温降温，直至温度达到上限温度1 度，风扇停止转动；2.当温度下降到下限温度以下时，发光二极管亮起，蜂鸣器报警，并令热水棒开始加热，直至温度达到下限温度+2 度，加热棒停止加热；3.液晶显示即 时显示温度和设置的温度范围。4.能够通过按键设置温度的范围2 系统方案设计2.1 对于单片机的型号有如下两个方案：方案一：采用凌阳公司的 SPCE061A 单片机作为控制器的方案。该单片机 I/O 资源丰富，并集成了语音功能。芯片内置 JTAG 电路，故价格较高，相对性价比较低，且需要一定基础。方案二：6采
12、用 STC89C52 单片机实现系统中数据采集及处理，它是 MCS-51 系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准 8052 单片机完全兼容，DIP40 封装系列与 8051 兼容均为 Pin-to-Pin，使用时容易掌握。将两个方案一比较便可得出一个结论，采用 STC89C1 单片机来实现本题目，电路简单，成本较低，经实验运行证明工作可靠，所以最后决定用 STC89C52 作为该控制系统的核心。2.2 温度采集模块：温度传感器方面，由于要在水下测温，我们首先想到的是：pt100、pt1000 或DS18B20 这三种芯片， 采用 pt100 或 pt1000，但使用时往往
13、有可能因为某些原因导致整体系统不能达到 pt100 或 pt1000 自身所能实现的精度，且需配套使用 AD7705 A/D 转换器，大大增加了复杂性和成本。况且在应用时，调理过程相当的复杂。价格比较贵。而采用 DS18B20，该传感器测温范围为-55 -+125，12 位可编程测量分辨率为 0.0625,在 4090的绝对精度也大多满足 1。最重要的是，DS18B20传输方式为数字式，采用单总线专用技术，非常节约 I/O 口。既可通过其它 I/O 口线与微机接口，也可通过串行口线，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）适配各种单片机或系统机，内含寄生电源，这大大
14、降低了操作和编程的难度。相对于 Pt100 或 Pt1000，DS18B20 的价格低廉。所以我们选择 DS18B20 作为我们的温度采集芯片 4。2.3 控制系统方案根据功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用STC89C52单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对烘箱温度的测量和控制。该系统以STC89C52单片机为核心，由温度传感器DS18B20,显示模块LCD1602,按键检测模块，报警指示模块，控制模块，电源模块等共同组成。在系统中，温度值及误差显示、控制参数得设置、运行及复位等功能由键盘及显示电路完成。如图2-1所示：7图2-1 单片机温度控制系统方案原理示意图用
15、DS18B20采集温度，经过微控制器处理后在LCD1602上面显示出来，通过键盘检测模块可以自由设置上限温度和下限温度，并且以报警指示模块和控制模块做出反应。3 硬件电路设计3.1 系统总体设计本次设计采用传感器采取的值和键盘设定的温度范围进行比较运算的方法来简单精确地控制温度。它的工作原理是先通过按键设定好温度的范围，保存在单片机 AT89S52的指定单元中，再利用温度传感器 DS18B20 进行温度信号的采集，送入单片机中，保存在采样值单元。然后把采样值与设定值进行比较和运算，最终判断是否超出范围，再来进行报警，实现提醒温度超出预定范围。单片机控制系统是一个完整的智能化的集数据显示模块 L
16、CD1602单片机控制核心控制模块键盘检测模块 温度传感器报警及指示模块电源模块8采集、显示、处理、控制于一体的系统。由传感器、LCD 显示单片机及执行机构控制部分等组成。系统结构框图如图 3-1 所示。DS18B20LCD 显示报警单 片 机按键图 3-1 系统硬件结构框图3.2 各部分硬件电路设计3.2.1、时钟电路设计时钟电路是用来产生 AT89S52 单片机工作时所必须的时钟信号，AT89C52 本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，AT89C52 在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作 ，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟
17、和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。AT89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为 XTAL1 和 XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。电路中的 C1、C2 的选择在 30PF 左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在 1.2MHZ12MHZ 之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的 NPO 电容，采用的晶振频率为912MHZ。本次系统的时钟电路设计如图 3-2 所示。图3-2 时钟电路图3.2.2 系统复位电路在图3-3 中复位开关K 被按下并松开，使 端获得低电平，RST 端输出复位信号，MR单片机复位。或由于( VCC 加入并超过复位门限电压) 引起系统正常复位。图3-3 复位电路图3.2.3 报警与控制电路设计在微型计算机控制系统中，为了安全生产，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便采取紧急措施或提醒操作人员注意。其方法就是把采集的
