1、 河北科技师范学院 本科毕业设计基于单片机的饮水机温度控制系统的设计院（系、部）名 称 ： 机电科学与工程系 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 崔 杰 学 生 学 号： 9310080208 指 导 教 师： 郭秀梅 2012年 5 月 27 日河北科技师范学院教务处制I摘 要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。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
2、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，而且当热水槽内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 i
3、mportant.The temperature is the basic and common parameter in the manufacture and life,experiments.This paper designs a temperature control system with the SCM and temperature sensor.It describes the temperature control system based on SCM AT89C51 and temperature sensor DS18B20 in details,including
4、software and hardware system 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 tem
5、perature control system not 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
6、 seletion and the hardware design.Keywords: SCM, temperature control, temperature sensor, water dispense目 录1 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AD5
7、90温度传感器143.3电源电路的选择153.3.1方案一 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 谢2727河北科技师范学院2012届本科毕业设计1 绪论1.1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
8、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
9、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。所以温度控制系统得到国内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、价格又不断降低，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
10、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。1.3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）温度设定范围为099，最小区分度为1，温度控制的误差1（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DS18B2
11、0产生的数字信号传给单片机。该饮水机设有加热与制冷两种模式。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内水的温度。当水温达到设定值时，有指示灯以及声音提示。当热水槽内水量不足时，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。 单片机温度数码显示电路工作状态显示电路电源电路温度采集电路控制电路报警电路显示当前温度值显示以及提示当前状态 控制加热器制冷器水量不足时，发出报警信号按键操作图1 系
12、统结构框图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，要满足大内存、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内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/记数器中断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，如键盘显示器打印机A/DD/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内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
13、I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，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制方式。AT89C51是一种低功耗、高性能的 8位单片机。片内带有一个 4 KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。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一51兼容，其引脚如图2所示。片内的Flash存储器允许在系统内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
14、合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。图2 AT89C51引脚图3.1.1 AT89C51单片机的主要性能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级程序存储器保密；（4）1288字节内部RAM；（5）32条可编程IO线；（6）2个16位定时器计数器；（7）6个中断源；（8）可编程串行通道；（9）片内时钟振荡器。另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0 HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，CPU停止工作，而 RAM、定时
15、器计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，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。在单片机内部，它是构成片内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内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，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高电平将使单
