【正文】 基于單片機(jī)的水溫控制器的設(shè)計(jì)摘 要本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以用于熱水器溫度控制系統(tǒng)和飲水機(jī)等各種電器電路中。它以單片機(jī)AT89S52為核心，通過(guò)3個(gè)數(shù)碼管顯示溫度和4個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，使用單總線溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20實(shí)時(shí)采集溫度并通過(guò)數(shù)碼管顯示，并提供各種運(yùn)行指示燈用來(lái)指示系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài)，如：溫度設(shè)置、加熱、停止加熱等，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)按鍵來(lái)設(shè)置加熱溫度和控制運(yùn)行模式。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；數(shù)碼管顯示；單總線；DS18B20 目 錄1 緒論 1 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 2 2 軟件總體設(shè)計(jì) 2 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 4 4 鍵盤(pán)電路 5 數(shù)碼管及指示燈顯示電路 5 溫度采集電路 7 電源電路 11 12 12 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 14 16 16 18 報(bào)警處理流程 18 5 系統(tǒng)調(diào)試 20 硬件電路調(diào)試 20 軟件調(diào)試 20 系統(tǒng)操作說(shuō)明 21 21 總 結(jié) 23 致 謝 24 參考文獻(xiàn) 25 附錄一：系統(tǒng)源程序 26 附錄二：系統(tǒng)硬件總圖 35 基于單片機(jī)的水溫控制器的設(shè)計(jì)1 緒論本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以用于水溫控制系統(tǒng)和電飯煲等各種電器電路中。它以單片機(jī)AT89S52為核心，通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度和語(yǔ)音提示實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，使用溫度轉(zhuǎn)換芯片DS18B20實(shí)時(shí)采集溫度并通過(guò)數(shù)碼管顯示，并提供各種運(yùn)行指示燈用來(lái)指示系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài)，如：溫度設(shè)置、加熱、停止加熱等，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)按鍵來(lái)設(shè)置加熱溫度和控制運(yùn)行模式。溫度控制系統(tǒng)可以說(shuō)是無(wú)所不在，熱水器系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、冰箱、電飯煲、電風(fēng)扇等家電產(chǎn)品以至手持式高速高效的計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備，均需要提供溫度控制功能。以計(jì)算機(jī)為例，當(dāng)中的中央處理器的運(yùn)行速度愈快，所耗散的熱量便愈多，為免計(jì)算機(jī)系統(tǒng)過(guò)熱而受損，有關(guān)系統(tǒng)必須加強(qiáng)溫度過(guò)高保護(hù)功能。傳統(tǒng)的溫度采集電路相當(dāng)復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)溫度采集、信號(hào)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等一系列工作才能得到溫度的數(shù)字量，并且這種方式不僅電路復(fù)雜，元器件個(gè)數(shù)多，而且線性度和準(zhǔn)確度都不理想，抗干擾能力弱?，F(xiàn)在常用的溫度傳感器芯片不但功率消耗低、準(zhǔn)確率高，而且比傳統(tǒng)的溫度傳感器有更好的線性表現(xiàn)，最重要的一點(diǎn)是使用起來(lái)方便。自動(dòng)控制儀器儀表總的發(fā)展趨勢(shì)是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)成本低、性能穩(wěn)定、可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制現(xiàn)場(chǎng)溫度的需求而做的課題，具有較為廣闊的市場(chǎng)前景。本系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是51系列單片機(jī)AT89S52，單片機(jī)在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中的迅猛發(fā)展，與單片機(jī)所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)有關(guān)： 單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。 系統(tǒng)構(gòu)建簡(jiǎn)潔、易行，能方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 由于構(gòu)成的系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的功能由軟件實(shí)現(xiàn)，故具有柔性特點(diǎn)。 有優(yōu)異的性能價(jià)格比。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于單片機(jī)的水溫溫度控制系統(tǒng)的電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖21：電源單片機(jī)AT89S52數(shù)碼管顯示繼電器溫度傳感器DS18B20報(bào)警鍵盤(pán)指示燈圖 2－1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(1) 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路部分(2) 鍵盤(pán)掃描電路部分(3) 數(shù)碼管溫度顯示和運(yùn)行指示燈電路部分(4) 溫度采集電路部分(5) 繼電器控制部分(6) 報(bào)警部分 軟件總體設(shè)計(jì)良好的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量，提高軟件的通用性，擴(kuò)展性和可讀性。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和步驟如下：(1) 根據(jù)需求按照系統(tǒng)的功能要求，逐級(jí)劃分模塊。(2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件編制和調(diào)試。(3) 確定軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，選擇設(shè)計(jì)語(yǔ)言，完成模塊功能設(shè)計(jì)，并分別調(diào)試通過(guò)。(4) 按照開(kāi)發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。首先接通電源系統(tǒng)開(kāi)始工作，系統(tǒng)開(kāi)始工作后，通過(guò)按鍵設(shè)定溫度值的上限值和下限值，確定按鍵將設(shè)定的溫度值存儲(chǔ)到指定的地址空間，溫度傳感器開(kāi)始實(shí)時(shí)檢測(cè)，調(diào)用顯示子程序顯示檢測(cè)結(jié)果，調(diào)用比較當(dāng)前顯示溫度值與開(kāi)始設(shè)定的溫度值比較，如果當(dāng)前顯示值低于設(shè)定值就通過(guò)繼電器起動(dòng)加熱裝置，直到達(dá)到設(shè)定值停止加熱，之后進(jìn)行保溫，如果溫度高于上限進(jìn)行報(bào)警。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要思路是通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程將由溫度傳感器DS18B20采集的溫度外加驅(qū)動(dòng)電路顯示出來(lái)，包括對(duì)繼電器的控制，進(jìn)行升溫，當(dāng)溫度達(dá)到上下限蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。，初始按下表示開(kāi)始進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)，，表示確認(rèn)所設(shè)定的溫度，然后轉(zhuǎn)入升溫或降溫。整個(gè)電路都是通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。因?yàn)?9S52單片機(jī)內(nèi)部自帶8K的ROM和256字節(jié)的RAM，因此不必構(gòu)建單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展電路。如圖3－1，單片機(jī)最小系統(tǒng)有復(fù)位電路和振蕩器電路。值得注意的一點(diǎn)是單片機(jī)的31腳必須接高電平，否則系統(tǒng)將不能運(yùn)行。因?yàn)樵撃_不接時(shí)為低電平，單片機(jī)將直接讀取外部程序存儲(chǔ)器，而系統(tǒng)沒(méi)有外部程序存儲(chǔ)器，所以必須接VCC。在按鍵兩端并聯(lián)一個(gè)電解電容，濾除交流干擾，增加系統(tǒng)抗干擾能力。圖3－1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要輸入設(shè)備，單片機(jī)使用的鍵盤(pán)分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。編碼鍵盤(pán)采用硬件線路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤(pán)能夠自動(dòng)生成按鍵代碼，并有去抖功能。因此使用方便，但硬件較復(fù)雜。非編碼鍵盤(pán)僅僅提供鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由程序來(lái)識(shí)別閉合鍵，消除抖動(dòng)，產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序。非編碼鍵盤(pán)中鍵的數(shù)量較少，硬件簡(jiǎn)單，在單片機(jī)中應(yīng)用非常廣泛。圖為按鍵和AT89S52的接線圖，檢測(cè)儀共設(shè)有4個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵由軟件來(lái)決定其功能，4個(gè)按鍵功能分別為：(1) SW1：設(shè)定按鍵(設(shè)定按鍵)(2) SW2：加法按鍵(當(dāng)前位加5)(3) SW3：減法按鍵(當(dāng)前位減5)(4) SW4：退出設(shè)置鍵(系統(tǒng)初始化) 圖3－2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 數(shù)碼管及指示燈顯示電路（1）數(shù)碼管顯示說(shuō)明各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是單片機(jī)的數(shù)據(jù)口輸出，即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的，為了使其分別顯示不同的數(shù)字，可采用動(dòng)態(tài)顯示的方式，即先只讓最低位顯示0(含點(diǎn))，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，再只讓次低位顯示1，如此類(lèi)推。由視覺(jué)暫留，只要我們的延時(shí)時(shí)間足夠短，就能夠使得數(shù)碼的顯示看起來(lái)非常的穩(wěn)定清楚，過(guò)程如表31。表31 數(shù)碼管編碼表段碼位碼顯示器狀態(tài)08H01H□□□□□□□0abH02H□□□□□□1□12H04H□□□□□2□□22H08H□□□□3□□□a1H10H□□□4□□□□24H20H□□5□□□□□04H40H□6□□□□□□aaH80H7□□□□□□□本論文中使用了3個(gè)數(shù)碼管，其中前兩位使用動(dòng)態(tài)掃描顯示實(shí)測(cè)溫度，在設(shè)置加熱溫度的時(shí)候，兩個(gè)數(shù)碼管是閃爍，以提示目前處在溫度設(shè)置狀態(tài)。第三位數(shù)碼管靜態(tài)顯示符號(hào)“℃”。（2）運(yùn)行指示燈說(shuō)明本水溫溫度控制系統(tǒng)中共使用到3個(gè)LED指示燈和3個(gè)數(shù)碼管。右上角的紅色LED是電源指示燈；數(shù)碼管右邊的紅色LED是加熱指示燈，當(dāng)剛開(kāi)機(jī)或溫度降到設(shè)定溫度5℃以下時(shí)，該燈會(huì)亮，表示目前處于加熱狀態(tài)；當(dāng)溫度上升到設(shè)定溫度時(shí)，該LED滅，同時(shí)數(shù)碼管右邊的綠色LED亮。 圖3－3 LED數(shù)碼管顯示電路圖 溫度采集電路（1） DS18B20介紹Dallas最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳