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基于单片机的饮水机温度控制系统的设计_毕业设计.doc
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基于单片机的饮水机温度控制系统的设计_毕业设计.doc
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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
Abstract
With the development of the society,the measurement and control of the temperat ure has
become more and more popular and important.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 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 temperature 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 seletion and the hardware
design.
Keywords: SCM, temperature control, temperature sensor, water dispense
目 录
II
1 绪论 ....................................................................3
1.1 课题研究的目的及意义...............................................................................................3
1.2 课题研究现状分析.......................................................................................................3
1.3 技术指标.......................................................................................................................3
2 总体设计.................................................................4
2.1 系统设计方案...............................................................................................................4
2.2 系统结构框图...............................................................................................................4
3 硬件设计.................................................................5
3.1 单片机选择...................................................................................................................5
3.1.1 AT89C51 单片机的主要性能..........................................................................6
3.1.2 AT89C51 引脚功能说明..................................................................................6
3.1.3 AT89C51 最小应用系统的设计......................................................................8
3.2 温度传感器的选择.......................................................................................................9
3.2.1 方案一 应用 DS18B20 传感器........................................................................9
3.2.2 方案二 应用 AD590 温度传感器..................................................................14
3.3 电源电路的选择.........................................................................................................15
3.3.1 方案一 采用串联式直流稳压电路..............................................................15
3.3.2 方案二 采用三端集成稳压器......................................................................16
3.4 加热器电路的选择.....................................................................................................17
3.5 制冷器电路的选择.....................................................................................................17
3.6 水位探测器的选择.....................................................................................................18
3.7 显示电路的选择.........................................................................................................18
3.8 报警电路的选择.........................................................................................................19
4 软件设计................................................................20
4.1 系统主程序.................................................................................................................20
4.2 按键处理子程序.........................................................................................................22
4.3 温度监测子程序.........................................................................................................25
结论 .....................................................................26
参考文献 .................................................................26
致 谢 ...................................................................27
1
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
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 0~99℃,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
2
(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 DS18B20 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。
图 1 系统结构框图
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
3
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 ROM﹑RAM﹑I/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/D﹑D/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 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
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