基于單片機的水溫控制系統設計課程設計說明書題目：水溫控制系統（偏軟）學院（系）：機電科學與工程系年級專業：10電氣自動化技術學號：學生姓名：同組學生：指導教師：摘要本文介紹了一種基于單片機的水溫控制系統，可廣泛應用于熱水器、飲水機等電器電路中。該系統以AT80C51單片機為核心，通過3個數碼管顯示溫度和4個按鍵實現人機對話，使用單總線溫度轉換芯片DS18B20實時采集溫度并通過數碼管顯示。同時，系統提供各種運行指示燈用來指示系統現在所處狀態，如：溫度設置、加熱、停止加熱等。整個系統通過四個按鍵來設置加熱溫度和控制運行模式。關鍵詞：單片機、數碼管顯示、單總線、DS18B20。緒論在許多工業場合中，及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制是非常重要的。水溫的變化會影響各種系統的自動運作，例如冶金、機械、食品、化工等各類工業中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的水處理溫度要求嚴格控制。對于不同控制系統，其適宜的水質溫度總是在一個范圍內。超過這個范圍，系統或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內可以由檢測人員根據實際情況加以改變。單片機對對溫度的控制是工業生產中經常使用的控制方法。自從1976年Intel公司推出第一批單片機以來，80年代單片機技術進入快速發展時期，近年來，隨著大規模集成電路的發展，單片機繼續朝快速、高性能方向發展。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機將微處理器、存儲器、定時/計數器、I/O接口電路等集成在一個芯片上的大規模集成電路，本身即是一個小型化的微機系統。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數據庫技術以及數據結構、計算機操作系統、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數據網絡通信、數字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結構設計和制造工藝等的結合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統智能化、功耗低、使用電子元件較少、內部配線少、成本低，制造、安裝、調試及維修方便。1.傳統溫度采集電路的復雜性2.現代溫度傳感器芯片的優勢3.結論傳統的溫度采集電路需要多個步驟才能得到數字化的溫度數據，包括溫度采集、信號放大、濾波和AD轉換等。這種方法不僅電路復雜，元器件數量也很多，而且線性度和準確度都不理想，抗干擾能力也很差。現代的溫度傳感器芯片消耗功率低、準確率高，并且比傳統的溫度傳感器具有更好的線性表現。最重要的是，使用起來方便。這些優勢使得現代溫度傳感器芯片成為了溫度測量領域的主流選擇。總之，現代溫度傳感器芯片的優勢在于功率消耗低、準確率高、線性表現好以及使用方便。相比之下，傳統的溫度采集電路則存在著復雜性、元器件數量多、線性度和準確度不理想以及抗干擾能力差等問題。摘要本文介紹了一種基于單片機的溫度控制系統設計。該系統可以實時監測環境溫度并根據設定的溫度范圍進行自動控制。系統硬件采用了AT89C52單片機作為核心控制器，DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和鍵盤進行參數設置。軟件部分采用了C語言進行編寫，具有良好的可擴展性和穩定性。緒論隨著現代科技的發展，溫度控制在生產和生活中變得越來越重要。傳統的溫度控制方法已經無法滿足現代人們對于溫度控制的精度和自動化的需求。因此，本文提出了一種基于單片機的溫度控制系統設計，以滿足現代人們對于溫度控制的需求。系統總體設計1.1硬件總體設計本系統的硬件部分采用了AT89C52單片機作為核心控制器，DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和鍵盤進行參數設置。系統硬件分為三個子模塊：溫度檢測模塊、顯示模塊和控制模塊。溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和參數設置，控制模塊采用AT89C52單片機進行溫度控制和報警處理。1.2軟件總體設計本系統的軟件部分采用了C語言進行編寫，具有良好的可擴展性和穩定性。軟件部分分為主程序和各個模塊。主程序主要負責系統的初始化和溫度控制，各個模塊負責具體的功能實現。硬件系統設計2.1硬件電路分析本系統的硬件電路主要包括溫度檢測電路、顯示電路和控制電路。其中，溫度檢測電路采用DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，顯示電路采用LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和參數設置，控制電路采用AT89C52單片機進行溫度控制和報警處理。系統軟件設計3.1主程序流程圖系統的主程序流程圖如下所示：1.初始化系統；2.讀取溫度；3.判斷溫度是否超出設定范圍；4.如果超出設定范圍，則進行報警處理；5.如果未超出設定范圍，則進行溫度控制；6.返回步驟2。3.2各個模塊的流程圖3.2.1讀取溫度DS18B20模塊的流程1.初始化DS18B20模塊；2.發送讀取溫度命令；3.等待DS18B20模塊返回溫度數據；4.將溫度數據轉換為實際溫度值；5.返回溫度值。3.2.2鍵盤掃描處理流程1.初始化鍵盤模塊；2.掃描鍵盤；3.判斷是否有鍵盤按下；4.如果有鍵盤按下，則返回鍵值；5.如果沒有鍵盤按下，則返回0。3.2.3報警處理流程1.初始化報警模塊；2.發出報警聲音；3.顯示報警信息；4.等待用戶確認；5.停止報警聲音；6.返回主程序。系統調試4.1硬件電路調試在硬件電路調試過程中，需要對各個模塊進行測試，確保硬件電路正常工作。測試完成后，可以進行軟件調試。4.2軟件調試在軟件調試過程中，需要對主程序和各個模塊進行測試，確保軟件部分正常工作。測試完成后，可以進行系統操作說明書的編寫。4.3系統操作說明書系統操作說明書應該詳細介紹系統的使用方法和注意事項，以便用戶能夠正確地使用系統。同時，還應該介紹系統的維護和保養方法，以保證系統的長期穩定運行。摘要本文旨在介紹一種基于單片機的溫度控制系統。該系統可實時監測環境溫度并根據設定的溫度范圍進行自動控制。硬件部分采用AT89C52單片機作為核心控制器、DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測、LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和鍵盤進行參數設置。軟件部分采用C語言編寫，具有可擴展性和穩定性。緒論隨著科技的發展，溫度控制在生產和生活中變得越來越重要。傳統的溫度控制方法已不能滿足現代人對溫度控制的精度和自動化的需求。因此，本文提出了一種基于單片機的溫度控制系統，以滿足現代人的需求。系統總體設計1.1硬件總體設計本系統的硬件部分分為三個子模塊：溫度檢測模塊、顯示模塊和控制模塊。其中，溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，顯示模塊采用LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和參數設置，控制模塊采用AT89C52單片機進行溫度控制和報警處理。1.2軟件總體設計本系統的軟件部分分為主程序和各個模塊。主程序主要負責系統的初始化和溫度控制，各個模塊負責具體的功能實現。軟件部分采用C語言編寫，具有良好的可擴展性和穩定性。硬件系統設計2.1硬件電路分析本系統的硬件電路主要包括溫度檢測電路、顯示電路和控制電路。其中，溫度檢測電路采用DS18B20溫度傳感器進行溫度檢測，顯示電路采用LCD1602液晶顯示屏進行溫度顯示和參數設置，控制電路采用AT89C52單片機進行溫度控制和報警處理。系統軟件設計3.1主程序流程圖系統的主程序流程圖如下：1.初始化系統；2.讀取溫度；3.判斷溫度是否超出設定范圍；4.如果超出設定范圍，則進行報警處理；5.如果未超出設定范圍，則進行溫度控制；6.返回步驟2。3.2各個模塊的流程圖3.2.1讀取溫度DS18B20模塊的流程1.初始化DS18B20模塊；2.發送讀取溫度命令；3.等待DS18B20模塊返回溫度數據；4.將溫度數據轉換為實際溫度值；5.返回溫度值。3.2.2鍵盤掃描處理流程1.初始化鍵盤模塊；2.掃描鍵盤；3.判斷是否有鍵盤按下；4.如果有鍵盤按下，則返回鍵值；5.如果沒有鍵盤按下，則返回0。3.2.3報警處理流程1.初始化報警模塊；2.發出報警聲音；3.顯示報警信息；4.等待用戶確認；5.停止報警聲音；6.返回主程序。系統調試4.1硬件電路調試在硬件電路調試過程中，需要對各個模塊進行測試，確保硬件電路正常工作。測試完成后，可以進行軟件調試。4.2軟件調試在軟件調試過程中，需要對主程序和各個模塊進行測試，確保軟件部分正常工作。測試完成后，可以進行系統操作說明書的編寫。4.3系統操作說明書系統操作說明書應詳細介紹系統的使用方法和注意事項，以便用戶正確使用系統。同時，還應介紹系統的維護和保養方法，以保證系統長期穩定運行。首先需要調用DS18B20的啟動溫度轉換函數，并根據數據手冊上對應轉換時間進行超作。如果是12位轉換，最大轉換時間應為750毫秒。此外，在超作DS18B20時，時序要求非常嚴格，最好禁止系統中斷。由于DS18B20在一根I/O線上讀寫數據，所以對讀寫數據位有著嚴格的時序要求。為保證數據傳輸的正確性和完整性，DS18B20有嚴格的通信協議。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都將主機作為主設備，每次命令和數據傳輸都從主機主動啟動寫時序開始。如果需要單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的讀時序分為讀時序和讀1時序兩個過程。讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內釋放單總線，以讓DS18B20把數據傳輸到單總線上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60微秒才能完成。DS18B20的寫時序分為寫時序和寫1時序兩個過程。寫時序和寫1時序的要求不同。當要寫時序時，單總線要被拉低至少60微秒，保證DS18B20能夠在15微秒到45微秒之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平。當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15微秒之內就得釋放單總線。系統程序設計主要包括三部分：讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、顯示溫度子程序。程序流程如下：1.初始化2.檢測DS18B20是否存在3.如果存在，則進行ROM操作命令和存儲操作命令4.讀取溫度值并返回5.如果不存在，則跳過ROM匹配6.判斷DS18B20是否存在，若不存在則返回7.如果存在，則發出溫度轉換命令8.調用顯示子程序實現延時一段時間，等待AD轉換結束。如果是12位轉換，則需要750微秒。程序代碼如下：GET_TEMPER:SETBDQ;讀出轉換后的溫度值LCALLINIT_1820;先復位DS18B20JBFLAG1,TSS2;判斷DS1820是否存在？若DS18B20不存在則返回RETTSS2:MOVA,#0CCHLCALLWRITE_1820MOVA,#44H;發出溫度轉換命令LCALLWRITE_1820LCALLDISPLAY;調用顯示子程序實現延時一段時間，等待AD轉換結束。如果是12位轉換，則需要750微秒。如果硬件電路經過檢查后，仍然無法實現設計要求，則很可能是軟件編程的問題。首先，應該檢查初始化程序，然后是讀溫度程序、顯示程序以及繼電器控制程序。對于這些分段程序，需要注意邏輯順序、調用關系以及標號的使用。有時，一個標號的錯誤使用會影響程序的執行。此外，還需要熟悉各指令的用法，以避免出錯。另一個容易被忽略的問題是，源程序生成的代碼是否已經成功燒入到單片機中。如果在這個過程中出現錯誤，那么無法實現設計要求也就不足為奇了。在我的設計中，我使用了偉福仿真軟件進行調試。通過這個軟件，我可以方便地觀察單片機內部各個寄存器和內部存儲器的變化情況，以便進行調試。4.3系統操作說明在系統上電后，數碼管會顯示當前測量的溫度。此時，加熱指示燈和保溫指示燈都不會點亮。如果按下“自動加熱”鍵，單片機會自動將預加熱溫度設置為80℃并開始加熱，同時送出一個加熱信號，并點亮加熱指示燈。如果按下“溫度設置”鍵，則會進入預加熱溫度設置界面。此時，數碼管會閃爍顯示預設溫度。通過按鍵“＋”和“－”，可以設置預設溫度。每按一次“5”鍵，預設溫度就會遞增或遞減。設置好溫度后，再按一次“溫度設置”鍵，單片機會保存預設溫度并開始加熱。此時，單片機會通過數碼管顯示實時檢測的溫度，并與預設溫度進行對比。如果實測溫度大于或等于預設溫度，則單片機會發出停止加熱信號并熄滅加熱指示燈，點亮保溫指示燈。如果超過預設溫度，則會發出報警。當溫度下降到預設溫度以下5度時，單片機會再次發出加熱信號，同時熄滅保溫指示燈，點亮加熱指示燈。依此循環控制。4.4數據測試1.靜態數據測試取一桶凈水，改變它的溫度，觀察數碼管上顯示的溫度值，并用溫度計進行測溫，記錄兩組數據，比較差異。記錄表如下：表4-1靜態溫度數據測試表通過測試數據可以得知，本系統測溫結果與溫度計測溫基本一致，能夠滿足設計要求，證明了設計的合理性。2.動態數據測試進行溫度設定，通過設置溫度值（75℃），觀察加熱管的加熱情況以及數碼管的顯示值。然后用溫度計測量水溫，每隔一段時間記錄一次數據，并將兩組值進行比較。記錄表如下：（設定前溫度為25℃）表4-2動態溫度數據測試表通過上表可以看出，在加熱過程中，顯示的溫度與實際測量的溫度近似相同，說明系統的設計達到了精度要求，但仍存在略微偏差，基本不影響設計結果。總的來說，本次設計達到了任務書的要求，證明了該方案是可行的，設計也順利完成，達到了預期的結果。通過本次設計，我們不僅對單片機這門課程有了更深入的認識，還學會了如何將課本知識應用