基于单片机的水浴温度控制系统设计(编辑修改稿)

基于单片机的水浴温度控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 水温检测控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。 在工业生产过程中，很多时候都需要对水温进行严格的监控，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。 使用水温控制系统可以对生产环境的温度进行有效控制，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。 水温控制系统 应用十分广阔。 水温控制系统设计的意义 随着社会的发展，在各个领域的科学与技术，应用和测量仪器的进展，智能化是现代温度控制系统的主流。 温度测量与控制系统，控制对象的温度。 广泛应用于日常生活和工业温度控制领域，如温室 、 发酵罐 、 电源和其他地方的温度控制。 和温度控制完成人工并没有足够的重视，在很多地方都需要的温度监测，以防止发生意外。 针对这一问题，该系统的设计，实现了连续的温度控制系统，温度控制精度高，它被广泛使用，功能强大，小巧美观，携带方便，是一种实用，价廉的控制系统。 特别是近年来，温度控制系统 已经应用到人们的生活的每一个方面，温度控制的发展和人们的生活密切相关。 水是一种重要的资源，我们的生存，无论是在工业和农业生产，我们的日常生活中随处可见不能沸水。 为了控制水温，可以大大提高了生产效率，节约资源，提高我们的生活质量。 在当今水资源日益匮乏，具有简单和扩展温度控制系统，对我们社会的可持续发展，都具有十分重要的意义。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 方案设定与总体设计 2 2 方案设定与总体设计 方案设定 单片机及水温控制方案 建立单片机水温控 制系统可以采用 51 系列单片机作为主控系统， 51 系列单片机产品也比较多，本人常用 AT89C52 单片机，因为该单片机编程空间大，可用编程实现各种算法和各种控制，而且很容易控制进行数据转换及对电磁阀门进行智能控制，从而对水的温度进行了恒定的控制以及对温度的显示。 而水温主要靠温度传感器对控制水浴进行检测，然后把检测得到的温度穿给单片机，从而达到控制目的。 冷热水控制方案 控制冷热水阀现在通常用电机转动的正反转来控制水阀的开关，电机的转速控制流量的大小，流量监测使用流量传感器。 但是本设计采用的是单片机用两 个端口直接控制冷热水阀，当温度高于设定恒温值的时候，通过单片机启动冷水阀门，当温度低于设定恒温值的时候启动热水阀门，这样就可以达到一直处于设定温度值的水温效果。 电源设计方案 电源对于单片机尤为重要，因为单片机不能直接使用交流电源 220V，只有通过电源模块电路使 220V 的交流电源转换为 5— 12V 的直流电源才可以供单片机只用。 单片机内部电源我采用多电源供电，这样的好处是对数字电路、驱动电路分别提供电源，大大减少了对系统各个模块的干扰，以及保证了各个部分有充足的工作电流，提高了整个系统的安全性与可靠 性。 LED 显示设计方案 LED 数码管的段选 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端，我采用的是十个数码管，因为温度传感器的位数是三位，虽然温度传感器能直接读出温度值，但实际读书操作有很多不便，所以用三位显示传感器检测出的温度，三位显示键盘设定的恒定温度值，两个温度相比较就可以直观的查看整个控制系统的稳定性，另外数码管的控制分别用两块芯片，由于断选需要有锁存功能，所以我选的是 74HC573。 控制系统的总体设计 温度传感器 DS18B20 从 水浴 环境的不同位 置采集温度，单片机 AT89C52 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 方案设定与总体设计 3 通过键盘 设定的温度 恒定 值，通过加热和降温对当前温度进行调整。 当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过 控制冷热水阀门的开关来实现，当温度高于设定值 1℃的时候就打开冷水阀门，注入冷水降低水温，当检测温度低于设定值 1℃，控制体系启动热水阀门，注入热水使水温上升，达到水浴恒温的效果。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在 正常 时间内不能将环境温度调整到规 定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接 PC机 存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。 图 工作原理图 AT89C52 MCU 键盘输入 温度传感器 LED显示 阀门 冷水注入 串口通讯 超温报警 PC机 输入电源 热水注入 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件部分 4 3 硬件部分 单片机发展背景 经过 1970 年的微型计算机研制成功， 与 SCM 单片微机，美国的美国英特尔公司在 1971 年生产的原型 4位单芯片 4004 和 1972 年生产的 8位单芯片 8008 的出现，这是首次公开亮相单片机。 1976 年，英特尔推出了首款名为 MCS48 系列单片机。 小体积，功能齐全，价格低廉，赢得了广泛的应用，而 SCM 相关的一些公司推出了自己的微控制器。 1978 年上半年， M6800 系列单片机， Zilog 的公司摩托罗拉公司推出的 Z8 系列单片机。 1980 年，英特尔推出了 MCS51 系列高性能 MCS48 系列的基础上。 这种单片机的 I / O 串行口，定时器 /计数器 16，芯 片上的内存容量（ RAM， ROM）增加 了 优先级的中断处理功能 、 MCU 的功能 、 扩大寻址范围，他们是主流产品单片机的应用。 1982 年，莫什特克公司和英特尔公司还推出了一种高性能 16位 MCU MK68200与 MCS96 系列， NS 公司和 NEC 公司也基于原来的 8 位 MCU 推出 16 位单芯片微电脑 HPC16040 和 μPD783 系列。 在 1987 年，英特尔宣布 CMOS80C1961988 高性能比 8096 年两次 EPROM87C196单片机。 由于 16位 MCU 的介绍后，昂贵的设备有限公司，发展的原因有多种，尚未被广泛使用。 8位 MCU 已经能够满足大多数应用的需求，因此，在 16 位单芯片同时推出的，新的高性能 8 位 MCU 已经公布。 经过这短短的 20年中，已经经历了 4 次更新，供应链管理是迈向一体化，多功能，多选择，高，速度快，功耗低，扩展存储容量和提高兼容 I / O 功能和结构的发展方向。 80C51 系列单片机与新一代的除了外的结构特点，主要技术特点的外部接口电路的扩展，以实现微控制器（单片机）控制功能的使命。 该系列产品提供了外部总线结构完美，奠定了良好的基础，扩展和配置系统。 由于一系列的优良特性 80C51 系列单片机是单芯片的使用，已经是二十 一世纪的新的科学技术的一个标志。 单片机 AT89C52 单片机 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单芯片微型计算机，包含随机存取记忆体闪存只读内存 8K 字节可以被反复擦除和 256 字节（ RAM），采用 ATMEL 公司的高密度的设备，非挥发性记忆体技术，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置一般攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件部分 5 8中央处理器和 Flash 存储单元中， AT89C52 的芯片已被广泛用于电子工业。 AT89C52 封装芯片如图 ，仿真图片如图 所示。 图 AT89C52PDIP封装芯片 图 AT89C52PDIP仿真图片 功能特性 ① 兼容 MCS51 所有 指令系统 ； ② 8kB 可 重复 擦写 (可擦次数 1000 以上 ） Flash ROM； ③ 32 个 I/O 双向口； 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件部分 6 ④ 256x8bit 内部 的 RAM； ⑤ 16 位可编程定时 /计数器中断 有三 个； ⑥ 时钟频率 024MHz； ⑦ 可编程 UART 的 串行通道 ，二 个串行中断； ⑧ 有 8个中断源 ，其中有 2 个 是 外部中断源； ⑨ 2 个 写 读 中断口线， 3级加密位； ⑩ 掉电模式 与 低功耗空闲，唤醒功能 与 软件设置睡眠； 引脚 AT89C52 是 8 位微处理器，使用行业标准的 C51 内核，内部功能和引脚排列8xc52，主要用于收敛调节功能控制。 其特点包括主 IC 的内部寄存器， RAM 和外部接口的初始化数据融合，收敛调节控制，收敛测试图控制，红外遥控信号的接收和解码和红外主板和 CPU 通信的功能组件。 主 要有 ： XTAL1（引脚 19）和 XTAL2（引脚 18）振荡器，外部 12MHz 振荡器的输入和输出端口。 RST/ VPD（引脚 9）输入端口复位 、 复位电路 、 外部电阻和电容。 VCC（引脚 40）和 VSS（引脚 20）的电源供给口，分别。 +5 V 电源正和负端。 P0〜 P3是一个可编程的通用 I / O 脚，它的功能是由软件定义的，在本设计中， P0口（ 32〜 39）被定义为 N1 功能控制端口，相应的功能的 N1 分别与销被连接到 13 英尺，定义为 IR 输入， 10 脚和 11 脚定义为 I2C总线控制端口（引脚 18）的 N1 SDAS 和 SCLS（引脚 19）端口， 12 英尺， 27 英尺和 28分别连接脚被定义为端口，连接到主板的 CPU 的相应的功能，针对当前系统的检测和控制的收敛功能的调整项的握手信号的 功能。 P0 口： P0 口是一组 8漏极开路双向 I/ O 口，即复用的地址 /数据总线端口。 作为一个输出端口，每个人都可以下沉 8个 TTL 逻辑门电路，到端口 P0 写 “1” ，可作为高阻抗输入。 在访问外部数据存储器和程序存储器，这组线分时地址翻译（低 8 位）和数据总线复用，激活内部上拉电阻访问。 在 Flash 编程， P0 接收指令字节，而在程序验证，输出代码字节，需要外部 接上拉电阻。 P1： P1是一个 8位双向 I / O 和内部上拉电阻， P1输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 “1” 被写入到端口，通过内部的上拉电 阻端口到高电平，此时可以用作输入。 作为输入使用时，由于内部上拉电阻，信号引脚被外部拉低，将输出电流（ IIL）。 P2： P2是一个 8位双向 I/ O 内部上拉电阻，输出缓冲器 P2可以驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 端口 P2 中写入 “1” ，通过一个内部的上拉电阻端口到高电平，此时可以作为输入，作为输入在使用时，由于内部上拉电阻，攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件部分 7 信号标签被外部拉低，将输出电流（ IIL）。 在对外部数据访问到外部程序存储器或 16 bits 的地址记忆体（用于的示例将执行的 MOVX _AT_ DPTR 命令）的中， P2 发送一个很高 的 8个的位的地址数据。 在接受采访时与 8 个外部的数据的内存地址（例如作为的实施的 MOVX_AT_ RI 指令）， P2 口输出闩锁 P2 的含量。 P3 口： P3 口是一组 8 位双向 I/ O 上拉电阻口。 P3 输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 写 “P3” ，他们被拉高内部上拉，可以用作输入端口。 在这个时候，一个上拉电阻被拉到低的外部 P3端口将被使用的输出电流（ IIL）。 P3 口除了 具有 一般的 I/O 口线外， 还具有 它的第二功能 ，如表 所示： 表 P3口第二功能表 端口功能 第二功能 端口引脚 第二功能 RXD（ ） 串行输入口 T0（ ） 定时 /计数器 0外部输入 TXD（ ） 串行输出口 T1（ ） 定时 /计数器 1外部输入 INT0（ ） 外中断 0 WR（ ） 外部数据存储器写选通 INT1（ ） 外中断 1 RD（ ） 外部数据存储器读选通 P3 还接收一些控制信号的 flash 编程和校验。 RST是 复位输入 ， 当振荡器高高在上的两个机器周期的水平， RST 引脚使 MCU 复位。 ALE/ PROG：当访问外部存储器时， ALE（地址锁存使能）低 8个字节的地址锁存输出脉冲。 在一般情况下，ALE 是在一个恒定的频率的 1/6 输出的脉冲信号发射，因此，它可以输出时钟用于定时目的。 应当指出的是：每次访问外部数据存储器，将跳过一个 ALE 脉冲。 在 Flash 编程时，此引脚也是编程脉冲输入（ PROG）。 如果有必要，可以的特殊功能寄存器（ SFR）在 D0位置 8EH 单位面积，可以禁止 ALE 操作，只有一个 MOVX和 MOVC 指令，以激活的 ALE。 此外，该引脚微弱拉高，单片机执行外部程序，应该设置 ALE 禁令是无效的。 PSEN：程序存储使能（ PSEN）输出是外部程序存储器读选通 脉冲信号，当AT89C52 的取指令从外部程序存储器（或数据），两个 PSEN 每个机器周期，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器时，它会跳过两个 PSEN 信号。 EA/ VPP外部访问启用： CPU只访问外部程序存储器（地址为 0000H FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 需要注意的是：如果加密 LB1 被编程，将内部锁存复位 EA 的最终状态。 EA 端为高电平（ VCC 端）， CPU 执行内部程序存储器指令。 Flash 存储器编程，该引脚与 +12 V 的编程允许电源 Vpp 的，当然，这必须是该设攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 硬件部分 8 备是使用 12V Vpp 的编程 voltage。 XTAL1：输入到振荡器反相放大器和内部时钟。 XTAL2：从反相输出振荡放大器。 特殊功能 AT89C52 的内存， 80HFFH 共 128 个单位的特殊功能寄存器（ SFR），不是所有地址定义，从 80H 到 FFH 总共 128 字节的只是其中的一部分被定义，并且相当多的是没有定义。 没有定义的阅读和写作的单位将是无效的，读出的值的不确定性，写入的数据将会丢失。 不应该写数据到一个未定义的元素，因为这些单元可以在未来的产品赋予新的功能，在这种情况下，复位后的单元号总是 “0”。 AT89C52 此外，以 AT89C51 单片机的定时器 /计数器 0 和定时器 /计数器 1，还增加了一个定时器 /计数器 定时 /计数器 2 T2CON， T2MOD（ RCAO2H， RCAP2L）的控制和状态位寄存器定时器 2捕捉 /16收购模式或 16个自动加载模式自动重载寄存器。 数据储存 AT89C5280HFFH 是 256 字节的内部 RAM， 128 字节和特殊功能寄存器（ SFR）地址重叠，是一个高 128 字节的 RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但他们是分开的物理。 当内部地址单元的指令访问超过 7FH，用于在指令的寻 址模式是不同的，即寻址模式决定访问 128 字节的 RAM 或特殊功能寄存器的访问。 如果指令直接寻址访问特殊功能寄存器。 例如，直接寻址指令访问 0A0H 特殊功能寄存器（即 P2）地址单元。 MOV @ 0AH，＃ data 间接寻址指令访问上 128字节的 RAM，例如，下面的间接寻址指令， R00A0H，访问数据字节地址 0A0H 的内容，而不是 P2（ 0A0H）。 MOV @ R0，＃ data 堆栈操作间接寻址方式，因此高 128 位的数据， RAM可以用作堆栈区。 方法：定时器 0 和定时器 1： AT89C52 定时器 0和定时器 1 和 AT89C51。 片上资源 定时器 2： 基本特征：定时器 2是一个 16位定时 /计数器。 它可用于定时器时，还可以被用作外部事件计数器，工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（表 3）的 C/T2 位选择。 定时器 2 有三种工作模式：捕捉模式，自动加载（向上或向下计数）和波特率发生。