基于单片机的水温控制系统.doc

一、系统方案 1.1 水温控制系统的设计任务和要求 该系统为一实验系统，系统设计任务： 设计一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 利用单片机AT89c51实现水温的智能控制，使水温能够在一定温度之间实现控制温度调节。利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。 系统设计具体要求： （1）由键盘设定温度，设定范围为0～99℃，最小区分度为l℃，标定温差＜1。 （2）温度低于设定温度值时加热，温度高于设定值时降温。 （3）实现容器中无水时报警,及溢流控制等。 （4）环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制约静态误差＜1。 1.2 系统总体方案的选择 （1）方案一 （如图1-1）此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得的结果精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码管显示，不能用键盘设定。 图1-1 模拟电路一 （2）方案二 （如图1-2）此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方法还是模拟控制方法，因此也不能实现复杂的控制算法使控制温度做的更高。而且仍不能用数码管显示和键盘设定。 图1-2 模拟电路二 （3）方案三 （如图1-3）此方案采用AT89c51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制【1】。单片机系统可用数码管显示水温的实际值，能用键盘输入设定值等功能。本方案选用了AT89c51芯片，不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。 图1-3 温度控制系统框图 方案论证 方案一和方案二是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也较麻烦。而方案三是采用以AT89c51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，可以达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可以实现显示、键盘设定，报警等功能。大大提高的系统的智能化，也使得系统所测结果的精度大大提高了。所以本次设计采用方案三。 二、元器件选型及硬件电路设计 2.1 元器件选型 2.1.1 温度传感器 温度传感器选用可编程温度传感器（DS18B20）芯片。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 1）、DS18B20产品的特点 （a）、只要求一个端口即可实现通信。　　 （b）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。　　 （c）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。　　 （d）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。　　 （e）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。　　 （f）、内部有温度上、下限告警设置 2）、DS18B20的引脚介绍 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。(如图2-1) GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3．O～5．5 V【7】。本文使用外部电源供电。 图2-1 DS18B20管脚 3）、DS18B20的内部结构 DS18B20内部功能模块如图2-2所示，主要由4部分组成：64位光刻R0M、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DSISB20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。高低温报警触发器TH 和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对 TH，TL或配置寄存器写入。配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：R1R0＝’00’,9位精度，最大转换时间为93.75 ms；R1R0 = ‘01’,10位精度，最大转换时间为187.5 ms；R1R0 = ‘10’,11位精度，最大转换时间为375 ms；R1R0 =’11’,12位精度，最大转换时间为750 ms；未编程时默认为12位精度。 4)、DS18B20的使用方法 由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89c51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因