基于单片机水温检测控制系统设计.docx
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基于单片机水温检测控制系统设计
基于单片机的水温检测控制系统设计
学生姓名
王培同
院系名称
机电学院
专业名称
机械电子工程
班级
机电132
学号
201300384228
指导教师
完成时间
2016.5.10
1引言3
2设计要求3
2.1基本要求3
2.2扩展功能3
3总体方案设计3
3.1方案论证3
3.1.1方案一3
3.1.2方案二4
4硬件设计4
4.1单片机系统4
4.2数字温度传感器模块5
4.2.1DS18B20性能5
4.2.2DS18B20防水型外形及引脚说明5
4.2.3DS18B20接线原理图6
4.2.4DS18B20时序图6
4.2.5数据处理7
4.3显示电路8
4.4报警电路9
4.5键盘输入电路10
5软件设计11
5.1主程序模块11
5.2读温度值模块11
5.3中断模块11
5.4温度设定、报警模块12
6源程序12
7总结24
参考文献：
25
1引言
随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。
数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。
其中数字温度计就是一个典型的例子。
数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。
其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52RC单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用LCD实现温度值显示。
2设计要求
2.1基本要求
实现实时温度显示，测温范围0～1200C，误差50C以内。
2.2扩展功能
温度报警，能任意设定温度范围实现温度的报警。
温度控制，利用继电器控制热得快，当设置好温度上下限后，当没有超过温度上限时，继电器吸合，热得快通电，加热水温。
当超过设置的温度上限时，继电器断开，热得快断开。
3总体方案设计
3.1方案论证
3.1.1方案一
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，将随被测温度变化的电压或电流采样，进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理，实现温度显示。
这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。
3.1.2方案二
考虑到在单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用DS18B20数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。
另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55~+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。
以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。
4硬件设计
4.1单片机系统
1.本设计采用STC89C52RC单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括：
●DS18B20数字温度传感器的初始化和读取温度值
●LED数码管显示驱动与控制
●按键识别和响应控制
●温度设置和报警
●温度值的存储和读取
2.单片机系统电路原理图：
图2单片机系统原理图
4.2数字温度传感器模块
4.2.1DS18B20性能
●独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信
●简单的多点分布应用
●无需外部器件
●可通过数据线供电
●零待机功耗
●测温范围-55~+125℃，以0.5℃递增
●可编程的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃
●温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最多在750ms内把温度转换为数字
●应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统
●负压特性：
电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作
4.2.2DS18B20防水型外形及引脚说明
图3防水型DS18B20外形及引脚
●黑色GND：
电源负极
●黄色DQ：
单线运用的数据输入/输出引脚
●红色VCC：
电源正极
4.2.3DS18B20接线原理图
单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。
图4DS18B20接线原理图
4.2.4DS18B20时序图
主机使用时间隙来读写DS18B20的数据位和写命令字的位。
1.初始化时序如下图：
图5DS18B20初始化时序
2.DS18B20读写时序：
图6DS18B20读写时序
4.2.5数据处理
高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。
图7字节分配
下表为12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H，
实际温度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125℃。
例如-55℃的数字输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符号位不变，也不作运算），
实际温度=370H*0.0625=880*0.0625=55℃。
可见其中低四位为小数位。
图8DS18B20温度数据表
4.3显示电路
1602液晶也叫做1602字符型液晶，它是一种被用来显示数字、字母、符号等等的点阵型液晶字符模块。
每一个点阵字符位都能显示出一个字符，且每位之间有一个点的间隔距离，每一行之间也有一定的间隔距离，具有间隔文字、规范条理有序的作用。
这样一来他也具有一个弊端，就是不能很好的显示图片。
LCD1602引脚结构如图3-6。
LCD1602的意思是显屏可以显示两行字符，每一行具有十六个字符液晶。
图9LCD1602显示电路
4.4报警电路
当温度超过设定温度值时，实现声光报警，蜂鸣器鸣叫。
蜂鸣器由单片机P1^7口控制，用三极管驱动。
图10报警电路
4.5键盘输入电路
四个键分别连接单片机P3^2、P3^3、P3^4、P3^5构成独立式键盘，分别实现加、减、报警温度设定功能键。
图11键盘输入电路
5软件设计
5.1主程序模块
主程序需要调用3个子程序，分别为：
实时温度显示子程序
温度设定、报警子程序
LCD显示子程序
5.2读温度值模块
读温度值模块需要调用4个子程序，分别为：
●DS18B20初始化子程序：
让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作
●DS18B20写字节子程序：
对DS18B20发出命令
●DS18B20读字节子程序：
读取DS18B20存储器的数据
●延时子程序：
对DS18B20操作时的时序控制
5.3中断模块
中断采用T0方式1，初始值定时为50ms。
中断模块需调用两个子程序：
●读温度值子程序：
定时读取温度值，实时更新温度值
●记录温度值子程序：
定时记录温度值，供查询使用
把这两个子程序放在中断的原因是，不会因为调整报警温度或查询历史温度值而停止更新温度值和记录温度值。
中断模块流程图：
5.4温度设定、报警模块
此模块跟温度查询模块类似，需要接受按键输入，进入模块界面后，按加减键分别上调和下调设定报警温度值，当实时温度值超过设定值时驱动蜂鸣器发声，报警。
6源程序
#include
#include"LCD_drive.h"
#include"DS18B20_drive.h"
sbitBEEP=P1^7;
sbitRELAY=P3^6;
sbitK1=P3^2;
sbitK2=P3^3;
sbitK3=P3^4;
sbitK4=P3^5;
bittemp_flag;
bitK1_flag=0;
unsignedcharcount_50ms=0;
bitkey_up;
unsignedchardisp_buf[8]={0};
unsignedcharTH_buf[]={0};
unsignedcharTL_buf[]={0};
unsignedchartemp_comp;
unsignedchartemp_data[2]={0x00,0x00};
unsignedchartemp_TH=30;
unsignedchartemp_TL=15;
unsignedcharcodeline1_data[]="DS18B20OK";
unsignedcharcodeline2_data[]="TEMP:
";
unsignedcharcodemenu1_error[]="DS18B20ERR";
unsignedcharcodemenu2_error[]="TEMP:
-------";
unsignedcharcodemenu1_set[]="HighTem:
";
unsignedcharcodemenu2_set[]="LowTem:
";
unsignedcharcodemenu2_H[]=">Gao";
unsignedcharcodemenu2_L[]="unsignedcharcodemenu2_J[]="OK";
voidTempDisp（）;
voidbeep（）;
voidMenuError（）;
voidMenuOk（）;
voidTHTL_Disp（）;
voidGetTemperture（）;
voidTempConv（）;
voidWrite_THTL（）;
voidScanKey（）;
voidSetTHTL（）;
voidTempComp（）;
/********以下是温度值显示函数,负责将测量温度值显示在LCD上********/
voidTempDisp（）
{
lcdwrite_cmd（0x45|0x80）;
lcdwrite_dat（disp_buf[3]）;
lcdwrite_dat（disp_buf[2]）;
lcdwrite_dat（disp_buf[1]）;
lcdwrite_dat（'.'）;
lcdwrite_dat（disp_buf[0]）;
lcdwrite_dat（0xdf）;
lcdwrite_dat（'C'）;
}
voidbeep（void）
{
BEEP=0;
BEEP=0;
Delay_ms（100）;
BEEP=1;
Delay_ms（100）;
BEEP=0;
BEEP=0;
Delay_ms（200）;
BEEP=1;
Delay_ms（200）;
}
voidMenuOk（）
{
unsignedchari;
lcdwrite_cmd（0x00|0x80）;
i=0;
while（line1_data[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（line1_data[i]）;
i++;
}
lcdwrite_cmd（0x40|0x80）;
i=0;
while（line2_data[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（line2_data[i]）;
i++;
}
}
voidMenuError（）
{
unsignedchari;
lcd_clr（）;
lcdwrite_cmd（0x00|0x80）;
i=0;
while（menu1_error[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu1_error[i]）;
i++;
}
lcdwrite_cmd（0x40|0x80）;
i=0;
while（menu2_error[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu2_error[i]）;
i++;
}
lcdwrite_cmd（0x4b|0x80）;
lcdwrite_dat（0xdf）;
lcdwrite_dat（'C'）;
}
/********以下是报警值TH和TL显示函数,用来将设置的报警值显示出来********/
voidTHTL_Disp（）
{
unsignedchari,temp1,temp2;
lcdwrite_cmd（0x00|0x80）;
i=0;
while（menu1_set[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu1_set[i]）;
i++;
}
lcdwrite_cmd（0x40|0x80）;
i=0;
while（menu2_set[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu2_set[i]）;
i++;
}
TH_buf[3]=temp_TH/100+0x30;
temp1=temp_TH%100;
TH_buf[2]=temp1/10+0x30;
TH_buf[1]=temp1%10+0x30;
lcdwrite_cmd（0x0A|0x80）;
lcdwrite_dat（TH_buf[3]）;
lcdwrite_dat（TH_buf[2]）;
lcdwrite_dat（TH_buf[1]）;
lcdwrite_dat（0xdf）;
lcdwrite_dat（'C'）;
TL_buf[3]=temp_TL/100+0x30;
temp2=temp_TL%100;
TL_buf[2]=temp2/10+0x30;
TL_buf[1]=temp2%10+0x30;
lcdwrite_cmd（0x4A|0x80）;
lcdwrite_dat（TL_buf[3]）;
lcdwrite_dat（TL_buf[2]）;
lcdwrite_dat（TL_buf[1]）;
lcdwrite_dat（0xdf）;
lcdwrite_dat（'C'）;
}
/********以下是读取温度值函数********/
voidGetTemperture（void）
{
EA=0;
Init_DS18B20（）;
if（yes0==0）
{
WriteOneByte（0xCC）;
WriteOneByte（0x44）;
Delay_ms（1000）;
Init_DS18B20（）;
WriteOneByte（0xCC）;
WriteOneByte（0xBE）;
temp_data[0]=ReadOneByte（）;
temp_data[1]=ReadOneByte（）;
temp_flag=1;
}
elsetemp_flag=0;
EA=1;
}
/********以下是温度数据转换函数,将温度数据转换为适合LCD显示的数据********/
voidTempConv（）
{
unsignedcharsign=0;
unsignedchartemp;
temp=temp_data[0]&0x0f;
disp_buf[0]=（temp*10/16）+0x30;
temp_comp=（（temp_data[0]&0xf0）>>4）|（（temp_data[1]&0x0f）<<4）;
disp_buf[3]=temp_comp/100+0x30;
temp=temp_comp%100;
disp_buf[2]=temp/10+0x30;
disp_buf[1]=temp%10+0x30;
if（disp_buf[3]==0x30）
{
disp_buf[3]=0x20;
if（disp_buf[2]==0x30）
disp_buf[2]=0x20;
}
}
/********以下是写温度报警值函数********/
voidWrite_THTL（）
{
Init_DS18B20（）;
WriteOneByte（0xCC）;
WriteOneByte（0x4e）;
WriteOneByte（temp_TH）;
WriteOneByte（temp_TL）;
WriteOneByte（0x7f）;
Init_DS18B20（）;
WriteOneByte（0xCC）;
WriteOneByte（0x48）;
}
/********以下是按键扫描函数********/
voidScanKey（）
{
if（（K1==0）&&（K1_flag==0））
{
Delay_ms（10）;
while（!
K1）;//等待K1键释放
K1_flag=1;
THTL_Disp（）;//显示TH、TL报警值
}
if（K1_flag==0）//若K1_flag为0，说明K1键未按下
{
TempConv（）;//将温度转换为适合LCD显示的数据
TempDisp（）;//调用LCD显示函数
TempComp（）;//调温度比较函数
}
}
/********以下是设置报警值TH、TL函数********/
voidSetTHTL（）
{
if（（K1==0）&&（K1_flag==1））
{
Delay_ms（10）;
while（!
K1）;//等待K1键释放
//蜂鸣器响一声
key_up=!
key_up;//加1减1标志位取反,以便使K2、K3键进行加1减1调整
}
if（（K2==0）&&（K1_flag==1））
{
Delay_ms（10）;
while（!
K2）;//等待K2键释放
if（key_up==1）temp_TH++;//若key_up为1,TH加1
if（key_up==0）temp_TH--;//若key_up为0,TH减1
if（（temp_TH>120）||（temp_TH<=0））//设置TH最高为120度，最低为0度
{
temp_TH=0;
}
THTL_Disp（）;//显示出调整后的值
}
if（（K3==0）&&（K1_flag==1））
{
Delay_ms（10）;
while（!
K3）;//等待K3键释放
if（key_up==1）temp_TL++;//若key_up为1,TL加1
if（key_up==0）temp_TL--;//若key_up为0,TL减1
if（（temp_TL>120）||（temp_TL<=0））
{
temp_TL=0;
}
THTL_Disp（）;
}
if（（K4==0）&&（K1_flag==1））
{
Delay_ms（10）;
while（!
K4）;//等待K4键释放
K1_flag=0;//K1_flag标志位置1，说明调整结束
Write_THTL（）;//将THTL报警值写入暂存器和EEPROM
MenuOk（）;//调整结束后显示出测量温度菜单
}
}
/********以下是温度比较函数********/
voidTempComp（）
{
unsignedchari;
if（temp_comp>=temp_TH）
{
beep（）;
beep（）;
beep（）;
beep（）;
RELAY=0;
lcdwrite_cmd（0x4c|0x80）;
i=0;
while（menu2_H[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu2_H[i]）;
i++;
}
}
elseif（temp_comp<=temp_TL）
{
beep（）;
beep（）;
beep（）;
beep（）;
beep（）;
RELAY=1;
lcdwrite_cmd（0x4c|0x80）;
i=0;
while（menu2_L[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu2_L[i]）;
i++;
}
}
elseif（temp_comp>=temp_TL&&temp_comp<=temp_TH）
{
RELAY=1;
lcdwrite_cmd（0x4d|0x80）;
i=0;
while（menu2_J[i]!
='\0'）
{
lcdwrite_dat（menu2_J[i]）;
i++;
}
}
else
{
lcdwrite_cmd（0x0f|0x80）;
lcdwrite_cmd（0x4e|0x80）;
lcdwrite_dat（0x20）;
lcdwrite_dat（0x20）;
}
}
/********以下是定时器T0初始化函数********/
voidtimer0_init（）
{
TMOD=0x01;
TH0=0x4c;
TL0=0x00;
EA=0;
ET0=1;
TR0=1;
}
/********以下
升级会员 