毕业设计论文水温自动控制系统钟野院系：电子信息工程学系专业：电气自动化技术班级：学号：指导教师：职称（或学位）：2011年5 月目录1 引言 (2)2 方案设计 (2)2.1 总体系统的设计思路 (2)2.2 部分外围系统的设计思路 (3)3 硬件电路设计 (3)3.1 单片机最小系统的设计 (3)3.2 温度检测电路的设计与论证 (4)3.3 显示功能电路的设计与论证 (5)3.4 温度报警提示功能电路的设计与论证 (5)3.5 外围电路控制设计 (6)3.6 扩展部分方案设计 (7)4 软件设计 (7)4.1 控制主程序设计 (7)4.2 温度设置程序设计 (8)4.3 上下限报警程序设计 (8)5 结论 (9)结束语 (9)致谢 (10)参考文献 (10)附录.................................................................................................................. 错误!未定义书签。
水温自动控制系统钟野（XXXX电子信息工程学系指导教师：CXJ）摘要：本文设计主要是采用A T89C51单片机为控制核心、以温度传感器（DS18B20）为温度采集元件, 外加温度设置电路、温度采集电路、显示电路、报警电路和加热电路来实现对水温的显示同时自动检测及线性化处理,其误差小于±0.5℃。
本文重点介绍硬件设计方案的论证和选择，以及各部分功能控制的软件的设计。
本次设计的目标在于：由单片机来实现水温的自动检测及自动控制，实现设备的智能化。
关键词：单片机;温度传感器;自动控制Abstract: This paper is designed AT89C51 microcontroller as control core and temperature sensor DS18B20) for (temperature gathering element, plus the temperature setting circuit, temperature gathering electriccircuit, display circuit, alarm circuit and heating circuit to achieve water temperature display while automatically detecting and linearization, its error is less than 0.5 + ℃. This paper mainly introduces the hardware design argumentation and choice, and some functional control software design. This design goal is: by single-chip microcomputer to realize the automatic detection and automatic temperature control, realize the intellectualized equipment.Keywords: Microcontroller; Temperature sensors; Automatic control1 引言随着经济的高速发展和人们生活水平的不断提高，对生活电器化的要求也越来越高；而电器化层度也越来越趋向于自动控制控制乃至于智能控制。
同时随着嵌入式系统开发技术的快速发展及其在各个领域的广泛应用，人们对电子产品的小型化和智能化要求越来越高，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。
随着经济的发展对于生产效率和质量的要求也越来越高，温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量，其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。
生活中水温控制的应用十分广泛，跟人们的生活息息相关。
在此条件下利用温度传感器和单片机设计水温控制系统以实现水温的自动控制及实时显示，以方便人们生活所需。
且单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。
本文主要研究以A T89C51芯片作为该水温自动控制系统的核心，温度信号由新型的数字温度传感器（DS18B20）或热电偶提供。
通过软件实现对水温的控制，使用继电器作执行部件。
本文研究若用于低温设备（如热水器）等时，采用以单片机为控制核心，系统通过新型的数字温度传感器（DS18B20）测得水温，并送入单片机，实时显示当前温度；若用于高温设备（如锅炉）等时，采用以单片机为控制核心，系统通过传感器测得水温，通过A/D转换器将采样输入的模拟量转换成数字量送入单片机，并显示当前温度。
本文的研究成果适用于各类化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏等工艺过程的温度检测和控制；同时还可以应用于热水器等小型的生活电器。
2 方案设计2.1总体系统的设计思路通过模块方案的比较与论证，最终确定的系统组成方框图如图1所示。
本论文设计是主要采用AT89C51单片机芯片来实现温度采集、信号处理、温度设置、温度显示和继电器输出控制等功能的主要核心芯片。
利用数字温度计来检测水温；采用A/D转换芯片ADC0809来实现对温度计采集到信号进行模数转换处理；采用四位共阴LED和按键实现温度的显示和温度的设置功能；采用继电器来实现间接控制外围设备。
图1系统组成方框图2.2 部分外围系统的设计思路本文通过方案比较与论证，最终确定的外围系统组成方框图如图2所示。
外围系统主要是利用数字温度计来检测水温，并把数据传送给单片机处理判断水温是否稳定，是否启动加热装置。
加热部分是由单片机控制继电器的输出部分，并由继电器间接控制加热装置的启停。
图2 外围系统组成方框图3 硬件电路设计3.1 单片机最小系统的设计单片机最小系统是由单片机芯片A T89C51为核心，由电源部分、复位电路和晶振电路组成（如图3所示）。
图3 单片机最小系统3.2 温度检测电路的设计与论证方案一：采用温度传感器（DS18B20）芯片来实现水温的检测（数字温度计检测电路如图4所示），且输出信号为数字信号。
数字温度计DS18B20在0℃～100℃时，最大线形偏差小于1℃。
最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和单片机A T89C52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号。
便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。
同时采用AT89C51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且硬件实现简单，安装方便。
同时DS18B20单线数字温度传感器是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。
DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。
当计数门打开时，DS18B20对f0计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。
芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以被偿。
测量结果存入温度寄存器中。
一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位被码形式读出，表1给出了温度和数字量的关系。
表1 DS18B20温度/数据关系表温度/℃二进制表示十六进制表示+125°C0000 0111 1101 000007D0H+85°C0000 0101 0101 00000550H+25.0625°C0000 0001 1001 00010191H+10.125°C0000 0000 1010 001000A2H+0.5°C0000 0000 0000 10000008H0°C0000 0000 0000 00000000H-0.5°C1111 1111 1111 1000FFF8H-10.125°C1111 1111 0101 1110FF5EH-25.0625°C1111 1110 0110 1111FF6FH-55°C1111 1100 1001 0000FC90H图4 数字温度计检测电路方案二：采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成（热电偶的构成如图5），热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。
通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。
数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
图5 热电偶电路图经综合考虑，本设计如果应用于热水器等温度范围在0℃～+100℃时采用方案一；如果应用于锅炉控制等高温设备（最高温度≥100℃）时，则采用方案二（此方案为扩展部分方案）。
3.3 显示功能电路的设计与论证方案一：采用四个LED七段码共阴极来实现行驶距离和时间的交替显示，但是此方案需要占用较多的I/O地址端口，考虑到I/O不够用，同时采用多个LED七段数码在制作PCB板时太过繁杂且容易产生干扰。
方案二：采用74LS138和74LS248分别驱动同一块四位共阴LED的位选和数选，这不仅节省了I/O 地址端口，也节省了单片机的内部空间容量，同时不容易产生干扰（显示电路如图6所示）。
经综合考虑，本设计采用方案二。
图6 显示功能电路3.4 温度报警提示功能电路的设计与论证方案一：本设计的发挥部分，是加入了报警，如果我们所设计的系统是监控某一设备的水温，当水的温度超过我们所设定的温度值时，系统会产生报警。
报警时由单片机产生一定频率的脉冲，由P0.0引脚输出，P0.0外接一只NPN的三极管来驱动扬声器发出声音，以便操作员来维护，从而达到报警的目的。
此方案能完成声光提示功能，给人以提示的可懂性比较差，但在一定程度上能满足要求，而且易于实现，成本也不高（报警提示电路如图7所示）。
方案二：采用DS1420可分段录放音模块，能够给人以直观的提示，但DS1420录放音模块价格比较高，也可以采用此方案来处理，但方案二性价比不如方案一，且在短时间内不能够采购到到该元件。