基于单片机的水温控制系统设计-毕业设计(2)

方案二：采用STC89C52RC单片机作为控制器。本单片机是在一块芯片中集成了数据存储器ROM，中央处理器，定时器，计数器和程序存储器RAM,32位IO口，可通过编程实现逻辑，运算等控制，且其具有体积小，功耗低，成本低的优势，而且此单片机引脚较少，对于本系统是最佳的选择。不仅可以实现自动化控制水温的功能，又可以降低成本又是十分简便的方式。

综上所述选择方案二。 2.2 温度采集模块

方案一：采用热敏电阻器采集温度，尽管其灵敏度较高，工作范围也挺广泛，但是其阻值与温度关系非线性严重，调试较复杂，固不采用。

方案二：采用热电偶采集温度，尽管其精确度较高，稳定性好，但是其灵敏度低，成本较高，对污染特别敏感，调试困难,固也不采用。

方案三：采用DS18B20温度传感器采集温度，可直接与本系统控制电路单片机通信，读取测温数据。且线路简单，耗用资源少，灵敏度高，测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625 ℃，而且较其它温度采集模块，我们已对DS18B20有了初步的接触，在我们使用时会更加等心应手，减少不必要的麻烦，最主要是DS18B20能满足本系统所有要求。

综上所述选择方案三。 2.3 显示模块

方案一：采用LED八段数码管。使用该方案时就要用到三个LED分别显示温度的十位、个位和小数位，在制作时就使其复杂麻烦。尽管数码管低消耗，但是其引脚不规则，在辨别和确认引脚时也较为麻烦，还有一点就是温度是可以变化的，是随着时间会改变的，固该系统是动态显示，为满足这点要求LED八段数码管在使用时要外加驱动电路，就更为复杂。

方案二：采用液晶显示屏。液晶显示屏不但具有数码管显示的特点，但是较LED八段数码管而言，它的引脚就较其简单，而且抗干扰能力强，编程也相对简单容易，使本系统在制作时更为简单，且满足我们的所有需求。

综上所述选择方案二。 2.4 温度控制模块

方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。采用本方案需通过控制其导通角来掌握电流大小，尽管可控硅开端速度快且无涌流，但该方案电路复杂，还需增加其他光耦器件，使电路更显复杂，并且成本高，功耗大，所以不使用该方案。

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方案二：采用PWM控制固态继电器来达到控制电流大小的目的，从而控制加热温度降低温度，继电器可以很容易地实现通过较高的电压和电流，并且较方案一电路简单，不用外加光耦器件，且成本低，对整体系统无干扰，响应快，能满足该系统要求。

综上所述选择方案二。

3 硬件电路

3.1 硬件框图

该总系统主要以STC89C52为核心模块来控制整个系统，还有温度采集模块，显示模块，温度控制模块，键盘输入等共同协调而成，该系统可以简单的控制水温，并加热水温使其达到预设状态，该系统最常见的实例就是饮水机。饮水机是设置水温达到几乎100摄氏度，当打开电源自动开始加热到预设温度，当达到预设温度时保温，保持预设温度，当温度未达到时，又继续自动加热，以此循环。水温控制器的硬件框图如3.1-1所示。

温度采集 STC89C52 单 片 数据存储 数据显示 键盘输入 机 温度控制

图3.1-1 硬件框图

3.2 功能介绍

3.2.1 控制电路模块

本系统控制电路模块是采用单片机STC89C52，它属于51系列单片机，具有51系列单片机的特点，51系列单片机又被叫做位处理器，因为其有一优点就是从内的硬件到软件都有一套按位操作的系统，由此显而易见51系列单片机处理方式是按位处理，单片

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机还具有高集成度，体积小的特点，它是将各功能部件集成在一块小芯片上，具有逻辑运算，置位，清零等功能，最主要是其控制能力强,而本系统用到的STC89C52单片机是一个8位单片机，，它的外部晶振为12MHz，一个指令周期为1μS，它还有32个IO口，而单片机的IO口逻辑操作及位处理能力很强，适用于使用控制功能系统。单片机STC89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。

单片机不但引脚少，而且功能强大，本系统主要应用了STC89C52具有控制能力强，及内部又8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器，使我们采集温度后可以直接将数据传输到单片机，并可以记录储存到此时的数据，并且它的控制能力可以协调控制各模块之间自动运行，且编写程序控制较其它而言相对简单，再者单片机引脚少，使电路不至于麻烦，为操作者带来很大的便利。如图3.2.1-1为STC89C52电路图。

图3.2.1-1 STC89C52电路图

STC89C52单片机共有40个引脚，其中有2个用于主电源引脚，分别是Vcc和Vss，位于40和20引脚；2个外接晶振的引脚，分别是XTAL1和XTAL2，其中XTAL1在单片机内是反相放大器中的输入端，而XTAL2则是输出端；4个控制或与其它电源复用的引脚，分别是RST（上电复位），ALE（允许地址锁存信号），PSEN（片外程序存储器读选通

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输出端），EA/Vpp（访问外部程序储器控制信号和编程电源）；以及32个输入输出IO引脚，其中分为P0（P0.0～P0.7），P1(P1.0～P1.7)，P2(P2.0～P2.7)，P3(P3.0～P3.7)口，而P3口不仅具有准双向接口的功能，还具有其它功能，具体如表3.2.1-1所示。

每个输入输出IO口，输入输出的数据总类是不一样的。

P0：共有P0.0～P0.7。它分为两种接口情况，其中一种是不接不扩展IO接口或外部存储器时，它就被用作准双向8位输入输出接口。另外一种是接有扩展IO口或外部程序存储器时，P0口就被作为地址数据分时复用口，然而其中分时的接口可提供8位的双向数据总线。在片内含有EPROM的单片机，P0还有其它作用。EPROM可以编程和检验，当它进行编程的时候，就可以从P0输入指令字节；而当检验程序的时候，对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，P0口输出指令字节。

P1：共有P1.0～P1.7。它具有输入输出端口的通用特点就是可被用作准双向IO接口使用。对于STC89C52单片机来说它的功能较唯一。

P2：共有P2.0～P2.7。它也具有输入输出口的一般特性就是可用作双向IO接口。它接有外部IO接口或者外部程序存储器，并且它的寻址范围大于了256个字节的时候，P2就被用作P高8位地址总线并且可以送出高8位地址 。

P3：共有P3.0～P3.7。它也具有输入输出口的一般特性就是可用作双向IO接口。P3口又被叫作双功能口，它的每一个引脚都可以单独使用，不仅可以单独用作输入输出接口，并且每一个单独的引脚都有其单独的其它功能，如表3.2.1-1P3口其它功能所示。

表3.2.1-1 P3口其它功能

引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 功能 RXD（串行口输入端0） TXD（串行口输出端） INT0（部中断0请求输入端，低电平有效） INT1（中断1请求输入端，低电平有效） T0（时器/计数器0计数脉冲端） T1（时器/计数器1数脉冲端） WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效） RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效） 5

4个控制引脚，它还能与其它电源复用，RST引脚又可以作为VPD引脚，叫作备用电源，它的作用就是当VCC发生故障不能使用时，譬如断电或者电平降到低电平范围，此时可接到备用电源VDP为系统RAM供电，以保证RAM继续运行，使其中的数据不至于丢失。EA引脚又可以作为VPP引脚，但是被看作VPP时的条件是当片内含有EPROM的单片机，并且当EPROM在编程的时候，这时该控制引脚用来接21V的编程电源，也就是Vpp。

3.2.2 温度采集模块功能

该系统采用数字温度传感器DS18B20，将该传感器输出信号上拉电阻直接接到单片机的P1.0引脚上。该传感器上具有半导体温敏器，数据存储器，数模转换等都集成在一块芯片上，所以它具有温度测量，通过A/D转换之后得出温度数值并存储记忆，其测量温度-55℃～+125℃，满足我们测温的范围。

该学期我们在嵌入式的课程上也初步接触到了DS18B20，在课内我们利用DS18B20的感温测温功能测试了室内温度并且通过SSI数码管显示出数据。通过那次实验我了解到DS18B20是一种工业中常用的数字温度传感器，它的接线十分方便简单，且封装形式很多，譬如不锈钢封装封装式，螺纹式，管道式，磁铁吸附式等等。封装后的该器件应用广泛，譬如用于高炉水循环测温，机房测温，洁净室测温，锅炉测温等。

DS18B20采用的是独特的单线接口方式，当在与微处理器连接使用时仅仅只需要一条口线就可以实现其与微处理器的双向通讯，对于该水温测试系统来说十分方便，减少了安装制作的麻烦，其测温范围在-55℃～+125℃，测温误差也极其小。DS18B20还有个特点就是支持多点组网，也就意味着在一个测温系统中不仅仅只能采用一个DS18B20，还可以多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，其最多可以并联8个，即就能实现多点测温的功能。但是有一点不足就是过多的DS18B20并联在一起时，从而造成供电的电源电压值较低，因为电压过低，使传输不稳定，即信号传输就不稳定。

DS18B20有三根外引线，外部构造十分简单明了，三根引线，分别是DQ，VDD，GND，DQ就是单线数据传输总线端口，VDD就是外供电源线，而GND则是共用地线。了解到DS18B20的外引线之后，我们就可以更加深入了解到它的供电方式，它共有两种常用的供电方式，其中一种为数据线供电方式，这种方法是将VDD接地，然而它获得能量的方法是通过内部电容在空闲时从数据线汲取，从而可任意使其完成温度的转换，但是有一点不足的就是完成相应的温度转换的时间较长，面对这一种不足时，通常采用单片机的一个I/O口来使其来完成对DS18B20总线上拉，使时间尽可能缩短。另一种方法则是外部供电方式，也就是说VDD接+5V，然而这种方式完成相应的温度测量的时间较短。所以我们这个水温系统则采用了第二种方式以节省时间为目的。如图3.2.2-1为DS18B20

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