基于单片机的智能水温控制系统设计

基于单片机的智能水温控制系统设计

摘 要

本设计以AT89C52单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20,74HC245, LED显示器对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块等三大模块组成。本系统的特点在于采用PC机及普通键盘实现了多机通信。

该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制。因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。

关键词：AT89C52单片机；温度传感器；74HC245；LED显示器

基于单片机的智能水温控制系统设计

- 1 - 目录

摘 要 ......................................................... - 0 -

第一章 绪 论 ................................................. - 3 -

1.1系统概述 .................................................. - 3 -

第二章 系统方案设计 ............................................ - 4 -

2.1总体方案论证 .............................................. - 4 -

2.2 模块方案论证 .............................................. - 4 -

2.2.1 控制方案论证 .......................................... - 5 -

2.2.2 系统组成论证 .......................................... - 5 -

2.2.3 单片机系统选择 ........................................ - 6 -

2.2.4 温度控制方案论证 ...................................... - 6 -

2.2.5 LED显示电路论证....................................... - 6 -

第三章 总体设计 ................................................ - 8 -

3.1 总体设计系统图 ............................................ - 8 -

3.2 AT89C52单片机 ............................................ - 8 -

3.4 74HC245 .................................................. - 11 -

3.5 DS18B20温度传感器 ....................................... - 11 -

第四章 硬件电路设计 ........................................... - 16 -

4.1 主机控制部分 ............................................. - 16 -

4.2电路的整体排布 ........................................... - 16 -

4.3 复位电路设计 ............................................. - 16 -

4.4 系统电源电路 ............................................. - 17 -

4.5时钟电路的设计 ........................................... - 17 -

4.6温度采样电路 ............................................. - 18 -

4.7 温度控制系统 ............................................. - 18 -

4.8数字显示部分 ............................................. - 19 -

4.9 报警电路设计 ............................................. - 19 -

第五章 仿真调试结果 ........................................... - 21 -

5.1 KEIL UVISION 2软件简介 ..................................... - 21 - 基于单片机的智能水温控制系统设计

- 2 - 5.2 KEIL 调试 ............................................... - 21 -

5.3 PROTEUS 仿真 ............................................... - 22 -

第六章 设计总结 ............................................... - 24 -

6.1 设计过程总结 ............................................. - 24 -

6.2 设计功能拓展 ............................................. - 24 -

参考文献 ...................................................... - 25 -

致 谢 ......................................................... - 26 -

附录：程序清单 ................................................ - 27 -

基于单片机的智能水温控制系统设计

- 3 - 第一章 绪 论

1.1系统概述

单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程，并且，控制分为手动和声控两种途径。因此，应以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。

本设计的任务与要求为一升水由1kw的电炉加热，要求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。主要性能指标

a.控制精度：温度控制的静态误差≤3℃。

b.用十进制数码显示实际水温。

c.温度设定范围：00-90℃，最小区分度为1℃。

d.能打印实测水温值。

扩展功能

a.具有通信能力，可接受其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。

b.采用适当的控制方法实现当设定温度与环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。

c. 温度控制的静态误差≤1℃。

基于单片机的智能水温控制系统设计

- 4 - 第二章 系统方案设计

2.1总体方案论证

（1）、方案一：此方案是采用传统的模拟控制方法（方案框图如图2-1-1），选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定加热或者不加热。器特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的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，而且不易实现对系统的

控制及对温度的显示，人机交换性能差。

图2-1-1模拟控制框图

（2）方案二：采用单片机89c52为核心。采用了温度传感器DS18B20采集温度变化信号，数字采样芯片DS18B20将数字信号并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。以单片微型计算机为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用也为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口提供了可能，而这些功能在常规数字逻辑道路中往往是难以实现或无法实现的。所以，本例采用以单片机为核心的直接数字控制系统。

比较两种方案，方案二明显的改善了方案一的不足及缺点，并具有控制简单控制温度精度高的特点。因此本设计电路采用方案二。

2.2 模块方案论证

本电路以单片机为基础核心，系统由前向通道模块、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。现将各部分主要元件及电路做以下的论证： 温度预置 信号放大

单片机 L

C

D显示

控制开关

数据采集