毕业论文：基于单片机控制的水温控制系统的设计.doc

XX学院 物理系 201X 届 电子信息工程专业 毕业设计  PAGE - 30 - 基于单片机控制的水温控制系统的设计 XXX (XX学院 物理系，河南XX 245043) 摘 要 目前的水温控制系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机组成的传输系统。这种系统需要布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸复杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时作出决定。本论文设计了一种以AT89C51单片机为核心的采用DS18B20的高精度数据采集系统，给出了该设计方法的原理说明和具体的设计电路，叙述了系统的硬件线路的设计要点和结构以及软件的设计要点，同时给出了各个重要子程序的流程图。该水温控制系统体积小，安装方便，反应灵敏，控制精度高，且成本低，操作简单，易于推广。 关键词： AT89C51； DS18B20； 水温控制 1 绪论 在人类的生活环境中，温度扮演着及其重要的角色。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都得考虑着温度的因素。温度控制是无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，如电热水器、自动饮水机等，都要用到水温控制系统。高校的发展同样要求用现代化手段提升现有的实验设备，为学生提供更多更好更现代化的实验条件。因此我们应该应用电子专业知识，实现温度控制的自动化，提高工业企业自动化水平。 目前的水温控制系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机组成的传输系统[1]。这种系统需要布置大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸复杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的系统就很有必要。 近年来，单片机以其功能强、体积小、使用方便、性能价格比较高等优点,在实时控制、自动测试、智能仪表、计算机终端、遥测通讯、家用电器等许多方面得到了广泛的应用。用单片机对温度进行实时检测和控制来解决工业及日常生活中对温度的及时自动控制，是现代温控系统发展的趋势。 2 系统方案设计 现在的电子产品朝着密集型发展，而电子产品的温度特性普遍比较差，这就对温度的自动控制提出了新的要求。如果采用国外进口的温度检测与自控系统，虽然性能较好，但是结合国情，其价格相当昂贵，又全是英文，推广起来比较困难[2]。基于以上问题，本论文设计出一个温度传感器，配合单片机计算机系统，从软件的编制上实现对各外围硬件的控制，最终实现对水温的自动控制。在硬件的设计上，所有的元器件都采用了通用型产品，使得设计出来的产品及维修都相当方便，可以有效地降低成本，同时另外一点就是能用软件实现的功能尽量选用软件进行操作，更加突出了产品的简单性和高可靠性。 2.1系统设计技术指标 本设计水温设定由人工设定，温度设定范围为40-90℃，最小区分度为1℃,标定温差≤1℃；环境温度降低时，温度控制的静态误差≤1℃；用十进制数码管显示水的实际温度；采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到90℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 2.2方案的选择与论证 根据任务和测量控制现象以及现有的条件，现提出了以下两个方案。 方案一：采用传统的二位模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，采用上下限比较电路将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。由于采用模拟控制方式，系统受环境的影响大，不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码显示和键盘设定[3]。 方案二：此方案采用了AT89C51单片机为核心，采用温度传感器DS18B20进行温度采集，用继电器控制加热，使其达到电路简单、可靠的目的。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。 将两个方案比较便可以得出一个结论，方案二明显的改善了方案一得不足及缺点，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。 2.3系统总体方案设计 本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由七部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分