水溫水位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　學(xué) 號(hào) 研究類型 </p><p>　　編 號(hào) 分 類 號(hào) </p><p><b>　　機(jī)械電子工程學(xué)院</b></p><p><b>

2、;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　學(xué)

3、生姓名 </p><p>　　論文題目 </p><p>　　200 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)高精度的水溫水位控制，本文介紹了

4、一種以AT89C51單片機(jī)為控制核心、以一種新型的可編程溫度傳感器（DS18B20）為溫度采集器件來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫水位控制系統(tǒng)。文章著重介紹核心器件的選擇、各部分電路及軟件的設(shè)計(jì)。AT89C51單片機(jī)完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強(qiáng)大的中斷處理能力，決定了該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)短、系統(tǒng)可靠性高等。水位以AT89C51單片機(jī)檢測(cè)缺水溢流，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，溫度檢測(cè)采用新型的可編程溫度傳感器（DS18B20），不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路和

5、A/D轉(zhuǎn)換電路，能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，采用LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示溫度值，實(shí)現(xiàn)方便、簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)根據(jù)不同需要可用于各種場(chǎng)合。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】單片機(jī) DS18B20 LCD1602 控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In order to realize hig

6、h precision temperature level control, this paper introduces an AT89C51 as control core, with a new type of programmable temperature sensor (DS18B20) for temperature gathering device to achieve water level control system

7、. This article mainly introduces the selection, the core component parts circuit and software design. AT89C51 perfect internal structure, excellent performance and powerful interrupt handling ability, decided the control

8、 system has the characteristic of sim</p><p>　　on various occasions.</p><p>　　【Keywords】microcontroller DS18B20 LCD1602 control</p><p><b>　　目 錄</b></p>

9、<p><b>　　目 錄3</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　第一章.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.1水溫水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求5</p><p>　　1.2系統(tǒng)總體方案的選擇5</p><

10、;p>　　1.3溫度傳感器的選擇6</p><p>　　第二章.元器件介紹及硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1元器件介紹6</p><p>　　2.1.1溫度傳感器6</p><p>　　2.1.2 AT89C51的特性9</p><p>　　2.1.3 LCD1602液晶9</p>

11、;<p>　　2.1.4繼電器10</p><p>　　2.1.5鍵盤(pán)10</p><p>　　2.2硬件電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.2.1溫度采集電路11</p><p>　　2.2.2 LCD1602液晶顯示電路11</p><p>　　2.2.3水位監(jiān)測(cè)電路11</p&g

12、t;<p>　　2.2.4輸出驅(qū)動(dòng)電路12</p><p>　　2.2.5鍵盤(pán)電路13</p><p>　　2.2.6蜂鳴報(bào)警電路13</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1程序結(jié)構(gòu)說(shuō)明14</p><p>　　3.2程序流程圖14</p>&l

13、t;p>　　3.2.1主程序14</p><p>　　3.2.2 LCD1602顯示程序流程圖15</p><p>　　3.2.3溫度采集處理程序16</p><p>　　3.2.4鍵盤(pán)程序17</p><p>　　3.3操作指引18</p><p>　　第四章. 實(shí)驗(yàn)測(cè)試19</p>

14、<p>　　4.1 LCD1602顯示“ABCD1234”19</p><p>　　4.2鍵盤(pán)及數(shù)字顯示結(jié)合19</p><p>　　4.3整機(jī)調(diào)試19</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)21</p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b&

15、gt;　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得了優(yōu)異成果。在這方面日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)處于領(lǐng)先地位，并且都生產(chǎn)出了一批商品化

16、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀器儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PI

17、D控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且應(yīng)用于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)的技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國(guó)在溫度等控制儀表業(yè)與國(guó)外還有著一定的差距。</p><p>　　溫度、壓力，流量和液位是四種最常見(jiàn)的過(guò)程變量，其中溫度是一個(gè)非常重要的過(guò)程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空

18、氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn),它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求較高。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會(huì)遇到意想不到的困難。</p><p>　　隨著嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來(lái)越高，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積

19、小、價(jià)格低、可靠性高、適用范圍大、本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本文主要介紹以單片機(jī)控制溫度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件的選取、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的整定。在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)選取了AT89C51芯片作為該控制系統(tǒng)的核心，溫度信號(hào)由新型的可編程溫度傳感器（DS18B20）提供。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制，使用繼電器作執(zhí)行部件對(duì)水位的自動(dòng)控制。系統(tǒng)控制對(duì)

20、象為水箱。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變,具有較好的快速性與較小的超調(diào)。該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，要求系統(tǒng)有控制能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要可變參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。使用軟件編程既減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量，又提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的速度，使用軟件還可以提高所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　第一章.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1水溫水位控制系統(tǒng)的設(shè)

21、計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)水溫水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為水箱。水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水和自動(dòng)溢出控制，水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。</p><p>　　利用AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的智能控制，使水溫在設(shè)定溫度下控制溫度恒定。利用儀器

22、讀出水溫，并在此基礎(chǔ)上將水溫調(diào)節(jié)到我們通過(guò)鍵盤(pán)輸入的溫度（其方式是加熱或降溫），而且能夠?qū)囟蕊@示在LCD1602液晶上。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求：</b></p><p>　?。?）由鍵盤(pán)設(shè)定溫度，設(shè)定范圍為0一99℃，最小區(qū)分度為l℃，標(biāo)定溫差＜1。</p><p>　?。?）溫度低于設(shè)定溫度值時(shí)加熱，溫度高于設(shè)定值時(shí)

23、降溫</p><p>　?。?）用LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示水的實(shí)際溫度。</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)容器中無(wú)水時(shí)自動(dòng)加水,溢出自動(dòng)控制，防止燒干，故障報(bào)警。</p><p>　　（5）環(huán)境溫度降低時(shí)(例如用電風(fēng)扇降溫)溫度控制約靜態(tài)誤差＜1</p><p>　　1.2系統(tǒng)總體方案的選擇</p><p>　?。?）

24、方案一 （如圖1-1）此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案采用上下限比較電路，控制精度比較高。這種方法還是模擬控制方法，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制溫度做的更精確。而且不能用數(shù)碼管顯示和鍵盤(pán)設(shè)定。</p><p>　　圖1-1 模擬電路</p><p>　?。?）方案二 （如圖1-2）此方案采用AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程</p>&

25、lt;p>　　靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制【1】。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤(pán)輸入設(shè)定值等功能。本方案選用了AT89C51芯片，不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。</p><p>　　方案論證 方案一是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，控制方案的修改也較麻煩。而方案二是采用以AT89C51為控制核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，尤其對(duì)溫度控

26、制，可以達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的控制效果，并且可以實(shí)現(xiàn)顯示、鍵盤(pán)設(shè)定，報(bào)警等功能。大大提高系統(tǒng)的智能化，也使得系統(tǒng)所測(cè)結(jié)果的精度大大提高了。所以本次設(shè)計(jì)采用方案二。</p><p>　　圖1-2 溫度控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　1.3溫度傳感器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案的選擇主要是感溫元件的選擇,經(jīng)查閱資料,IC式感溫器在市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣泛的有以

27、下幾種：</p><p>　　1．AD590：電流輸出型的測(cè)溫組件,溫度每升高1 攝氏度K (凱式溫度)，電流增加1μA，溫度測(cè)量范圍在一55℃ ～150℃之間。其所采集到的數(shù)據(jù)需經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換，才能得到實(shí)際的溫度值。</p><p>　　2．DS18B20：除了測(cè)量溫度外，它還可以把溫度值以數(shù)字的方式(9 B i t ) 送出，溫度送出的精度為0.5℃，溫度測(cè)量范圍在-55℃ — 125

28、℃ 之間，可以做恒溫控制。</p><p>　　3. SMARTEC感溫組件:這是一只3個(gè)管腳感溫IC，溫度測(cè)量范圍在-45℃ ～ 13℃，誤差可以保持在0.7℃ 以內(nèi)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用DS18B20感溫IC，這是因其性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，接口簡(jiǎn)單，內(nèi)部集成了A/D 轉(zhuǎn)換，測(cè)溫更簡(jiǎn)便，精度較高，反應(yīng)速度快，且經(jīng)過(guò)市場(chǎng)考察，該芯片易購(gòu)買，使用方便。</p>&l

29、t;p>　　第二章.元器件介紹及硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1元器件介紹</b></p><p>　　2.1.1溫度傳感器</p><p>　　溫度傳感器選用可編程溫度傳感器（DS18B20）芯片。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距

30、離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)， 給用戶使用帶來(lái)了更多方便。</p><p>　?。?）、DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)</p><p>　?。╝）單線接口：僅需一根線與單片機(jī)相連；</p><p>　?。╞）由用總線提供電源，也可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0～5.5V；</p><p>　?。╟）測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，在

31、-10～85℃時(shí)，精度為0.5℃；</p><p>　?。╠）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的分辨率為0.5～0.0625℃；</p><p>　?。╡）用戶可編程的溫度報(bào)警設(shè)置；</p><p>　?。╢）12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。</p><p>　?。?）、DS18B20的引腳介紹</p>&

32、lt;p>　　DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳。(如圖2-1) GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3．O～5．5 V【7】。本文使用外部電源供電。</p><p>　　圖2-1 DS18B20管腳</p><p>　?。?）、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

33、<p>　　DS18B20內(nèi)部功能模塊主要由4部分組成：64位光刻R0M、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，他可以看作是該DSISB20的地址序列碼，每個(gè)DSI8B20的64位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL，配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的E2PROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH，TL或配置寄存器寫(xiě)入。配置寄存器中R1，R0決定溫度轉(zhuǎn)換的

34、精度位數(shù)：R1R0＝’00’,9位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75 ms；R1R0 = ‘01’,10位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5 ms；R1R0 = ‘10’,11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375 ms；R1R0 =’11’,12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。</p><p>　?。?）、DS18B20的使用方法</p><p>　　由于DS18B20采用的

35、是1－Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸【8】，而對(duì)AT89C51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)DS18B20芯片的訪問(wèn)。　　DS18B20是在一根I/O線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為

36、主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。</p><p>　　DS18B20的復(fù)位時(shí)序 </p><p>　　圖2-2 DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖</p><p>　　DS18B20的讀時(shí)序</p>

37、;<p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20要完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成。 </p><p>　　圖2-3 DS18B20的讀時(shí)序圖</p><p&g

38、t;　　DS18B20的寫(xiě)時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的寫(xiě)時(shí)序仍然分為寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程【10】。</p><p>　　對(duì)于DS18B20寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。<

39、/p><p>　　圖2-4 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序圖</p><p>　　2.1.2 AT89C51的特性</p><p>　　AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128byt 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功

40、能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51主要的功能特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）兼容MCS-51指令系統(tǒng)</p><p>　?。?）32個(gè)雙向I/O口</p><p>　　（3）兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　?。?）一個(gè)串行中斷</b></p>

41、;<p>　?。?）兩個(gè)外部中斷源</p><p>　?。?）可直接驅(qū)動(dòng)LED</p><p>　?。?）低功耗空閑和掉電模式</p><p>　?。?）4K可反復(fù)查寫(xiě)ROM</p><p><b>　?。?）3級(jí)加密位</b></p><p>　?。?0）全靜態(tài)操作0MHz-24M

42、Hz</p><p>　?。?1）軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　2.1.3 LCD1602液晶</p><p>　　本設(shè)計(jì)中由于要對(duì)溫度進(jìn)行顯示，所以選擇液晶顯示屏1602模塊作為輸出。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線。它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便

43、宜，具有很高的性價(jià)比。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。 管腳功能如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 LCD1602引

44、腳功能</p><p>　　LCD1602主要管腳介紹：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。R／W為讀寫(xiě)信號(hào)線端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R／W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R／W 為低電平時(shí)可以

45、寫(xiě)入數(shù)據(jù)。E為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 </p><p><b>　　2.1.4繼電器</b></p><p>　　本系統(tǒng)利用繼電器的吸合與否來(lái)控制加熱裝置和降溫裝置，實(shí)現(xiàn)水溫的自動(dòng)化控制。本次設(shè)計(jì)采用型號(hào)為JRC-21F的繼電器。其特點(diǎn)有：</p><p>　?。?）.超小型,低功耗;</p>

46、<p>　?。?）.觸點(diǎn)型式:1H,1Z(1A.AC);</p><p>　　（3）.觸點(diǎn)負(fù)載:2A,120VAC;</p><p>　?。?）.外型尺寸:15.7X10.4X11.4</p><p><b>　　2.1.5鍵盤(pán)</b></p><p>　　鍵盤(pán)選用輕觸開(kāi)關(guān)，只用三個(gè)鍵來(lái)輸入，它們的功能分別為

47、“加一”，“減一”和“確認(rèn)”三個(gè)功能按鍵，詳細(xì)電路和程序見(jiàn)后面章節(jié)。</p><p><b>　　2.2硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　總電路圖見(jiàn)附頁(yè)1，下面重點(diǎn)介紹各個(gè)模塊的電路圖。</p><p>　　2.2.1溫度采集電路</p><p>　　DS18B20為單總線器件，接口電路簡(jiǎn)單，如下圖2-6所示&l

48、t;/p><p>　　圖2-6 溫度采集電路</p><p>　　2.2.2 LCD1602液晶顯示電路</p><p>　　將L1602的RS端和P2.0，R/W端和P2.1, E 端和P2.2相連，當(dāng)RS=0時(shí)，對(duì)LCD1602寫(xiě)入指令；當(dāng)RS=1時(shí)，對(duì)LCD1602寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)R/W端接高電平時(shí)芯片處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，反之處于寫(xiě)數(shù)據(jù)狀態(tài)，E端為使能信號(hào)端。當(dāng)R/W為

49、高電平,E端也為高電平，RS為低電平時(shí)，液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。圖2-8為1602液晶顯示屏與單片機(jī)的硬件連接圖。</p><p>　　圖2-8 LCD1602顯示電路</p><p>　　2.2.3水位監(jiān)測(cè)電路</p><p>　　圖2-10 控制原理圖</p><p>　　虛線表示允許水位變化的上下限。由繼電器驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)關(guān)水閥

50、，單片機(jī)控制繼電器吸合以達(dá)到對(duì)水位控制的目的。1號(hào)電機(jī)控制供水閥，2號(hào)電機(jī)控制排水閥。</p><p>　?、佼?dāng)水位上升，達(dá)到上限時(shí)，因水導(dǎo)電，B、C棒連通+5V。b、c均為“1”，1號(hào)電機(jī)工作，關(guān)閉水閥不再供水；</p><p>　?、诋?dāng)水位降到下限時(shí)，B、C棒都不能與A棒導(dǎo)電。 b、c均為“0”，1號(hào)電機(jī)工作，打開(kāi)水閥，給水箱供水；</p><p>　?、郛?dāng)水位

51、處于上下限之間時(shí)，B與A棒導(dǎo)通。 b為“1”， c為“0”，維持原有的工作狀態(tài)。如果設(shè)定溫度比當(dāng)前溫度低的時(shí)候，需要降溫處理，那么有1號(hào)電機(jī)和2號(hào)電機(jī)同時(shí)工作，打開(kāi)水閥，冷水在水箱中流動(dòng)，等到設(shè)定溫度等于當(dāng)前溫度時(shí)，兩個(gè)電機(jī)分別關(guān)閉水閥。以達(dá)到降溫的目的。</p><p>　　上下限水位信號(hào)由P1.0和P1.1輸入，這2個(gè)信號(hào)共有4種組合狀態(tài)：</p><p>　　由P1.3輸出報(bào)警信號(hào)，

52、蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)切斷加熱裝置，顯示錯(cuò)誤。</p><p>　　2.2.4輸出驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　繼電器通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，其中三極管的型號(hào)為9015【3】。這里用到四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)加熱裝置，另一個(gè)用于降溫裝置，還有一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)1號(hào)電機(jī)，最后一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)2號(hào)電機(jī)。電路如圖2-9所示。其中加熱裝置可用小功率的電熱棒，它可達(dá)到加熱的目的，又較容易實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。當(dāng)水的溫度

53、過(guò)高要進(jìn)行降溫時(shí)，可用加入冷水的方法，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作，1號(hào)電機(jī)打開(kāi)水閥，緩慢注入冷水，同時(shí)為了防止加入的水量過(guò)多而超出容器，增加了溢流控制，2號(hào)電機(jī)工作排出多余的水，動(dòng)態(tài)溫度比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制。同時(shí)為了防止燒干，加熱裝置在水位正常才能啟動(dòng)。</p><p>　　圖2-9 輸出驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　2.2.5鍵盤(pán)電路</b></p&g

54、t;<p>　　本鍵盤(pán)電路采用獨(dú)立鍵設(shè)計(jì)，三個(gè)鍵接到單片機(jī)的三個(gè)中斷源上。當(dāng)按下時(shí)為低電平。其中S2為“確認(rèn)”鍵、S3為“減一”鍵、S4為“加一”鍵，電路如圖2-7所示：</p><p>　　圖2-7 鍵盤(pán)電路</p><p>　　2.2.6蜂鳴報(bào)警電路</p><p>　　蜂鳴器通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，這里選用9015。電路如圖2-10所示：<

55、/p><p>　　圖2-11 蜂鳴報(bào)警電路</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1程序結(jié)構(gòu)說(shuō)明</b></p><p>　　任何一個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)都離不開(kāi)硬件電路的連接，所以本次硬件設(shè)計(jì)的高度模塊化決定了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。</p><p>　　其程序結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：

56、主控程序模塊、鍵盤(pán)掃描及處理子程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、顯示等子程序幾個(gè)部分。結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1。</p><p>　　圖3-1 程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　主控程序模塊在整個(gè)結(jié)構(gòu)中充當(dāng)管理者，管理所有子程序的調(diào)用。它主要負(fù)責(zé)初始化各個(gè)I/O口，等待鍵盤(pán)事件的發(fā)生，并做出相應(yīng)的處理。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用數(shù)據(jù)采集程序，并將采集到的數(shù)據(jù)與鍵盤(pán)設(shè)定值比較。再通過(guò)計(jì)算后用于控制繼電器的通斷，

57、從而控制電機(jī)等，來(lái)達(dá)到水溫水位的調(diào)整。</p><p><b>　　3.2程序流程圖</b></p><p><b>　　3.2.1主程序</b></p><p>　　程序按照模塊化設(shè)計(jì)，所有功能都可通過(guò)調(diào)用子程序完成，主程序較簡(jiǎn)單，流程圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 主程序流程

58、圖</p><p>　　3.2.2 LCD1602顯示程序流程圖</p><p>　　顯示程序流程圖如圖3-3。流程圖分析：首先對(duì)1602顯示屏進(jìn)行初始化（初始化大約持續(xù)10ms左右），然后檢查忙信號(hào)，若BF=0，則獲得顯示RAM的地址，寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示；若BF=1，則代表模塊正在進(jìn)行內(nèi)部操作，不接受任何外部指令和數(shù)據(jù)，直到BF=0為止。</p><p><

59、b>　　圖3-3顯示流程圖</b></p><p>　　3.2.3溫度采集處理程序</p><p>　　讀取溫度DS18B20模塊的流程圖如圖3-4所示，DSI8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM （便箋式的內(nèi)部存儲(chǔ)器）和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器。便箋存儲(chǔ)器包含了9個(gè)連續(xù)字節(jié)（0～8），前兩個(gè)字節(jié)

60、是測(cè)得的溫度信息，字節(jié)0的內(nèi)容是溫度的低8位，字節(jié)1是溫度的高8位，字節(jié)2是TH（溫度上限報(bào)警），字節(jié)3是TL（溫度下限報(bào)警），字節(jié)4是配置寄存器，用于確定輸出分辨率9到12位。第5、6、7個(gè)字節(jié)是預(yù)留寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算。字節(jié)8是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，校驗(yàn)前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確【8】。</p><p>　　圖3-4 溫度采集處理流程圖</p><p><b>

61、;　　3.2.4鍵盤(pán)程序</b></p><p>　　由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈起按鍵時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，如圖所示。為了保證按鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)。消抖處理有硬件和軟件兩種方法：硬件消抖是利用加去抖動(dòng)電路濾避免產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)；軟件消抖是利用數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)消除抖動(dòng)。我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時(shí)，則說(shuō)明是某鍵按下

62、。</p><p>　　圖3-5 鍵按下的過(guò)程</p><p>　　其流程圖如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 鍵盤(pán)處理流程圖</p><p><b>　　3.3操作指引</b></p><p><b>　　按鍵功能：</b></p><p

63、>　?。?）、Enter —— P1.7（S2）</p><p>　?。?）、Down —— P1.6（S3）</p><p>　?。?）、Up —— P1.5（S4）</p><p><b>　　顯示溫度：</b></p><p>　?。?）、沒(méi)有DS18B20存在時(shí)，LCD1602屏幕中間顯示DS18B20 E

64、RROR</p><p>　　（2）、蜂鳴器報(bào)警，燒干狀態(tài)時(shí)LCD1602屏幕中間顯示ERROR</p><p>　?。?）、有DS18B20存在時(shí)，LCD1602第一行顯示當(dāng)前溫度now temp:xx.x</p><p>　　（4）、LCD1602第二行顯示設(shè)定溫度settemp:xx ,初始值為20。</p><p><b>

65、　　設(shè)定溫度：</b></p><p>　?。?）、按下Enter，LCD1602第二行顯示set temp:xx，xx同時(shí)閃爍。</p><p>　　（2）、這時(shí)可以按Up和Down來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。</p><p>　?。?）、調(diào)節(jié)好后，再按Enter退出。這時(shí)數(shù)字不閃爍，執(zhí)行相應(yīng)命令。繼電器隨著設(shè)定的溫度，依據(jù)情況跳變。</p><

66、;p><b>　　第四章. 實(shí)驗(yàn)測(cè)試</b></p><p>　　4.1 LCD1602顯示“ABCD1234”</p><p>　　編一段小程序，在液晶屏上實(shí)現(xiàn)顯示“ABCD1234”。源程序略。</p><p>　　4.2鍵盤(pán)及數(shù)字顯示結(jié)合</p><p>　　編一段小程序，實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)及數(shù)字顯示結(jié)合。先設(shè)定某個(gè)定

67、值作為初始值，當(dāng)按下鍵S2時(shí)，進(jìn)入數(shù)值設(shè)定狀態(tài)，這時(shí)可通過(guò)按下鍵S3、S4來(lái)加減所設(shè)定的初始值。源程序略。</p><p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)式，可達(dá)到預(yù)期效果。</p><p><b>　　4.3整機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　編譯好主程序和個(gè)模塊子程序，燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)AT89C51中，連接好各部分硬件電路。打開(kāi)電源，電路自動(dòng)復(fù)位，首先不要接入D

68、S18B20，此時(shí)屏幕中間只顯示DS18B20ERROR，然后接入DS18B20，但讓其處于無(wú)水狀態(tài)，此時(shí)屏幕中間顯示錯(cuò)誤ERROR，并且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。接著讓DS18B20處于有水狀態(tài)，此時(shí)LCD1602液晶顯示DS18B20所讀到水的當(dāng)前溫度T1，用溫度計(jì)測(cè)量水的當(dāng)前溫度T2，對(duì)比T1與T2的值，結(jié)果如表4-1。通過(guò)按鍵設(shè)定某個(gè)值，并使這個(gè)值大于當(dāng)前溫度值，當(dāng)退出“確認(rèn)”按鍵 時(shí)，觀察到繼電器1能夠吸合。再次通過(guò)按鍵設(shè)定一個(gè)值，并

69、使這個(gè)值小于當(dāng)前溫度值，當(dāng)退出“確認(rèn)”按鍵時(shí)，也能觀察到繼電器2的吸合，所測(cè)數(shù)據(jù)如表4-2。在原理上基本能達(dá)到預(yù)期效果。源程序見(jiàn)附錄2。</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　由于元器件DS18B20讀溫度時(shí)有延時(shí)，并且讀溫度計(jì)所測(cè)溫度時(shí)人為的視覺(jué)誤差，以及周圍環(huán)境影響等原因，T1，T2有較小的差別。</p><p>

70、;<b>　　表4-2</b></p><p>　　由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)加熱裝置達(dá)到所設(shè)定的溫度時(shí)，繼電器斷開(kāi)后，加熱裝置仍有余熱，所以水的溫度仍然會(huì)上升一定的溫度。所以本系統(tǒng)設(shè)定的允許溫差為＜1℃。</p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心部件的控制系統(tǒng)，利用軟件編程

71、，最終基本實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。由于數(shù)據(jù)采集、顯示的實(shí)時(shí)性要求不是很高，而單片機(jī)的執(zhí)行速度相對(duì)于這些過(guò)程要快得多，若分時(shí)選通各個(gè)采樣或顯示通道，雖然單片機(jī)對(duì)各個(gè)通道的處理是依次進(jìn)行的，但是只要這一過(guò)程大到一定速度，總的來(lái)看幾乎同時(shí)執(zhí)行，不斷重復(fù)這一過(guò)程，就產(chǎn)生了循環(huán)掃描的思想，它在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在當(dāng)今越來(lái)越趨向于自動(dòng)化的社會(huì)，該系統(tǒng)的可用性及簡(jiǎn)易性更能取得廣泛的應(yīng)用。通過(guò)這

72、次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了許多東西，了解到在電子制作方面的很多經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也學(xué)到了那種堅(jiān)決不放棄的制作精神，做任何學(xué)問(wèn)都要一絲不茍，對(duì)出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不能輕視，要找方法去解決，做事情的時(shí)候要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就能找到解決問(wèn)題的思路和辦法。自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。</p><p><b>　　致

73、謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多老師、同學(xué)的幫助，其中我的指導(dǎo)老師xx老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要，感謝xx老師一直以來(lái)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的建議和指導(dǎo)。</p><p>　　這次畢業(yè)論文能夠最終順利完成，歸功于各位任課老師三年間的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握專業(yè)知識(shí)，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)。也正是你們長(zhǎng)期不懈的支持和幫助才使得我的畢業(yè)論文最終順利完成。最后，向應(yīng)

74、用電子專業(yè)的全體老師們?cè)俅伪硎局孕母兄x：謝謝你們，謝謝你們?nèi)甑男燎谠耘啵?lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蘇家健，等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004，26-55。</p><p>　　[2] 石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程Protel 99SE[M].北京：北

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