单片机的水温控制器论文38824.doc

摘 要随着单片机和传感技术的迅速发展，自动温度控制领域发生了巨大的变化，无论是在工业生产过程中，还是日常生活中都起着非常重要的作用，如一些现代化车间里，生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行。水产养殖中，也对水的温度进行严格的控制，才能确保达到最好的效果。在家居生活中，我们同样离不开水温控制，如电热水器，自动饮水机等，都要用到水温控制系统。过低的温度或者过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费，特别是在当前水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好的利用起来。基于以上思路，本次设计以单片机stc89c52为核心，对水的温度进行实时的测量与采集，通过lcd1602显示温度和键盘实现人机对话，使用单总线温度转换芯片ds18b20实时采集温度，通过stc89c52来处理数据并通lcd1602把所测的温度值显示出来，同时设计了三个独立键盘，来改变水温系统的温度的上下限值，并且修改后的上下限值在lcd1602上显示。当水温达到上限温度时，蜂鸣器开始报警，降温继电器吸合，开始对水进行降温工作，同时红灯闪烁。当水温低于下限温度时，蜂鸣器开始报警，升温继电器吸合，开始对水进行升温工作，同时黄灯闪烁。如果在温度正常时，只有绿灯正常发光，红灯和黄灯关闭，继电器控制系统不工作。由于温度容易受到外界的影响，导致继电器可能频繁的动作，所以加上了中间温度区域，当到达此温度区域中，继电器关闭，既不升温也不降温，这样继电器就不会受到外界的影响而频繁的动作。（数据处理时不妨加个中间温度区域，到中间温度区域后，既不升温也不降温）关键词：stc89c52 ds18b20 lcd1602 继电器abstract with the rapid development of microcontroller and sensor technology, the field of automatically temperature control has a huge change. regardless of is in the industry production process, or in daily life, it plays a very important role, for example, in some modern workshop, the processing of specific production request sat a certain temperature. in aquaculture, the temperature of the water to carry out strict control, to ensure the best results. in home furnishing life, water temperature control system surrounds us,such aselectric water heaters, automatically drinking water machine, etc. low temperature or high temperature will make the water resources lose their proper function, resulting in a huge wasting of water resources. especially in the case of extreme lack of water resources,its necessary for us to master the water temperature control technology and make good use of water resources. based on the above ideas, this design was to microcontroller stc89c51 as the core,the water temperature in real-time measurement and acquisition,by the lcd1602 display temperature and keyboard man-machine dialogue,the use of a single bus temperature conversion chip ds18b20 real-time acquisition temperature,through the stc89c52 to process data and lcd1602 to the measured temperature values are displayed, at the same time,designed three separate keyboard to change the upper and lower limits of the temperature of the water,and the modified upper and lower limit display by lcd1602. when the water temperature reaches the upper limit temperature, the buzzer alarm, cooling relay,water began to cool, while the red light flashing. when the water temperature reaches the ower limit temperature, the buzzer alarm, heating relay to start the water to heat up, while the yellow light flashes. if the temperature is normal, the only green normal light, red light and yellow light to turn off the relay control system does not work.because of the temperature is vulnerable to outside influence, cause the relay may be frequent moves, so with the intermediate temperature region, when arrives at the temperature region, a relay is closed, neither heating nor cooling, the relay will not be subject to external influence and frequent action.keywords: stc89c51 ds18b20 lcd1602 relay目录引言1第1章 绪论21.1 背景21.2 研究现状及研究意义21.3 本课题研究内容31.4 系统概述3第2章 主要元器件的简介42.1 stc89c52单片机的简介42.1.1 引脚功能描述52.1.2 单片机的最小系统62.2 ds18b20数字温度传感器简介72.2.1 ds18b20的主要特性72.2.2 ds18b20的内部结构82.2.3 ds18b20的工作原理82.2.4 ds18b20的工作时序92.3 lcd1602液晶屏简介102.3.1 lcd1602引脚功能说明102.3.2 lcd1602的基本操作时序112.4 继电器简介12第3章 系统总体设计133.1 概述133.2 组成133.3 敏感元件的设计143.4 控制部分的设计14第4章 系统硬件设计154.1 总体框图设计154.2 电源电路设计154.3 ds18b20温度采集设计164.4 lcd1602温度显示设计164.5 加热及冷却控制电路设计174.6 超限报警及指示灯电路设计184.7 键盘控制电路设计19第5章 系统软件设计205.1 主程序设计205.2 各个模块的子程序设计235.2.1 ds18b20的程序设计235.2.2 lcd1602程序设计265.2.3 键盘检测的程序设计28第6章 系统调试及仿真336.1 硬件调试336.2 软件调试346.3 软硬件综合调试346.4 系统仿真34结论和展望36致 谢37参考文献38附 录39附录a 原理图39附录b pcb板41附录c 外文文献42附录d 主要参考文献及摘要50附录e 程序代码52（以上目录正文是小四字体）插图清单图2- 1 stc89c52的封装及引脚结构4图2- 2 stc89c52的内部逻辑图5图2- 3 stc89c52的最小系统6图2- 4 ds18b20的内部结构图8图2- 5 ds18b20测温原理图8图2- 6 ds18b20的复位时序图9图2- 7 ds18b20的读时序9图2- 8 ds18b20的写时序图10图2- 9 lcd1602读操作时序11图2- 10 lcd1602写操作时序12图3- 1 系统的组成框图14图4- 1 水温控制器的结构总框图15图4- 2 +5v电源设计图16图4- 3 ds18b20温度采集16图4- 4 lcd1602显示电路17图4- 5 加热及冷却控制电路18图4- 6 超限报警电路18图4- 7 指示灯电路19图4- 8 键盘控制电路19图5- 1 总程序流程图（控制方案改了后，此处流程图也要改，对应程序也应该要改）21图5- 2 ds18b20的程序流程图24图5- 3 lcd1602程序流程图26图5- 4 键盘检测流程图29图6- 1 水温超过上限值35图6- 2 水温超过下限值35图6- 3 水温正常36图3- 1 系统的组成框图14（以上目录正文是小四字体）表格清单表2- 1 引脚接口说明表10（以上目录正文是小四字体）-v-安徽工程大学毕业设计（论文）引言随着单片机和传感技术的迅速发展，自动温度控制领域发生了巨大的变化，无论是在工业生产过程中，还是日常生活中都起着非常重要的作用，如一些现代化车间里，生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行，水产养殖中，也对水的温度进行严格的控制，才能确保达到最好的效果，在家居生活中，我们同样离不开水温控制，如电热水器，自动饮水机等，都要用到水温控制系统。过低的温度或者过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费，特别是在当前水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好的利用起来。因此本设计以单片机stc89c52为核心，对水的温度进行实时的测量与采集，通过lcd1602显示温度和键盘实现人机对话，使用单总线温度转换芯片ds18b20实时采集温度通过通过stc89c52来处理数据并通lcd1602把所测的温度值显示出来，同时设计了三个独立键盘，来改变水温系统的温度的上下限值，并且修改后的上下限值在lcd1602上显示。当水温达到上限温度时，蜂鸣器开始报警，降温继电器吸合，开始对水进行降温工作，同时红灯闪烁。当水温低于下限温度时，蜂鸣器开始报警，升温继电器吸合，开始对水进行升温工作，同时黄灯闪烁。如果在温度正常时，只有绿灯正常发光，红灯和黄灯关闭，继电器控制系统不工作。本设计采用stc89c52作为核心控制部件，它功能比较齐全，可以满足系统设计的需要。单片机控制温度的采集、显示、传输，它是整个系统的核心，而ds18b20则是此水温控制系统的数字温度传感器，它是dallas公司生产的1wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单的优点。第1章 绪论1.1 背景温度、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，温度控制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过低的温或过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费。特别是在当前全球水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好地利用起来。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的pid控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。（你设计的产品好像也是“点位”式控制。）1.2 研究现状及研究意义 水温控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的pid控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。我国温度控制大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较贵。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动温度控制领域发生了巨大的变化，无论是在工业生产过程中，还是日常生活中都起着非常重要的作用，如一些现代化车间里，生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行，水产养殖中，也对水的温度进行严格的控制，才能确保达到最好的效果，在家居生活中，我们同样离不开水温控制，如电热水器，自动饮水机等，都要用到水温控制系统。过低的温度或者过高的温度都会使水资源失去应有的作用，从而造成水资源的巨大浪费，特别是在当前水资源极度缺乏的情况下，我们更应该掌握好对水温的控制，把身边的水资源好好的利用起来。在环境恶劣或者温度较高等场合下，为了办证生产过程的安全进行，设计一种经济实惠又符合我国使用的水温控制系统势在必行。随着经济和科学技术的发展，越来越多的水温控制器被设计出来，这些水温控制器越来越趋于智能化、自动化、功能也是越来越齐全的，电路中不仅仅包含温度传感器、主控电路、键盘、显示电路与加热降温装置，有的还带有无水检测、进水控制、溢流控制和工作指示报警灯功能。同时采用带死区的pid控制算法，控制精度高、克服容量滞后的特点。现在的水温控制器具有结构简单、功能强、体积小、可靠性好、智能控制与价格低廉等特点，具有广阔的发展前景1.3 本课题研究内容本次设计以单片机stc89c52为核心，对水的温度进行实时的测量与采集，通过lcd1602显示温度和键盘实现人机对话，使用单总线温度转换芯片ds18b20实时采集温度通过通过stc89c52来处理数据并通过lcd1602把所测的温度值显示出来，而且有各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，我们就可以对水温进行相应的操作，如温度设置、升温、降温等，并且设有调节上下限温度，超过上下限温度会进行报警，相应的继电器会做出动作，来控制相应加热或制冷装置。本次设计由于线路简单、功能强、体积小等特点，可以适用家庭中的电热水器、饮水机等家庭用电器中，由于所用的传感器是ds18b20数字传感器，测温范围宽，其范围是-55+125，而且实现高精度测温，同时测量结果直接输出数字温度信号。在此基础上，还设置了键盘，通过键盘来设定温度的上下限。1.4 系统概述本系统可以实现对水的温度进行采集测量，由于 ds18b20采用的是1-wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对stc89c52单片机来说，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对ds18b20芯片的访问。由于ds18b20是在一根i/o线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。本次设计是由cpu（stc89c52）首先写入命令给ds18b20，然后ds18b20开始转换数据，转换后通过stc89c52来处理数据。数据处理后的结果通过设定值和测量值的比较，进行温度调节，当温度大于上限温度时断开继电器1闭合继电器2启动电风扇制冷，当温度低于下限温度时断开继电器2闭合继电器1启动热得快加热，当温度介于下限温度和上限温度时同时断开继电器1和继电器2不予工作。可用按键进行设定上限温度和下限温度，液晶显示当前温度。本设计采用stc89c52作为核心控制部件，它功能比较齐全，可以满足系统设计的需要。单片机控制温度的采集、显示、传输，它是整个系统的核心，而ds18b20则是此水温控制系统的数字温度传感器，它是dallas公司生产的1wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单的优点。第2章 主要元器件的简介2.1 stc89c52单片机的简介单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的cpu，ram，rom，定时/计数器和多种i/o接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chipmicrocomputer).它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.单片机应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。片内有rom/eprom的单片机，其最小应用系统即为配有晶振，复位电路，电源的单个单片机.片内无rom/eprom的单片机，其最小应用系统除了外部配置晶振，复位电路，电源外，还应外接eprom或eeprom作为程序存储器用.（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件结构系统。本设计中所用到的单片机是stc89c52，它是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节flash，512字节ram， 32 位i/o 口线，看门狗定时器，内置4kb eeprom，max810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 stc89x52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t可选。其封装及引脚图如图2-1所示，内部逻辑图如2-2所示：图2- 1 stc89c52的封装及引脚结构图2- 2 stc89c52的内部逻辑图2.1.1 引脚功能描述vcc ：电源gnd：地p0 口：p0 口是一个 8 位漏极开路的双向 i/o 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 ttl 逻辑电平。对 p0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，p0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，p0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。p1口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个ttl 逻辑电平。对 p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。此外，p1.0 和 p1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（p1.0/t2）和时器/计数器 2的触发输入（p1.1/t2ex），具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，p1 口接收低 8 位地址字。p2口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个ttl逻辑电平。对p2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 movx dptr）时， p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8 位地址（如 movx ri）访问外部数据存储器时，p2 口输出 p2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，p2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。p3口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个ttl 逻辑电平。对 p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。p3 口亦作为 stc89c52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 编程和校验时，p3 口也接收一些控制信号。rst:复位输入。晶振工作时，rst 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 auxr(地址 8eh)上的 disrto 位可以使此功能无效。disrto 默认状态下，复位高电平有效。ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1”，ale 操作将无效。这一位置“1”，ale 仅在执行 movx 或 movc 指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。这个 ale 使能标志位地址为 8eh 的 sfr 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。psen:外部程序存储器选通信号psen是外部程序存储器选通信号。当 stc89c52 从外部程序存储器执行外部代码时，psen 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，psen 将不被激活。 xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2:振荡器反相放大器的输出端。2.1.2 单片机的最小系统stc89c52的最小系统是由单片机系统必需的一些元件构成，除了单片机之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序进行，而时钟电路就是微单片机提供基本时钟的，复位电路时则是用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作，使cpu和系统中其他部件都处以一个确定的状态。其原理图如图2-3（a）（b）所示： （a）、时钟电路 （b）、复位电路图2- 3 stc89c52的最小系统2.2 ds18b20数字温度传感器简介传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。在伴随着“信息时代”的到来，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现在科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。本设计所用到的传感器是ds18b20数字温度传感器。ds18b20是美dallas半导体公司继ds1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读书方式，可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从ds18b20读出的信息或写入ds18b20的信息仅需要一根单线接口读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的ds18b20供电，而无需额外电源。因而使用ds18b20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较ds1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。2.2.1 ds18b20的主要特性1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数据线供电 2、独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯 3、ds18b20支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 4、ds18b20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 5、温范围55+125，在-10+85时精度为0.5 6、可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 8、测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给cpu，同时可传送crc校验码,具有极强的抗干扰纠错能力 9、负压特性：电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.2.2 ds18b20的内部结构ds18b20内部结构主要友四部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非发挥的温度报警器th和tl、配置寄存器。其内部结构图如图2-1所示：图2- 4 ds18b20的内部结构图2.2.3 ds18b20的工作原理ds18b20的读写时序和测温原理与ds1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。其测温原理图如图2-2所示：图2- 5 ds18b20测温原理图图2-5中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。2.2.4 ds18b20的工作时序 由于ds18b20采用的是1wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对stc89c52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对ds18b20芯片的访问。 ds18b20的复位时序，如图2-3所示 图2- 6 ds18b20的复位时序图 ds18b20的读时序对于ds18b20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于ds18b20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让ds18b20把数据传输到单总线上。ds18b20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。ds18b20的读时序图如图2-4所示。图2- 7 ds18b20的读时序 ds18b20的写时序对于ds18b20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于ds18b20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证ds18b20能够在15us到45us之间能够正确地采样io总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。如图2-5所示。图2- 8 ds18b20的写时序图2.3 lcd1602液晶屏简介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用。2.3.1 lcd1602引脚功能说明lcd1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2-1所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2数据2vdd电源正极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/命令选择12d5数据5r/w读/写选择13d6数据6e使能信号14d7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极表2- 1引脚接口说明表第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.3.2 lcd1602的基本操作时序读状态：输入：rs=l,rw=h,e=h 输出：d0-d7=状态字写指令：输入：rs=l,rw=l,d0-d7=指令码,e=高脉冲 输出：无读数据：输入：rs=h,rw=h,e=h 输出：d0-d7=数据读状态：输入：rs=h,rw=l,d0-d7=数据,e=高脉冲 输出：无其读写操作时序图如图2-9、2-10所示：图2- 9 lcd1602读操作时序图2- 10 lcd1602写操作时序2.4 继电器简介继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。我们在此次的设计中用到的电磁继电器来控制加热和冷却功能。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。第3章 系统总体设计3.1 概述本次设计以单片机stc89c52为核心，对水的温度进行实时的测量与采集，由cpu（stc89c52）首先写入命令给ds18b20，然后ds18b20开始转换数据，转换后通过stc89c52来处理数据。数据处理后的结果通过设定值和测量值的比较，进行温度调节，当温度大于上限温度时断开继电器1闭合继电器2启动电风扇制冷，当温度低于下限温度时断开继电器2闭合继电器1启动热得快加热，当温度介于下限温度和上限温度时同时断开继电器1和继电器2不予工作。通过lcd1602显示温度和键盘实现人机对话，使用单总线温度转换芯片ds18b20实时采集温度，通过stc89c52来处理数据并通过lcd1602把所测的温度值显示出来，而且有各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，我们就可以对水温进行相应的操作，如温度设置、升温、降温等，并且设有调节上下限温度，超过上下限温度会进行报警，相应的继电器会做出动作，来控制相应加热或制冷装置。单片机控制温度的采集、显示、传输，它是整个系统的核心，而ds18b20则是此水温控制系统的数字温度传感器，它是dallas公司生产的1wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单的优点。本次设计准备采用stc89c52作为核心控制部件，它功能比较齐全，可以满足系统设计的需要。由于线路简单、功能强、体积小等特点，可以适用家庭中的电热水器、饮水机等家庭用电器中，由于所用的传感器是ds18b20数字传感器，测温范围宽，其范围是-55+125，而且实现高精度测温，同时测量结果直接输出数字温度信号。在此基础上，还设置了键盘，通过键盘来设定温度的上下限。3.2 组成本设计的水温控制器有以下几个模块组成：电源模块、主控模块、测温模块、温度显示模块、温度报警模块、升温降温模块、键盘与指示灯模块。其组成框图如图3-1所示：图3- 1 系统的组成框图3.3 敏感元件的设计本设计的敏感元件是ds18b20数字温度传感器。单片机对ds18b20的访问流程是:先对ds18b20初始化，再进行rom操作命令，然后发送存储器操作指令，一个存储器操作命令结束后则将进行指令执行或数据的读写。由于ds18b20采用的是单总线协议方式,，即在一根数据线实现数据的双传输，而对stc89c52单片机来说，硬件并不支持单总线协议。因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对dsl8b20芯片的访问。ds18b20是在一根i/o线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求ds18b20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序:初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。dsl8b20具有独特的一线接口这一特点，无需外部元件,电路设计简单，只需要跟单片机控制器一个i/o口连接即可，主要需要在上面加一个10千欧的上拉电阻。3.4 控制部分的设计随着新技术的不断开发与应用，近几年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度采集和数据处理问题能够得到很好的解决。现在很多的设备都从从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计的控制部分就是以单片机stc89c52为核心设计的，通过stc89c52来处理单总线温度转换芯片ds18b20实时采集温度的数据，并把处理完的数据，传输给lcd1602，通过lcd1602把处理的数据显示出来，同时也控制着蜂鸣器的报警，指示灯和继电器的相应工作状态。第4章 系统硬件设计4.1 总体框图设计（总体设计）图4- 1 水温控制器的结构总框图4.2 电源电路设计 在系统中需要为单片机提供+5v的电源，我们采用三端稳压集成电路7805，通过整流、滤波、稳压后得到5v 的稳定直流电压输出。直接供单片机使用。其原理如图4-2所示：图4- 2 +5v电源设计图4.3 ds18b20温度采集设计本水温控制器的测温模块采用的ds18b20数字温度传感器，由于ds18b20外围只有一条数据线，电路设计简单，只需要跟单片机控制器一个i/o口连接即可，主要需要在上面加一个10千欧的上拉电阻，为此，我们设计电路如图4-3所示：图4- 3 ds18b20温度采集4.4 lcd1602温度显示设计 温度显示可以采用lcd1602显示，也可以采用数码管显示，由于数码管消耗电力比液晶多一点，而且只能单一的一个显示出数字，相比较，lcd1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名，显示的内容丰富，并且可以一次性显示当前温度，以及设定的温度上下限值，所以我们采用lcd1602设计其温度显示电路，设计的电路图如图4-4所示：图4- 4 lcd1602显示电路4.5 加热及冷却控制电路设计加热及冷却控制包括加热和冷却的器件和驱动电路。采用热得快对谁进行加热，用风扇进行冷却。驱动电路我们采用的继电器和三极管，用二极管保护继电器，在继电器线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。利用继电器的性质来控制热得快和风扇的工作。其原理图如图4-5所示：图4- 5 加热及冷却控制电路4.6 超限报警及指示灯电路设计在电路中，我们还设计了超温报警电路，和各种指示灯。采用三极管驱动蜂鸣器，并用二极管进行保护，水温超过设定的温度值，三极管导通，蜂鸣器工作。同时相应的指示灯闪烁，以便我们能更直