恒温水浴装置控制系统设计毕业设计

摘要随着电子科技、测量和温度控制技术的迅速发展和广泛应用，在工农业生产中温度是一项重要的参数，而采用单片机对这些温度参数进行测量及控制已经成为当今的一项重要控制领域。本设计以STC89C51单片机为核心设计了一套恒温水浴装置控制系统，重点阐述了工作原理和设计方法。温度信号采集选择的温度传感器是温度芯片DS18B20，并以数字信号的形式传送给单片机，通过单片机把温度信号显示在LED上。用四位一体共阳极 LED 数码管显示数据，继电器吸合使负载通电工作，用PNP三极管驱动。该温度控制系统主要包括硬件设计和软件设计两部分，其中硬件设计包括温度检测电路、温度控制电路和数码显示电路；软件设计包括主程序、数码管显示程序、按键扫描及按键处理程序、温度信号处理程序和超温报警程序等。单片机过对信号进行相应的处理，从而实现控制水温的效果。关键词： AT89C51, DS18B20,温度控制ABSTRACT With the rapid development and wide application of the electronic technology, measurement and temperature control technology, the temperature becomes an important parameter in industrial and agricultural production, and the control and the measurement of the temperature parameters by single chip microcomputer have become an important control area. This design regards the STC89C51 microcontroller as the core to design a set of control system of thermostatic water, focusing on the working principles and design methods. Temperature signal acquisition of the temperature sensor is temperature chip DS18B20, and transmitted to the microcontroller, in the form of digital signal to display temperature signal on LED. The quaternity common anode LED digital tube display the data, using relays to drive the load and the PNP transistor driver. The temperature control system mainly includes two parts, the hardware design and software design. The hardware design includes temperature detecting circuit, control circuit and digital display circuit; Software design includes the main program, digital tube display program, key scanning and processing, temperature signal processing program and overtemperature alarm program, etc. Single chip microcomputer processes the signal to achieve the effect of water temperature control.Key words: AT89C51, DS18B20, the temperature control 目录第1章 绪 论11.1 恒温水浴装置控制系统设计的背景11.2 恒温水浴装置控制系统设计的意义1第2章 设计要求与方案论证32.1 设计要求32.2 系统基本方案选择和论证32.3 电路设计最终方案决定7第3章 硬件83.1 STC89C51芯片83.2 DS18B20传感器153.3 数码管213.4 继电器22第4章 硬件电路设计234.1 电源输入电路234.2 温度采集电路234.3 LED显示电路244.4 温度报警电路254.5继电器电路26第5章软件设计285.1程序框图及解析28第6章 系统测试及结果29第7章 结论34参考文献35致 谢36附录1 系统原理37附录2 C语言程序38附录3 英文文献及译文47IVIV第1章 绪 论1.1 恒温水浴装置控制系统设计的背景采用科学的计算方法，集成了多种先进技术的测量和控制可以有效地控制每一个生产环节，不仅保证了标准化生产，提高产品质量，降低成本，但也能确保安全生产。因此，测量和控制技术已广泛应用于炼油，化工，冶金，电力，电子，轻工和纺织工业。单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。作为计算机两大发展方向之一的单片机，以面向对象的实时控制为己任，嵌入到如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等设备中，使其智能化。恒温水浴装置控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对水温进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用恒温水浴装置控制系统可以对生产环境的温度进行有效控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。水温控制系统应用十分广阔。1.2 恒温水浴装置控制系统设计的意义随着社会的发展，在各个领域的科学与技术中的应用和测量仪器的发展中，智能化是现代温度控制系统的主流。温度测量与控制系统，控制对象的温度。广泛应用于日常生活和工业温度控制领域，如温室、发酵罐、电源和其他地方的温度控制。和温度控制完成人工并没有足够的重视，在很多地方都需要的温度监测，以防止发生意外。针对这一问题，该系统的设计，实现了连续的温度控制系统，温度控制精度高，它被广泛使用，功能强大，小巧美观，携带方便，是一种实用，价廉的控制系统。特别是近年来，温度控制系统已经应用到人们的生活的每一个方面，温度控制的发展和人们的生活密切相关。水是一种重要的资源，我们的生存，无论是在工业和农业生产，我们的日常生活中随处可见不能沸水。为了控制水温，可以大大提高了生产效率，节约资源，提高我们的生活质量。在当今水资源日益匮乏，具有简单和扩展温度控制系统，对我们社会的可持续发展，都具有十分重要的意义。第2章 设计要求与方案论证首先明确设计要求，再整体讨论和确定方案，一一攻破设计的难点。2.1 设计要求基本范围0-99 ；精度误差 1 ；数码管直读显示；可以温度控制；扩展功能：可以任意设定温度的上下限控制及报警功能，可以驱动加热和制冷负载。2.2 系统基本方案选择和论证 2.2.1 单片机芯片的选择方案和论证由于单片机具有以下的很多优点，被我们选定为制作该作品的首选芯片。（1） 高集成度，体积小，可靠性高 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度高，体积自然也小。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线非常短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道都在一个芯片内，所以可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对需求对象的控制要求，单片机的指令系统均有极多的条件。分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的最低工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性价比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。1方案一:采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51内部具有4KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，与MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。2方案二:采用AT89S51。AT89S51片内具有4K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51相对ATS89C51价格便宜，且下载简单方便。考虑到方便因素，因此选用STC89C51。2.2.2 温度传感器设计方案论证利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625C。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125C，测温精度为0.2C。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。方案二:进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只封装的温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.2.3 显示模块方案论证方案一：1602液晶模块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、符号等显示模块它有若干个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，正因为如此所以他不能显示图形 它的优点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。方案二：数码管显示 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管：按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛。3综上所诉：LCD1602虽然显示较全；但数码管已完全能显示温度值，价格也差6倍之多，数码管更适合本设计，所以本设计用数码管作为显示模块。2.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用STC89C51单片机作为主控制系统；采用封装的DS18B20为传感器；采用数码管作为显示器件。第3章 硬件3.1 STC89C51芯片STC89C51是由宏晶科技公司生产的与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机。（1）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051的CPU能处理8位二进制数或代码。（2）内部数据存储器（内部RAM）8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。（3）内部程序存储器（内部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。（4）定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 （5）并行I/O口 MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。（6）串行口8051单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（7）中断控制系统8051单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 (8) 时钟电路8051芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。从上述内容可以看出，MCS-51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。3.1.1 STC89C51主要功能及PDIP封装STC89C51主要功能如表3-1所示，其PDIP封装如图3-1所示表3-1：STC89C51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.1.2 STC89C51引脚介绍 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7图3-1：STC89C51封装图3.1.3 单片机最小系统当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图3-2所示。 图3-2 单片机最小系统电路（1）内部方式时钟电路在8051芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图3-3所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。一般地，电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。8051在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。 图 3-3 时钟振荡电路（2）外部方式时钟电路在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入，其连接如图3-4所示。 图 3-4 外部时钟源接法（3） 时序时序是用定时单位来说明的。8051的时序定时单位共有4个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下：1）一个振荡脉冲的周期为节拍；2）一个状态就包含两个节拍；3）一个机器周期的宽度为6个状态；4）一条指令周期由若干个机器周期组成。 （4） 单片机的复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。单片机复位的条件是：必须使RST/VPD 或RST引脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。复位后，内部各专用寄存器状态如下:PC： 0000H TMOD：00HACC： 00H TCON： 00HB： 00H TH0： 00HPSW： 00H TL0： 00HSP： 07H TH1： 00HDPTR： 0000H TL1： 00HP0P3：FFH SCON： 00HIP： *00000B SBUF： 不定IE： 0*00000B PCON： 0*0000其中，*表示无关位。注意：（1）复位后PC值为0000H，表明复位后程序从0000H开始执行，这一点在实训中已介绍。（2）SP值为07H，表明堆栈底部在07H。一般需重新设置SP值。（3）P0P3口值为FFH。P0P3口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位后，已使P0P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。电路以STC89C51单片机最小系统为控制核心，测温电路由DS18B20提供，输入部分采用三个独立式按键S1、S2、S3。数码管显示部分。具体电路连接，详见附录1。3.2 DS18B20传感器3.2.1 DS18B20概述在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。主机对数据的处理能力已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力。如果没有各种精确可靠的传感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的作用。传感器把非电量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由计算机对信号进行分析处理。从而传感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起重要作用。采用各种传感器和微处理技术可以对各种工业参数及工业产品进行测控及检验，准确测量产品性能，及时发现隐患。为提高产品质量、改进产品性能，防止事故发生提供必要的信息和更可靠的数据。由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较高，所以选择合适的传感器很重要。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。智能温度传感器DS18B20正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置已广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820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DS1820的双向通讯；其测温范围 55125，固有测温分辨率0.5；支持多点组网功能；多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为35V/DC；在使用中不需要任何外围元件。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。DS18B20的性能特点如下：（1） 采用DALLAS公司独特的单线接口方式：DS18B20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； （2）在使用中不需要任何外围元件；（3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V+5.5V；（4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为0.5。当在-10+85范围内，可确保测量误差不超过0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过2；（5）通过编程可实现912位的数字读数方式；（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作；（9）DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；（10）适配各种单片机或系统；（11）内含64位激光修正的只读存储ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码(CRC)之后，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。3.2.2 DS18B20引脚介绍图3-5：DS18B20引脚各引脚功能为：I/O为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND为地，NC空脚4。3.2.3 DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构主要包括7部分:寄生电源、温度传感器、64位激光（loser）ROM与单线接口、高速暂存器（即便筏式RAM，用于存放中间数据）、TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值、存储和控制逻辑、位循环冗余校验码（CRC）发生器。 图3-6：DS18B20内部结构3.2.4 DS18B20的程序流程图否是发出温度转换命令写入18B20读温度前复位显示测温点位置18B20复位开始18B20存在？延时发出读温度命令写入18B20读入温度值数据返回延时图3-7程序流程图3.3 数码管数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图3-8：数码管数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件，它使用了8个Led发光二极管，其中七个用于显示字符，一个显示小数点，所以通称为八段发光二极管数码显示器5。4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（数码管的正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp为段引脚，S1、S2、S3、S4分别表示四个数码管的位。3.4 继电器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。 图3-9：继电器剖析图第4章 硬件电路设计4.1 电源输入电路控制系统只能使用5V直流电源供电，在图4-1中所示的电路中，外部电源接入DC接口，通过自锁开关给整个系统供电6。 图4-1 电源电路4.2 温度采集电路温度采集电路比较简单，我选用的是温度传感器DS18B20，它直接可以从水浴中检测出当前温度值，然后通过单片机让温度值显示在LED数码管上。下面是温度传感器的电路连接图，1端口直接接地，2端口接单片机控制端口，3端口我采用的是单独电源给DS18B20供电，同时加了个上拉电阻起保护作用，如图4-2温度传感电路所示。图4-2 温度传感电路4.3 LED显示电路对于水温的测量与控制，显示出实时的水温尤为重要，我采用的是四个LED数码管，因为温度传感器显示的是四位十、个、分与单位，所以我设计四位数码管显示传感器检测出的温度值，可以直观的比较水温的控制精度。低电平时数码管导通，数码管的功能端得到一个高电平，数码管就亮起来了。如图4-3 LED数码管电路所示。 图4-3 LED数码管电路4.4 温度报警电路报警模块是必不可少的电路，它就是一个报警器，在出现异常情况下喇叭响了，我们就知道出现异常了，比如温度传感器失灵了、温度不在设定范围了等等。只考虑水温是否在可控范围内，报警器我使用的是蜂鸣器，通过单片机控制，当三极管PNP被导通后蜂鸣器就发出声音以此提醒。如图4-4 报警电路所示。 图4-4 报警电路4.5继电器电路我采用的是通过单片机端口控制三极管的导通或截止状态来控制两个继电器的启动或停止状态。控制I/O口的高低电平来控制继电器的断开和闭合。由于继电器线圈需要流过较大的电流（约50mA）才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须进行扩流，即驱动。此设计采用NPN型三极管驱动继电器7，继电器线圈作为集电极负载而接到集电极和正电源之间。当输入为0V时，三极管截止，继电器线圈无电流流过，则继电器释放（OFF）；相反，当输入为+VCC时，三极管饱和，继电器线圈有相当的电流流过，则继电器吸合（ON）。如图4-5 继电器工作电路所示。 图4-5 继电器工作电路第5章软件设计5.1程序框图及解析 图5-1：程序流程图主程序首先给整个系统初始化，然后通过键盘设定一个需要的水温值范围，启动整个系统，系统根据设定的温度一直跟温度传感器检测的温度进行比较，比较规则是小于下限温度进行加热，大于上限温度进行降温，其中包括多个子程序，如数码管显示程序、温度信号处理程序、继电器控制负载程序、温度报警程序等。第6章 系统测试及结果 下面我们对焊接成功的实物进行测试。（1）打开开关，数码管显示当前温度值。如图6-1所示。图6-1（2）按下设置键设置温度上限（默认上限38摄氏度）。如图6-2所示。图6-2（3）再按一次设置键，设置温度下限（默认温度下限5摄氏度），下限不能高于上限。如图6-3所示。图6-3（4）当下限温度高于当前温度时，继电器吸合，蜂鸣器报警，风扇开始降温工作（代替制冷片做演示）。如图6-4所示。图6-4（5）当上限温度低于当前温度时，继电器吸合，蜂鸣器报警，加热片开始加热工作。如图6-5所示。图6-56262第7章 结论通过对自己在大学四年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了本设计。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。本次论文设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程，收获丰硕。技术在不断进步，电子时代已经到来。做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探寻所需要的。从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。参考文献1 陈权昌,李兴富.单片机原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,2007.841022 徐江海.单片机实用教程M.北京:机械工业出版社,2006.1281563 康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社,2008.2032094 汪文，陈林.单片机原理及应用M.湖北:华中科技大学出版社,2007.36685 杨志忠.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,2003.1251326 胡宴如.模拟电子技术M.北京:高等教育出版社,2008.60104 7 杨欣电子设计从零开始M.北京:清华大学出版社,2005.281028 及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程M.北京:电子工业出版社,2007.891509 李庆亮.C语言程序设计实用教程M.北京:机械工业出版社,2005.3258致 谢首先，感谢学校四年来对我的培养。为我们营造了一个良好的学习环境，使我们身心愉快的投入到学习中。其次，感谢尊敬的指导老师张德学老师，有了他的谆谆教诲，处处提点，才使本论文的前期准备以及整个研究过程顺利完成。张老师的严谨治学态度、扎实的理论基础、全身心投入工作的精神以及对学生尽心尽力的态度给了我极大的帮助与鼓励，使我受益匪浅。从张老师的教学态度上，我学到的不仅仅只有书本上的知识，还有做人的道理。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。最后，感谢我的父母多年来给予我的支持和关怀，同时感谢我的同学和朋友对我的帮助。附录1 系统原理附录2 C语言程序#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定义sbit SET=P31; /定义调整键sbit DEC=P32; /定义减少键sbit ADD=P33; /定义增加键sbit BEEP=P36; /定义蜂鸣器sbit ALAM=P12;/定义灯光报警sbit ALAM1=P14;sbit DQ=P37; /定义DS18B20总线I/Obit shanshuo_st; /闪烁间隔标志bit beep_st; /蜂鸣器间隔标志sbit DIAN = P05; /小数点uchar x=0; /计数器signed char m; /温度值全局变量uchar n; /温度值全局变量uchar set_st=0; /状态标志signed char shangxian=38; /上限报警温度，默认值为38signed char xiaxian=5; /下限报警温度，默认值为5/uchar code LEDData=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff;uchar code LEDData=0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0xCF,0xDA,0x9B,0xDC,0x9B,0x8B;/=/=DS18B20=/=/*延时子程序*/void Delay_DS18B20(int num) while(num-) ;/*初始化DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 Delay_DS18B20(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 Delay_DS18B20(80); /精确延时，大于480us DQ = 1; /拉高总线 Delay_DS18B20(14); x = DQ; /稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 Delay_DS18B20(20);/*读一个字节*/unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; Delay_DS18B20(4); return(dat);/*写一个字节*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay_DS18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*读取温度*/unsigned int ReadTemperature(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar