基于WIFI控制水温控制系统的设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.....................................................1

2设计方案遴选.....................................................1

2.1单片机的选择...............................................1

2.2通讯方式的选择.............................................1

2.3温度检测的装置选择.........................................2

2.4系统框图设计...............................................2

3产品硬件设计.....................................................2

3.1STC89C51RC单片机核心电路设计...............................2

3.2数码管驱动电路.............................................3

3.3DS18B20电路................................................3

3.4蜂鸣器模块.................................................4

3.5继电器驱动电路.............................................4

3.6按键电路设计...............................................5

3.7WIFI模块...................................................6

4产品软件设计.....................................................7

4.1主程序流程图...............................................7

4.2数码管显示程序设计.........................................8

4.3上位机程序设计.............................................8

5产品使用说明.....................................................8

5.1产品调试...................................................8

5.2产品使用说明...............................................9

5.3产品装配图................................................10

6产品设计技术标准................................................10

7参考资料........................................................10

附录..............................................................12

附录1元器件清单..............................................12

附录2电路原理图..............................................13

I

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附录3PCB设计图..............................................14

附录4产品实物图..............................................15

附录5主程序代码..............................................16

II

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基于WIFI控制水温控制系统的设计与制作

1产品功能分析

水温控制在很多领域都扮演着重要的角色，尤其是在工业和实验室中。为

了实现水温的精确控制，很多人选择使用单片机技术来开发水温控制系统。

基于WIFI控制水温控制系统的设计与制作可以实现以下功能：

查看：用户可以通过手机实时查看当前水温，并根据需要调节设定温度。

温度实时显示：系统可以实时采集传感器数据，将当前水温显示在用户界

面上，方便用户了解当前水温情况。

温度设定调节：用户可以通过应用程序设置所需的水温，系统将根据设定

温度自动控制加热或制冷设备，保持水温稳定。

温度报警功能：当水温超过或低于预定范围时，系统可以触发报警功能，

通过应用程序向用户发送警报信息，以便及时采取措施。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

采用STC89C51单片机作为主控芯片。STC89C51采用高速、低功耗的CMOS

工艺，工作频率可达到最大33MHz，具有快速执行指令的能力。STC89C51是一

款8位微控制器，具有8位的数据总线，适用于处理简单任务和较小规模的应

用。STC89C51具有可编程的中断控制器，可以对外部中断源进行配置和管理，

实现对事件的快速响应。STC89C51单片机具有的开发简单、可在线编程下载、

成本低是非常不错的选择。

2.2通讯方式的选择

在基于WIFI控制水温控制系统的设计与制作中，通讯方式可以通过WIFI

通信来实现。WIFI模块支持较高的数据传输速率，这对于水温控制系统来说

非常有用。高速的数据传输可以保证控制指令的实时性，使系统的响应更加迅

速。选择WIFI模块作为51单片机水温控制系统的通信模块，是因为WIFI技

术在无线通信领域具有广泛应用、稳定性好、传输速率高、连接方便等优点，

能够满足水温控制系统的需求。

1

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2.3温度检测的装置选择

DS18B20是一款物美价廉且十分简单的传感器，它的体积小，测量精度

高，所以选择它。

2.4系统框图设计

本设计采用单片机STC89C51，温度传感器采用DS18B20，显示采用4位

LED数码管，报警采用有缘蜂鸣器、LED灯实现，按键用来设定报警上下限温

度并将设置好的值保存在STC89C51的EEPROM中（具有掉电保护功能）。当实

际测量温度小于下限值时系统控制继电器吸合控制加热棒工作，当实际测量温

度值大于上限值时系统控制继电器断开，让加热棒停止工作。整体的系统框图

如图1所示。

图1系统框图

3产品硬件设计

3.1STC89C51RC单片机核心电路设计

典型的STC89C51单片机最小系统电路图如图2所示。

2

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图2STC89C51单片机最小系统

3.2数码管驱动电路

在本设计中采用的是动态驱动的方式，驱动电路采用PNP型的三极管

S8550。图3为数码管驱动电路图。

图3数码管驱动电路

3.3DS18B20电路

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值

就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字

3

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节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数

据格式以0.0625℃／LSB形式表示。

在使用时候DS18B20的I/O引脚接一个10K的上拉电阻。具体的电路图如

图4所示。

图4DS18B20电路图

3.4蜂鸣器模块

蜂鸣器选用5V电磁式有源蜂鸣器，本处选用的是8550三极管，它是一个

PNP型的三极管。基极串联一个1K的电阻连接到单片机的I/O口时。当I/O口

输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器鸣叫；当I/O口输出高电平时，三极管截

止，蜂鸣器停止鸣叫。蜂鸣器电路如图5所示。

图5蜂鸣器电路

3.5继电器驱动电路

本设计中采用S8550三极管进行放大，当单片机IO口输出高电平时，三

极管截止，继电器断开；当单片机IO口输出低电平时，三极管导通，继电器

4

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吸合。驱动电路图如图6所示。

图6继电器驱动电路

3.6按键电路设计

本设计中设置有按键电路，通过几个独立按键进行人机交互。按键通过一

点连接单片机的I/O口一端连接电源地。当按下后I/O口的电平就会被拉低，

这样单片机只需要进行循环的检测I/O口是否有出现低电平就可以判断是否有

按键按下，当然这种按键是金属解除的方式所以会有抖动纹波的情况，所以在

程序中需要适当的加上短暂的延时消抖。具体电路如图7所示。

图7独立按键电路

三个按键的功能分别为：

第一个按键：按下后进入设置上限值，数码管显示“HXXX”；再按下后进

入设置下限值，数码管显示“LXXX”；再按退出恢复正常显示。

第二个按键：在设置模式下，对应参数加一。

5

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第三个按键：在设置模式下，对应参数减一。

3.7WIFI模块

WIFI模块通常要与其他外部设备进行通信和控制，如微控制器、传感器

等。因此，在电路设计中需要考虑连接接口的设计，如串口、SPI或I2C等。

确保与其他设备之间的互联和数据传输功能正常运作。具体电路如图8所示。

图8WIFI模块

6

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

开始

DS18B20温度传感

器初始化

读取存储在EEPROM

的温度限值数据

系统循环？否

是

按键检测与处理

判断是否处于

否

温度采集？

是

判断是否处于

DS18B20温度采集否

读取设置上限？

是

判断温度

否显示设置温度上限显示设置温度下限

是否超限？

是

关闭鸣叫及指示灯蜂鸣器鸣叫提示

判断是否温度

否

超上限？

是

断开继电器，点亮吸合继电器，点亮

红灯绿灯

显示温度值

结束

7

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4.2数码管显示程序设计

本设计数码管采用共阳数码管，驱动电路采用S8550三极管。在数码管控

制程序采用动态显示的方式，意思就是显示完第一位后进行短暂的延时后关闭

第一位的显示，然后马上进入第二位的显示一段时间关闭进入第三位的显示依

次进行显示。这样利用人眼的视觉停留效果在看起来就是全部一起显示出来的

一样。在显示的延时不能过长也不能过短，过长超过人眼“余辉效应”的时间

就会看起来断断续续的显示，果断也不行。如果不是采用这样的方式一个个显

示的话，而是全部一起显示的话就会出现全部数码管显示的内容都是一样的，

原因在于这些数码管的段选是连接在一起的，控制一位就等于控制全部了。

4.3上位机程序设计

上位机APP开发使用Androidstudio编写代码。

界面设计：

采用RelativeLayout布局，在下方设计一个TextView和一个

EditText，分别显示“WiFi水温控制系统”，“开发板开关”。

接下来设计三个Button，用于“重置”“打开”“关闭”。

设计Java代码：

需要Java控制监听三个button事件，对每一次按下次做出数据反馈，将

数据上反馈至单片机控制水温。

5产品使用说明

5.1产品调试

基于51单片机WIFI控制的水温控制系统设计与制作的产品调试可以按照

以下步骤进行：

步骤1：硬件连接调试

1、确保电源连接正常的前提下，按照电路设计图将各个组件（51单片

机、WIFI模块、温度传感器、控制电路等）正确连接起来。

2、检查每个组件的连接是否准确，确保接口连接良好，防止松动或者接

触不良。

3、确认电路板上的元件焊接质量良好，没有短路或者焊接不良的情况。

步骤2：程序调试

8

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1、使用适当的软件和工具，将水温控制系统的程序烧录到51单片机中。

2、检查程序是否正确地读取温度传感器的数据。

3、确认WIFI模块能够正常连接到WIFI网络，确保与其他设备的无线通

信正常。

步骤3：系统测试

1、给系统供电并打开电源开关。

2、等待系统启动并进行自检。

3、监测水温数据是否准确地显示在显示屏上。

4、通过远程设备（如智能手机或计算机）连接到WIFI网络，使用相应的

应用程序或软件进行远程监控和控制水温。

5、测试系统的水温调节功能，确保系统能够根据设定的温度范围自动调

节水温。

5.2产品使用说明

1、系统功能

实时监测水温：通过温度传感器实时监测水温。

远程控制：通过WIFI模块实现与其他设备（如智能手机或计算机）的远

程通信，可以远程监控和控制水温。

温度调节：根据设定的温度范围，系统可以自动调节水温，保持在设定的

范围内。

2、使用步骤

连接硬件电路：按照电路设计图连接51单片机、WIFI模块、温度传感器

和控制电路。

烧录程序：将水温控制系统的程序烧录到51单片机中。

配置WIFI模块：根据WIFI模块的说明书，配置WIFI连接参数，确保与

其他设备的无线通信正常。

启动系统：将水温控制系统供电，系统将开始监测水温并进行控制。

远程控制：通过连接到WIFI网络的智能手机或计算机，使用相应的应用

程序或软件，可以远程监控和控制水温。

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5.3产品装配图

图9产品装配图

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求；

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求；

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修；

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]北京航空航天大学.单片机与嵌入式系统应用[J].单片机与嵌入式系

统应用,2020,20(12):4.

[2]姜秀玲.单片机在电子技术中的应用和开发技术研究[J].科学技术创

新,2018(15):2.

[3]章跃洪.传感器技术在机电自动化控制中的应用[J].科学技术创新,

2018(3):2.

[4]李晶,田景文,李一卓,等.《传感器技术及应用》课程建设探索[J].

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华中科技大学出版社,2018.

[5]夏开华.一种基于电阻式薄膜压力传感器技术的人体称重算法:,

CN111323109A[P].2020.

[6]戴剑松,孙蕃,顾忠科,etal.基于加速度传感器技术的青少年身体

活动跟踪研究——以南通市部分学校为研究对象[C]2019.

[7]庄东放.传感器技术的发展趋势[J].衡器,2018,47(2):2.

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附录

附录1元器件清单

名称型号封装标号数量

30PF瓷片电容30PF直插C1,C32

10UF电解电容10UF直插C21

红色LED灯3mm直插D11

4位数码管3641BH直插D21

绿色LED灯3mm直插D31

黄色LED灯3mm直插D41

HK4100F-

继电器直插K11

DC5V-SHG

KEY1,KEY2,

微动开关6*6*5mm直插4

KEY3,KEY4

温度传感器DS18B20防水型Q11

蜂鸣器有源+5V直插Q21

Q3,Q4,Q5,Q6,

三极管S8550TO-926

Q7,Q8

10K色环电阻10K1/4W直插R1,R112

R2,R3,R5,R6,

1K色环电阻1K1/4W直插R7,R8,R9,R10,9

R12

10k排阻9A103J直插R41

双掷开关SS12D00G5直插SW11

电源插座DC-002直插P11

2pi插针HDR2直插U21

单片机STC89C51DIP40U31

接线柱KF301-2P直插U41

12MHZ晶振HC-49S直插Y11

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

单片机程序

#include<reg52.h>

#include<SMG.h>

#include<DS18B20.h>

#include<EEPROM.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitled_shang=P3^2;

sbitled_xia=P3^3;

sbitrelay=P3^7;

sbitbuzz=P2^4;

sbitkey_set=P1^0;

sbitkey_jia=P1^3;

sbitkey_jian=P1^6;

ucharTemperature_up,Temperature_down;

ucharset_f;

voiddelayms(uintms)

{

unsignedchari=100,j;

for(;ms;ms--)

{

while(--i)

{

j=10;

while(--j);

}

}

}

voidscan(void)

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{

if(key_set==0)

{

delayms(7);

if(key_set==0)

{

led_shang=1;

led_xia=1;

buzz=1;

relay=1;

set_f++;

if(set_f==3)

{

set_f=0;

EEPROM_delete(0x2002);

EEPROM_write(0x2002,Temperature_up);

EEPROM_delete(0x2202);

EEPROM_write(0x2202,Temperature_down);

}

}

while(!key_set);

}

if(key_jia==0&&set_f!=0)

{

delayms(7);

if(key_jia==0)

{

if(set_f==1)

{

if(Temperature_up<125)

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Temperature_up++;

}

if(set_f==2)

{

if(Temperature_down<125&&Temperature_down+1<Temperature_up)

Temperature_down++;

}

}

}

if(key_jian==0&&set_f!=0)

{

delayms(7);

if(key_jian==0)

{

if(set_f==1)

{

if(Temperature_up>0&&Temperature_up>Temperature_down+1)

Temperature_up--;

}

if(set_f==2)

{

if(Temperature_down>0)

Temperature_down--;

}

}

}

}

voidmain()

{

ucharnum=149;

buzz=1;

led_shang=1;

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led_xia=1;

relay=1;

Temperature_up=EEPROM_read(0x2002);

Temperature_down=EEPROM_read(0x2202);

DS18B20_init();

for(num=0;num<150;num++)

{

DS18B20_Read_Temperature();

DS18B20_Temperature();

display2(12,12,12,12);

}

while(1)

{

scan();

if(set_f==0)

{

num++;

if(num>=150)

{

num=0;

DS18B20_Read_Temperature();

DS18B20_Temperature();

}

if(presence==0)

{

if(Temperature>=Temperature_up||Temperature<Temperature_down)

{

if(Temperature==85&&temp_d[2]==0&&temp_d[3]==0);

else

{

buzz=0;

if(Temperature>=Temperature_up)

{

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led_shang=0;

relay=1;

}

else

{

led_xia=0;

relay=0;

}

}

}

else

{

buzz=1;

led_shang=1;

led_xia=1;

}

display(temp_d[0],temp_d[1],temp_d[2],temp_d[3]);

}

else

{