說明書基于單片機(jī)的浴缸水位水溫控制系統(tǒng)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）2013 屆 題 目 基于單片機(jī)的浴缸水位水溫控制系統(tǒng) 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 * 學(xué) 號 0908* 指導(dǎo)教師 * 論文字?jǐn)?shù) 11782 完成日期 2013-4-19 湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制 基于單片機(jī)的浴缸水位水溫控制系統(tǒng)摘要：本文針對現(xiàn)在浴缸水溫經(jīng)常有過熱和過涼的情況，以及水位經(jīng)常有過高和不足的現(xiàn)狀提出了一個(gè)基于單片機(jī)的浴缸水位溫度控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心控制，通過DS18B20采集水溫，LCD12864顯示溫度，水位檢測電路檢測水位，語音進(jìn)行提示加水或排水，然后將水位控制在適宜的范圍，溫度和溫度上下限的比較進(jìn)行加熱水或者冷水將

2、水溫控制在自己設(shè)定的溫度。在文中提出了這個(gè)水位溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，對各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證，完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:89S52單片機(jī)，DS18B20傳感器，溫度控制，水位控制 Bath crock water level and temperature control system that based on MCUAbstract:In this paper according to the situation that the bath crock water temperature there are often too hot and too cold,water

3、 level often too high or too low put forward the water level and temperature system that based on MCU.This system with the MCU as the core control,through DS18B20 collecting temperature environment LCD12864 display temperature,water level detection circuit detection water level voice prompt add wate

4、r or drainage ,control Water level in the appropriate range ,temperature and the temperature of upper and lower compared to heat water or cold water to set the temperature control in the purpose of setting the temperature of the himself.In this paper puts forward the overall design scheme of water l

5、evel and temperature control system,demonstrates the design of each module, completed the design of the hardware and software.Keywords: 89s52 micro computer,DS18B20 sensors,temperature control,water level control目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26353 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc26353 1 HYPERLINK l _Toc5913 1

6、.1 選題的意義與目的 PAGEREF _Toc5913 1 HYPERLINK l _Toc18998 1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc18998 1 HYPERLINK l _Toc32594 1.3 本文的主要工作 PAGEREF _Toc32594 3 HYPERLINK l _Toc26903 第二章 系統(tǒng)方案論證和硬件概述 PAGEREF _Toc26903 4 HYPERLINK l _Toc29483 2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc29483 4 HYPERLINK l _Toc5808 2.2 AT89S52單片機(jī)概述 PAGEREF

7、 _Toc5808 5 HYPERLINK l _Toc24338 2.3 DS18B20傳感器概述 PAGEREF _Toc24338 6 HYPERLINK l _Toc17550 2.4 其它硬件概述 PAGEREF _Toc17550 6 HYPERLINK l _Toc4577 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc4577 7 HYPERLINK l _Toc17281 PAGEREF _Toc17281 7 HYPERLINK l _Toc26888 3.2 系統(tǒng)子模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26888 7 HYPERLINK l _Toc29612 PAGEREF

8、 _Toc29612 7 HYPERLINK l _Toc8902 3.2.2 鍵盤電路 PAGEREF _Toc8902 8 HYPERLINK l _Toc9812 顯示電路 PAGEREF _Toc9812 9 HYPERLINK l _Toc12104 3.2.4 水位檢測電路 PAGEREF _Toc12104 9 HYPERLINK l _Toc18183 3.2.5 水位控制電路 PAGEREF _Toc18183 10 HYPERLINK l _Toc24491 3.2.6 水溫控制電路 PAGEREF _Toc24491 10 HYPERLINK l _Toc20235 3.

9、2.7 單片機(jī)最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc20235 11 HYPERLINK l _Toc2616 3.2.8 語音電路 PAGEREF _Toc2616 11 HYPERLINK l _Toc23863 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc23863 13 HYPERLINK l _Toc13651 4.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc13651 13 HYPERLINK l _Toc23973 4.2 鍵盤掃描流程圖 PAGEREF _Toc23973 13 HYPERLINK l _Toc9962 4.3 顯示處理流程圖 PAGEREF _Toc9962 14

10、 HYPERLINK l _Toc18397 4.4 水位溫度控制流程圖 PAGEREF _Toc18397 15 HYPERLINK l _Toc25712 PAGEREF _Toc25712 15 HYPERLINK l _Toc28517 PAGEREF _Toc28517 16 HYPERLINK l _Toc20393 PAGEREF _Toc20393 16 HYPERLINK l _Toc484 第五章 總結(jié)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc484 17 HYPERLINK l _Toc11982 PAGEREF _Toc11982 17 HYPERLINK l _Toc264

11、16 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc26416 17 HYPERLINK l _Toc8914 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc8914 18 HYPERLINK l _Toc6918 結(jié)束語 PAGEREF _Toc6918 19 HYPERLINK l _Toc25807 致謝 PAGEREF _Toc25807 20 HYPERLINK l _Toc5432 附錄 PAGEREF _Toc5432 21 第一章 緒 論1.1 選題的意義與目的隨著這些年的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在我們的日常生活中，很多的東西都趨向于自動化、智能化，這樣子不僅僅易于控制和操作而且可以在非人工的情況下實(shí)

12、現(xiàn)，很大程度上減少了人力消耗。溫度控制是我們的平常生活中時(shí)常會遇到的控制系統(tǒng)，很多的生產(chǎn)和制造過程都是以溫度作為標(biāo)量。例如當(dāng)我們正在公共的澡堂洗澡的時(shí)候，經(jīng)常會突然感覺水特別的涼和熱，讓人不愿意忍受。有的人就會很難受，以后就不愿意來，抱怨這家澡堂，所以就會有人很想想出辦法來改變這個(gè)情況，讓自己獲得舒服的享受。溫度檢測出來的值和對溫度控制的準(zhǔn)確性會直接的影響到生產(chǎn)速度和生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量1。在很多的工業(yè)設(shè)計(jì)上，我們有著很高要求的溫度精度測量2。在不同要求下的工業(yè)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造上，我們選擇的加熱手段，加熱燃料，控制手段也會有所改變3?，F(xiàn)在的生活中，在飲食、醫(yī)療、化學(xué)工業(yè)制造、家用電器等領(lǐng)域溫度控

13、制已經(jīng)被廣泛的采用。生產(chǎn)出的產(chǎn)品的品質(zhì)也往往被溫度控制的準(zhǔn)確性所影響?？梢跃珳?zhǔn)測量溫度和高度精準(zhǔn)控制溫度的溫度控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中有著舉足輕重的地位，但是現(xiàn)在我們國家的很多地區(qū)都沒有比較優(yōu)秀的溫度控制系統(tǒng)，沒有辦法實(shí)施精準(zhǔn)的溫度測量與溫度控制。傳統(tǒng)的溫度控制實(shí)時(shí)性差，布線繁瑣且復(fù)雜，溫度控制的效果不精準(zhǔn)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，以前的傳統(tǒng)溫度控制手段已經(jīng)不適用于需要高精度和速度的工業(yè)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)溫度控制的主要不足是溫度值的上下浮動比較大，受儀器的自身誤差和交流接觸器使用壽命的限制，通斷頻率很低4。在溫度控制中，因?yàn)闇囟缺豢貙ο蟮娜鐟T性大 ，滯后大，非線性等問題，使得控制性能很難提高，所以需要設(shè)計(jì)一較

14、為理想的溫度控制系統(tǒng)。1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 目前溫度測控系統(tǒng)正在朝多參數(shù)控制的綜合系統(tǒng)發(fā)展?，F(xiàn)在世界的溫度測量控制技術(shù)都在迅猛的發(fā)展，歐美的有些國家已經(jīng)基本達(dá)到了自動化，正在朝完全性的自動化，無人化方向發(fā)展。我們國家的溫度控制也有了很大的發(fā)展，現(xiàn)在我們的生活中有著各種各樣的溫度控制如紅外遙控溫度控制，GSM溫度控制，基于單片機(jī)的模糊溫度控制，自調(diào)整因子的模糊溫度控制，高精度的恒溫控制等等。紅外遙控溫度控制系統(tǒng)由紅外控制電路，采集溫度電路，液晶顯示電路，溫度控制電路等等基礎(chǔ)的電路組成。它的控制核心是單片機(jī)，通過溫度傳感器采集溫度，液晶顯示采集到的溫度，采集得到的溫度值與系統(tǒng)中自己設(shè)定的溫度

15、上限和溫度下限進(jìn)行比較，如果測量的溫度低于自己設(shè)定的溫度，進(jìn)行繼電器加熱；如果高于自己設(shè)定的溫度，則通過紅外遙控控制電風(fēng)扇來降溫5。GSM和MSP430單片機(jī)的溫度控制這個(gè)溫度控制系統(tǒng)主要是采用GSM和MSP430單片機(jī)來進(jìn)行溫度控制，以單片機(jī)為核心，GSM為控制手段，這個(gè)系統(tǒng)可以對周圍的環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測6，具有實(shí)時(shí)性，當(dāng)檢測到的溫度不在自己設(shè)定的范圍時(shí)，單片機(jī)通過無線通訊發(fā)送短信給 ，然后 主人可以進(jìn)行報(bào)警，也可以使用 短信進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和開關(guān)，得以控制周圍的溫度到自己設(shè)定的范圍。GSM進(jìn)行傳送有著比較高的性價(jià)比，有著便宜而且方便的特點(diǎn)，所以通過GSM來實(shí)施遠(yuǎn)程的溫度控制和報(bào)

16、警都是一個(gè)很好的選擇。 現(xiàn)在有人提出了一種模糊溫度控制的方案，它是基于SOC單片機(jī)的。SOC技術(shù)是一種有著很高的集成化的，固件化特點(diǎn)的集成手法。以SOC作為核心，利用單片機(jī)的片內(nèi)資源，達(dá)到完成溫度信號采集的功能以及ADC的轉(zhuǎn)換設(shè)置與驅(qū)動控制的功能。SOC模糊溫度控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由上位管理系統(tǒng)和一些設(shè)計(jì)現(xiàn)場的控制的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)造。溫度控制節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)是由溫度采集，輸出控制，顯示模塊以及通訊模塊組成的。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)溫度控制精度不錯(cuò)，網(wǎng)絡(luò)通訊比較可靠，安全性也得到保障，具有實(shí)時(shí)檢測，但是調(diào)試的時(shí)候，會出現(xiàn)誤碼的問題，需要在可靠性和實(shí)時(shí)性上做進(jìn)一步的研究7。 自調(diào)整因子的模糊溫度控制系統(tǒng)是一種調(diào)節(jié)時(shí)間較短，超調(diào)量小

17、，溫度誤差在控制要求內(nèi)的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制慣性大，非線性，滯后大，模糊控制系統(tǒng)，動態(tài)性能很不錯(cuò)，但是穩(wěn)態(tài)性能不理想。使用PID控制，穩(wěn)態(tài)的性能很不錯(cuò)，但是動態(tài)不盡人意，不理想。自調(diào)整因子模糊溫度控制系統(tǒng)是以溫度的誤差值及誤差變化量的值來作為輸入量，控制量的值的變化作為輸出量。此控制器比較靈活，可以進(jìn)行精準(zhǔn)迅速并且穩(wěn)定的控制8。 在實(shí)際生活和科技研究中，我們有很多的實(shí)驗(yàn)需要加熱器加熱，使得溫度保持在一個(gè)恒定的溫度。在實(shí)驗(yàn)過程中，溫度的穩(wěn)定性很多時(shí)候要求比較高，需要不間斷的調(diào)節(jié)。經(jīng)常用的溫度調(diào)節(jié)手段有多用可控硅調(diào)壓調(diào)溫，繼電器調(diào)溫等。繼電器調(diào)溫因?yàn)樾枰茴l繁的調(diào)節(jié)，而且精度比較低，調(diào)節(jié)不方便，重量較

18、大?？煽毓璧恼{(diào)溫，體積小，沒有噪音，調(diào)節(jié)方便而且控制的精度高。這個(gè)設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為核心的控制器，電路設(shè)計(jì)比較簡單，控制的效果很好。在交流電的周期中，過零點(diǎn)時(shí)，延時(shí)時(shí)間給予出發(fā)信號使導(dǎo)通，隨著導(dǎo)通時(shí)間的變長，負(fù)載的有效功率逐步降低9，然后對可控對象的溫度進(jìn)行控制。因?yàn)椴捎昧司艿难舆t控制導(dǎo)通，可以有效而且精準(zhǔn)的控制加熱的功率，在運(yùn)行過一些時(shí)間以后，有效的電壓基本不變，可以使溫度比較長時(shí)間內(nèi)不波動。溫度可以穩(wěn)定在0.04以內(nèi)，對于溫度控制穩(wěn)定要求高的情況下，是一個(gè)很有效的控制手段10。 隨著我國的電子科技技術(shù)水平和微機(jī)的進(jìn)步發(fā)展，微機(jī)測量精度和控制水平得到了長足的進(jìn)步，已經(jīng)普遍使用在社會中。單片機(jī)

19、的數(shù)據(jù)處理的能力很高，運(yùn)行速度也非常的快而且它的能量消耗低，應(yīng)用在溫度測量這個(gè)領(lǐng)域更有著控制簡單，溫度測量范圍大，測出的溫度有高精度的特點(diǎn)11。水溫控制經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展獲得可喜成績，智能化，形式多樣化等特性成為板上釘釘?shù)氖聦?shí)。計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度控制時(shí)，溫度測量有著準(zhǔn)確性，及時(shí)性，可以被隨時(shí)的控制12。1.3 本文的主要工作本文研究的目標(biāo)是浴室溫度控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)主要是能實(shí)現(xiàn)以下的幾個(gè)功能，語音模塊進(jìn)行語音播報(bào)“加水”和“排水”。DS18B20傳感器測量水溫，然后設(shè)置可設(shè)置的最高最低值。在溫度控制中，當(dāng)水體實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，但是沒有超過45時(shí)，屬于正常的可接受范圍；當(dāng)前溫度高于45時(shí)，加入

20、冷水，直至45；當(dāng)前溫度比溫度下限值低時(shí)，開始加熱水，直至水溫達(dá)到45。設(shè)P3.2和P3.3個(gè)水位測量點(diǎn)，當(dāng)水位高于P3.3點(diǎn)時(shí)，開始進(jìn)行溫度控制；當(dāng)水位超過P3.2點(diǎn)時(shí)，開始排水。 此設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的浴室溫度控制系統(tǒng)，其具體要研究的內(nèi)容主要有著幾個(gè)主要的內(nèi)容，它是采用C語言編寫，能夠?qū)崿F(xiàn)語音播報(bào)和液晶顯示，可以實(shí)時(shí)的測量水溫，實(shí)時(shí)的檢測水位，在水位達(dá)到下限，開始控制溫度，使溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)；達(dá)到水位上限定值禁止加水，開始排水。 第二章 系統(tǒng)方案論證和硬件概述2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 本章首先論證了各個(gè)模塊系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要模塊有溫度控制模塊，溫度測量模塊，水位檢測模塊，液晶顯示

21、模塊，語音播報(bào)模塊。通過比較不同的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇更合適的設(shè)計(jì)方案，確定整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。其次概述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中使用到的硬件的基本資料。 1溫度控制模塊 浴室溫度的控制，主要是控制溫度的加熱，綜合了以前的一些設(shè)計(jì)，提出了3種不同的方案。方案具體如下： 方案一：采用雙向可控硅驅(qū)動電加熱管加熱升溫。通過單片機(jī)的電平來控制雙向可控硅電加熱管的通斷，驅(qū)動加熱管加熱，從而達(dá)到控制溫度的目的。 方案二：采用繼電器驅(qū)動電加熱管加熱升溫。通過單片機(jī)的電平控制轉(zhuǎn)換，來控制繼電器線圈的通斷，從而達(dá)到控制溫度的目的。 方案三：使用電動調(diào)節(jié)閥，通過控制兩個(gè)電動調(diào)節(jié)閥的流量變化，使得可以控制釋放不同溫度的熱水

22、，來達(dá)到控制水溫的目的。 在浴室的溫度控制中，方案一和方案二都不太適合，浴室的浴缸不適合用加熱管加熱，適合通過調(diào)節(jié)閥來釋放不同溫度的熱水，從而讓整體的水溫得到提高。綜合了3個(gè)方案，個(gè)人認(rèn)為方案三優(yōu)越于方案一和方案二，故溫度控制模塊采用方案三。 2 溫度測量模塊 溫度的采集有著很多不同的方法，通用的方法有熱電阻測量和傳感器測量。綜合以前的溫度采集設(shè)計(jì)，提出了以下2種方案。方案具體如下： 方案一：采用熱電阻采集溫度，通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給單片機(jī)。絕大多數(shù)的金屬隨著溫度的上升，這也是金屬電阻采集溫度的原理，它是具備正系數(shù)的。一般熱電阻的測量范圍可達(dá)-200到500，測量精度

23、很高，穩(wěn)定性較高。方案二：使用溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，接著把數(shù)字信號傳送給單片機(jī)。DS18B20的測溫范圍是下至-55，上達(dá)125，誤差為0.5。該傳感器在一個(gè)相當(dāng)小的集成芯片上綜合了A/D轉(zhuǎn)換器，半導(dǎo)體的敏感元件等等，從而使得傳感器輸出的值直接溫度信號數(shù)值。方案一中電阻測量雖然精度高，范圍廣，但是成本相對較高，并且測量方法復(fù)雜。而本系統(tǒng)中的溫度傳感器是在水中使用，首先需要考慮密封防腐的問題。要防止引腳直接與水發(fā)生接觸從而導(dǎo)致短路，使儀器破損，還要防止水腐蝕傳感器外殼。相對而言DS18B20溫度傳感器更符合以上條件，而且其還無需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，測量方法簡單，成

24、本又低，還符合本系統(tǒng)的測量精度與范圍的要求。所以選擇方案二。 3水位檢測模塊 在浴缸中我們的水位測量也是有著相當(dāng)重要的地位，水位過低時(shí)的溫度控制，會使人要等很久才能洗浴，水位過高可能導(dǎo)致水溢出。在我們的洗浴過程中，要將水位控制在一個(gè)相對合適的范圍之內(nèi)。為了控制水位，綜合了以前的一些設(shè)計(jì)提出了2種不同的方案。方案具體如下： 方案一：采用水位傳感器。水位傳感器使用簡單，精度高，反應(yīng)快。方案二：采用水位檢測電路，在三極管的基極與電源接出導(dǎo)線，通過控制PNP三極管的導(dǎo)通，來判定水位是處在一個(gè)什么范圍之內(nèi)。比較方案一與方案二在浴室中，我們使用水位控制系統(tǒng)就能很好的完成任務(wù)，水位傳感器的價(jià)格比較高，在浴室

25、水位控制中性價(jià)比不如水位檢測，所以水位檢測選擇方案二。 4 顯示模塊 要顯示當(dāng)前溫度以及溫度下限和工作狀態(tài)，顯示模塊必不可少，綜合以前的設(shè)計(jì)，提出了3種設(shè)計(jì)方案。方案具體如下：方案一：采用LCD12864液晶顯示器?？梢燥@示數(shù)字、字母和各種符號外還可以顯示漢字等圖形。方案二：采用LED數(shù)碼管顯示器。有8位LED數(shù)碼管，8個(gè)發(fā)光二極管組成了LED的內(nèi)部，能顯示數(shù)字0-9和部分字母。方案三：采用LCD1602液晶顯示器。它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字，字母等圖形。比較方案一與方案二，優(yōu)缺點(diǎn)如下：LCD12864液晶顯示器顯示內(nèi)容多效果好，本系統(tǒng)需要顯示的內(nèi)容較多，有實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定出的溫度下限值，當(dāng)前的工作狀態(tài)。數(shù)

26、碼管和LCD1602就不能很好地實(shí)現(xiàn)這一功能，所以選擇方案一。 5 語音播報(bào)模塊 在水位達(dá)到水位下限開始加水和水位達(dá)到上限開始排水時(shí)，語音播報(bào)進(jìn)行提示，有著加深印象的作用。綜合以前的設(shè)計(jì)提出了2種設(shè)計(jì)方案。方案具體如下： 方案一：采用APR9600系列語音錄放芯片，這是一種新型的語音芯片，它的音質(zhì)優(yōu)越，有重復(fù)錄放的功能，在斷電之后也可以使用13。它的語音錄放可達(dá)34-60秒，但是不能通過軟件控制語音的播放，不能應(yīng)用在數(shù)字播音。方案二：采用ISD1420系列語音芯片，它的音質(zhì)很好，語音錄放在8-20秒，它有2種放音控制和1種錄音控制14。它的每一個(gè)采樣都被保存在芯片內(nèi)部，可以保存達(dá)百年之久。IS

27、D1420語音播放的設(shè)計(jì)電路很簡單，最小的錄放音系統(tǒng)，僅僅需要喇叭、麥克風(fēng)、若干按鍵、電源和很少的電容以及電阻就可以實(shí)現(xiàn)。浴室水溫溫度控制系統(tǒng)的語音播報(bào)是在通電的情況下實(shí)現(xiàn)，而且也需要軟件部分，綜合了方案一及方案二，方案二更具性價(jià)比和優(yōu)勢，故選擇方案二。2.2 AT89S52單片機(jī)概述單片機(jī)是一個(gè)集成芯片，具備一些特殊的功能，其功能需要我們使用者自己輸入編程來完成。編程的目標(biāo)即是控制這個(gè)芯片在不同的時(shí)間輸出不一樣的電平，然后進(jìn)一步的控制單片機(jī)各個(gè)引腳相連接的外部電路的情況15。AT89S52是由因特爾公司發(fā)明，最早系列有MCS-48，其后發(fā)展出了MCS-51，然后因特爾公司將核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓出去，

28、之后發(fā)明了許多很多的51兼容系列單片機(jī)。AT89S52具有40個(gè)引腳，8KB的片內(nèi)存儲器，1個(gè)全雙工串行信口，內(nèi)置看門狗(WDT)電路16。2.3 DS18B20傳感器概述數(shù)字溫度傳感器DS1820是一根總線接口的溫度傳感器。它有著功率消耗低、性能比較高、可組建網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)。新的器件適用電壓更寬，體積也大幅度減小，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。DS18B20的溫度測量分辨率高達(dá)12位，可以直接把溫度信號轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)需要的串行符號，很經(jīng)常與單片機(jī)組合使用，從單片機(jī)中讀取到溫度數(shù)據(jù)。在我們現(xiàn)在的生活中，DS18B20已經(jīng)廣泛的使用在冷凍庫、糧倉、電力室。它測量出溫度可以下至-55，上達(dá)125。在-10到85這個(gè)測

29、量值內(nèi)，測量出的溫度誤差更是僅在0.5。由于溫度傳送是以一線總線的方式傳送，使的系統(tǒng)的抗擾力得到了很好的成長。電壓范圍也被調(diào)整至3.3V-5V，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈巧簡便，而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20的性能是現(xiàn)代最優(yōu)秀的產(chǎn)品之一，有著極高的性價(jià)比。選擇這類產(chǎn)品是能更符合我們的心意，從而設(shè)計(jì)出更適合我們當(dāng)代社會的溫度測量控制系統(tǒng)。2.4 其它硬件概述 ISD1420語音芯片是由美國ISD公司所發(fā)明的新產(chǎn)品，它有著錄音數(shù)據(jù)永久化，保真度極高，用電很少等特點(diǎn)。它是合用于同單片機(jī)接口等特點(diǎn)的新產(chǎn)品，它的錄音時(shí)間可長達(dá)20秒。它采用的技術(shù)有可以省電的自動待機(jī)技術(shù)，可以直接存儲模擬信號，可編程

30、電擦除只讀存儲與總線技術(shù)。它的聲音很優(yōu)質(zhì)，沒有背景的噪音，可以兼容很多的系統(tǒng)，錄音或者放音之后可以馬上進(jìn)入維持狀態(tài)，僅僅需要0.5微安電流，可以有著自動省電的模式，而且存儲信息時(shí)不耗電。LCD12864它是128*64液晶模塊的簡稱，這是電子界大家通用的簡略說法。它具有STN的顯示類型，是透反射/正性的偏振模式，兼容多種單片機(jī)，有著串口或8位，4位并口，其工作溫度在-20至70，在儲藏的情況下，溫度在-30到80之間，有著1/64 DUTY，1/9 BIAS的驅(qū)動方式，它有著4行8列總計(jì)32個(gè)16*16點(diǎn)陣的漢字，也可以完成顯示圖形的功能，他的另外一個(gè)顯著特點(diǎn)即是需要的電壓低，消耗的功率很少。

31、它的分辨率是128*64，接口很簡單，操作簡單零落，與同類型的液晶顯示模塊相比較，在顯示程序上或者硬件電路上都有著極其明顯的優(yōu)勢，在價(jià)格上性價(jià)比更是處在領(lǐng)先地位。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以AT89S52作為控制核心，開始接上晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。接著根據(jù)帶語音播報(bào)的浴室溫度控制系統(tǒng)的要求，可以把各個(gè)功能進(jìn)行模塊化處理。通過把各個(gè)模塊地統(tǒng)籌處理，可以構(gòu)成一個(gè)功能完善的系統(tǒng)，系統(tǒng)整體框圖如圖3-1所示： 圖3-1 系統(tǒng)整體框圖3.2 系統(tǒng)子模塊設(shè)計(jì)溫度采集電路 溫度采集電路溫度采集采用溫度傳感器DS18B20，它可以采集溫度數(shù)據(jù)，然后溫度數(shù)據(jù)直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可以直觀且實(shí)時(shí)的檢測

32、當(dāng)時(shí)的周圍環(huán)境溫度。DSl8B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DSl8B20的測量范圍從-55到125，誤差為0.5，工作電壓則是在3-5V，自己設(shè)定的溫度存儲在芯片的內(nèi)部即EEPROM中17。它有著3個(gè)引腳，當(dāng)我們的設(shè)計(jì)使用的是外部電源給系統(tǒng)供電時(shí)，VCC腳接電源，GND腳接地，DQ腳作為信號端接單片機(jī)的P3.4 I/O口。在VCC腳和DQ腳之間我們還需要接1個(gè)阻值約莫為4.7K的上拉電阻R16，用來使我們的總線在不使用的時(shí)候也能保持高電平。溫度傳感器DS18B20將自身采集到的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲起來，通過I/O口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)從而控制程序驅(qū)動LCD12864顯

33、示溫度，控制整個(gè)系統(tǒng)。溫度采集電路原理圖如圖3-2所示：圖3-2 溫度采集電路圖3.2.2 鍵盤電路 在鍵盤電路中我們通常有著獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤2種方式，當(dāng)獨(dú)立鍵盤與單片機(jī)相連時(shí)，每一個(gè)按鍵都需要一個(gè)單獨(dú)的I/O口來控制，若我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要很多按鍵的時(shí)候，會導(dǎo)致I/O口不夠用。當(dāng)我們使用矩陣鍵盤時(shí)，可以將1行的按鍵連成一個(gè)接口，占用1個(gè)I/O口。每一列的按鍵連成一個(gè)接口，占用1個(gè)I/O口，這樣子我們可以通過掃描I/O口，來確定我們使用的是哪個(gè)按鍵，這樣子可以在需要很多I/O口的時(shí)候節(jié)省很多的I/O口。因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中我們僅僅需要4個(gè)按鍵而已，I/O口比較充足，故使用獨(dú)立鍵盤電路。在單片機(jī)設(shè)計(jì)

34、中，除了復(fù)位按鍵，其他的按鍵都是采用的開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)來控制輸入與功能的。本次設(shè)計(jì)共有3個(gè)按鍵，能實(shí)現(xiàn)設(shè)置，增大，減小，啟動4個(gè)功能，采用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，互相不會影響。鍵盤的按鍵K1，K2，K3，K4功能如下表3-1所示。鍵盤電路如下圖3-3：表3-1鍵盤功能圖按鍵鍵名功能K1復(fù)位鍵使系統(tǒng)復(fù)位K2設(shè)置鍵開始設(shè)定溫度K3+1和啟動鍵設(shè)定溫度+1，在完成設(shè)定后按下設(shè)置鍵后，再按這個(gè)鍵，開始啟動K4-1鍵設(shè)定溫度-1圖3-3鍵盤電路圖 顯示電路本設(shè)計(jì)主要采用的是LCD12864顯示器，可以用來顯示漢字與圖形，在溫度檢測與溫度設(shè)置下限時(shí)，可以直接的顯示出來。DB0-DB7接單片機(jī)的P2.0

35、至P2.7作為數(shù)據(jù)的輸入輸出，GND接地，VDD是電源正極接+5v，V0口接一個(gè)電位器來調(diào)整液晶顯示對比度，RS口接單片機(jī)的RS口，作為數(shù)據(jù)/命令的選擇端，R/W端接W/R端來行使讀/寫輸入端的功能，EN端是使能信號，NC腳是空腳不用接，RST端接+5V來行使復(fù)位功能，V0UT也是空腳不接，BLA是背光電源正極，所以接+5V電源，BLK端是背光電源負(fù)極，所以接地。液晶顯示電路如下圖3-4：圖3-4液晶顯示電路圖3.2.4 水位檢測電路本次設(shè)計(jì)在Q1和Q2這2個(gè)三極管的基極分別接出一根導(dǎo)線，電源處也接出一根導(dǎo)線，分別置以不同的高度，電源處的導(dǎo)線最低，三極管Q1基極接出的導(dǎo)線在三極管Q2基極接出的

36、導(dǎo)線和電源處導(dǎo)線之間。Q1接出的導(dǎo)線位置標(biāo)為P3.3，Q2接出的位置標(biāo)為P3.2。C2和D2則分別接至單片機(jī)的P3.3和P3.2口。，在水位在初始到P3.3之間時(shí)，C1和D1均與接地接通，三極管導(dǎo)通C1和C2以及D1與D2均為低電平。在水位在P3.3和P3.3之間時(shí)，C1與電源的線導(dǎo)通，三極管截止，C2呈現(xiàn)高電平，C1也是高電平，D2和D1則是低電平，單片機(jī)則是判斷C2和D2的電平來做出判斷，開始檢測水溫，然后來進(jìn)行是否加水。當(dāng)水位達(dá)到P3.2之上時(shí)，C1和C2均與電源導(dǎo)通，三極管截止，D2出現(xiàn)高電平，D1也是高電平，C1和C2也是高電平。單片機(jī)來判斷C2和D2的電平來判斷是否排水。其中的R1

37、3和R14有10K的阻值，它的作用上拉電平，加強(qiáng)驅(qū)動力。R11和R12的電阻則是1K，它的作用是用來限流，防止燒毀三極管。水位檢測電路如下圖3-5所示： 圖3-5水位檢測電路圖3.2.5 水位控制電路 在我們洗浴的時(shí)候，我們需要一定量的水位高度的水，所以設(shè)定了2個(gè)水位值，一個(gè)為水位下限，在低于水位下限的時(shí)候，開始加水直至達(dá)到水位下限。一個(gè)為水位上限，在水位高于上限時(shí)，開始排水，從而將水位控制在自己設(shè)定的范圍內(nèi)。本次設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管來代替執(zhí)行電路。L1燈代表釋放熱水，L2代表釋放冷水，L3代表排水。控制電路如下圖3-6所示： 圖3-6水位控制電路3.2.6 水溫控制電路 本設(shè)計(jì)采用電動控制門閥

38、來控制水的流量以達(dá)到溫度控制的功能，它采用的原理主要是熱平衡原理。假設(shè)熱水為T1，冷水為T2，混合水的溫度為T3，易而得之T1T3T2，由Q吸等于Q放 可以得到： C水*M熱水*（T1-T3）=C水*M冷水*（T3-T2） 可以得出 T3=（M熱水*T1+M冷水*T2）/（M冷水+M熱水），令A(yù)=M熱水/M冷水 則T3為（AT1+T2）/(1+A)，可以得出這是以A的遞增函數(shù)，這樣子當(dāng)實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度值時(shí)，可以控制2個(gè)電動調(diào)節(jié)門閥使得A增大，使得溫度逐步達(dá)到所需要的值。3.2.7 單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生STC89C52單片機(jī)正常工作所需的時(shí)鐘控制信號。它的產(chǎn)生來自于兩種電路形式，

39、內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式。在引腳ATXL1和ATXL2外接晶振就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，外接晶振以后，構(gòu)成了自振振蕩器來產(chǎn)生時(shí)針脈沖，內(nèi)部振蕩信號相對穩(wěn)定，多數(shù)電路設(shè)計(jì)均采用。本設(shè)計(jì)也是采用內(nèi)部振蕩的方式。在單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3-7所示，圖中C6與C7起著穩(wěn)定振蕩頻率與快速起振的作用，電容值是30pF，晶振頻率為12MHZ，內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘復(fù)位操作可以使單片機(jī)的片內(nèi)初始化，以一種確定的初始狀態(tài)開始運(yùn)行。復(fù)位即是單片機(jī)初始化，當(dāng)AT89S52單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的的高電平，就會自動執(zhí)行復(fù)位操作。單片機(jī)復(fù)位有多種形式如片內(nèi)復(fù)位，上電復(fù)位，按

40、鈕電平復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用電或開關(guān)復(fù)位，能實(shí)現(xiàn)的是電源接通以后自動復(fù)位，而且能夠在單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，按下開關(guān)可以達(dá)到單片機(jī)復(fù)位的效果。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-7所示： 圖3-7單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.2.8 語音電路在這個(gè)模塊中，A0-A7接到單片機(jī)的P0口，REC、PLAYE、PLAYL接口接上外圍的一些元器件即限流電阻R1，R2，R3，耦合電容0.001uF的C1，構(gòu)成語音錄放電路。在語音芯片的RECLED引腳與電源之間接上1個(gè)發(fā)光2級管D1和1K阻值的限流電阻R5，來實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊的錄音和放音的操作，。XCLK外部時(shí)鐘引腳端接地，VCCD和VCCD引腳接入到+5V電源電壓，VSSD和

41、VSSA接地，在VSSD和VCCA之間接入1個(gè)0.1uF電容即C2，為了濾高平電源電壓，從而使得供電電壓更加穩(wěn)定。SP+和SP-接入到喇叭，ANA IN和ANA OUT之間接入一個(gè)0.1uF的電容C3，和5.1K電阻的R4，進(jìn)行功率放大，AGC引腳接上2個(gè)并聯(lián)起來的470K電阻R6和0.1uF的電容，來實(shí)現(xiàn)濾高平平的功能。語音控制模塊如下圖3-7所示： 圖3-8語音模塊圖 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖系統(tǒng)的軟件部分主要是由主程序流程圖，鍵盤掃描流程圖，水位溫度控制流程圖，LCD顯示處理流程圖。當(dāng)通電時(shí)，主程序啟動，初始化液晶顯示器即對液晶顯示器設(shè)置并口方式，基本指令操作，顯示開或關(guān)

42、光標(biāo)，然后清除LCD顯示內(nèi)容，接著溫度及溫度下限和工作狀態(tài)，通過鍵盤掃描子程序，設(shè)定溫度的下限值，經(jīng)過顯示處理得出系統(tǒng)工作位flag的值，當(dāng)設(shè)定的溫度在35到45之間時(shí)，flag=1，當(dāng)設(shè)定的溫度不在35到45之間，flag=0。經(jīng)過系統(tǒng)工作位flag值的判斷，當(dāng)flag=0時(shí)，溫度控制恢復(fù)至初始狀態(tài)，然后跳轉(zhuǎn)到LCD顯示處繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)flag=1時(shí)，執(zhí)行溫度控制子程序來控制溫度和水位，然后也跳回到LCD顯示處繼續(xù)循環(huán)。主程序流程圖如下圖4-1所示： 圖4-1 主程序流程圖4.2 鍵盤掃描流程圖 本程序主要是完成溫度下限的設(shè)置，因?yàn)槿梭w的承受溫度主要是在35到45之間，太高和過低對人的身體都有

43、傷害的。K2鍵是設(shè)置鍵。K3，K4在設(shè)置過程中是有著溫度下限加1，K4在設(shè)置過程中有著溫度下限減1的功能，flog的初始值為0，K2在每按一次的時(shí)候，flog的值加1，通過判斷flog的值，執(zhí)行不同的功能。因?yàn)樵O(shè)置鍵按的次數(shù)是奇數(shù)時(shí)，是有著設(shè)置溫度下限的功能，是偶數(shù)的時(shí)候，則是完成設(shè)置，故在flog大于1時(shí)，重新變?yōu)?。在完成溫度設(shè)置之后，按下K3，則是進(jìn)行顯示處理。鍵盤掃描的流程圖如下圖4-2所示： 圖4-2 鍵盤掃描流程圖4.3 顯示處理流程圖當(dāng)設(shè)定的溫度高于45時(shí)，液晶顯示溫度過高，請重新設(shè)置，工作狀態(tài)為stop ，flag=0，即系統(tǒng)工作位為0，當(dāng)設(shè)定的溫度低于35時(shí)，液晶顯示溫度過低

44、，請重新設(shè)置，工作狀態(tài)為stop，flag=0，當(dāng)設(shè)定的溫度在35到45之間，此溫度可以設(shè)置，液晶顯示此設(shè)定的溫度值，工作狀態(tài)為RUN，flag=1，系統(tǒng)工作位為1。顯示處理流程圖如下圖4-3所示： 圖4-3 顯示處理流程圖 4.4 水位溫度控制流程圖 本程序主要將水位和水溫控制在一個(gè)范圍內(nèi)，在水位未達(dá)到水位下限時(shí)，語音提示加水，冷熱水混加，保證有足夠的水，可以用來洗浴。在水位處在水位上限和下限之間時(shí)，溫度高于溫度上限時(shí)，則加入冷水，直至溫度上限。溫度低于溫度下限時(shí)，則加入熱水，直至溫度不低于溫度上限。溫度處于溫度上下限之間時(shí)，溫度就適用于洗浴了。水位高于水位上限時(shí)，語音提示排水，進(jìn)行排水處理

45、。溫度控制的流程圖如下4-4所示： 圖4-4 水位溫度控制流程圖 DS18B20溫度傳感器的每一次命令和數(shù)據(jù)傳輸都是從寫時(shí)序開始，數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)時(shí)，需要啟動讀時(shí)序來接收數(shù)據(jù)，每一次的讀時(shí)序和寫時(shí)序都需要60s，在獨(dú)立的讀和寫時(shí)序之間最少需要1s的恢復(fù)時(shí)間。它的寫和讀時(shí)序都有0時(shí)序和1時(shí)序。在寫時(shí)序的0時(shí)序時(shí)，單總線被最少拉低60s，保證它能夠在15s-45s，可以正確的采樣。在寫時(shí)序的1時(shí)序，單總線拉低，在15s內(nèi)釋放。在讀時(shí)序的0時(shí)序，總線的狀態(tài)是低電平，讀時(shí)序的1時(shí)序，總線則是高電平，要保持15s的采樣總線。溫度采集電路流程圖如下圖4-5所示： 圖4-5 溫度采集電路流程圖液晶LCD12

46、864想要顯示內(nèi)容之前，首先要對其進(jìn)行初始化，也就是進(jìn)行顯示清屏設(shè)置，顯示模式的設(shè)置，顯示開關(guān)光標(biāo)的設(shè)置。LCD12864是并口運(yùn)行方式，在顯示內(nèi)容之前，要對顯示位置進(jìn)行設(shè)置，即寫入命令函數(shù)，然后寫入數(shù)據(jù)，可以顯示出數(shù)據(jù)。液晶顯示程序流程圖如下圖4-6所示： 圖4-6液晶顯示流程圖首先進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的看設(shè)計(jì)調(diào)試，在硬件焊接完成以后，檢查了每個(gè)元器件的引腳，檢查有沒有虛焊或者是短路，查看電路的設(shè)計(jì)有沒有問題，如沒有問題，則進(jìn)行上電測試，按照系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行測試，看看有無元器件過熱現(xiàn)象，如果元器件部分沒有問題，便進(jìn)行其他功能的測試。硬件調(diào)試沒有問題后，進(jìn)行軟件調(diào)試，首先檢查LCD12864液

47、晶顯示屏，看上電后是否正常顯示字符。其次，檢查存儲模塊是否能讀寫信息。再次，調(diào)試單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。最后將寫好的程序?qū)階T89S52單片機(jī)中，接上+5V電源然后開始調(diào)試，首先進(jìn)行顯示檢查，查看LCD12864是否能正常顯示，然后開始設(shè)定溫度下限，觀察是否溫度設(shè)定被限定在35到45，高于45或者低于35顯示溫度異常，返回重新設(shè)置，設(shè)定完成之后，紅燈藍(lán)燈一起亮，表示冷熱水混加，在達(dá)到P3.3時(shí) 開始比較溫度，溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，紅燈亮，表示開始加熱水，溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，藍(lán)燈亮表示加冷水，達(dá)到P3.2時(shí)，黃燈亮5秒表示排水5秒。一切無誤之后，就說明整體調(diào)試成功。第五章 總結(jié)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文主要研

48、究設(shè)計(jì)浴室溫度控制主動控制系統(tǒng)，首先研究溫度控制的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和要求指標(biāo)。然后確定總體系統(tǒng)方案，并對系統(tǒng)各個(gè)模塊和其中的器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。本論文以AT89S52單片機(jī)為主控制器，以DS18B20傳感器為溫度傳感器，通過設(shè)定溫度上下限，經(jīng)過水位檢測和溫度控制設(shè)計(jì)了一套完整的浴缸水溫水位控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是可以將浴室的溫度自動控制在自己適宜的溫度之間，不會因?yàn)橄粗粗?，就要跑去放熱水，也不會因?yàn)榉艧崴畬?dǎo)致溫度過高，從而浪費(fèi)水資源。5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 硬件最后成品如下圖5-1所示： 圖5-1 硬件成品圖 參考文獻(xiàn)1周秀明,曹雋,張春龍.基于DS18B20的單片機(jī)溫度檢測與調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

49、J.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011,14(1):79-81.2王梅紅.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真J.四川兵工學(xué)報(bào),2012,33(2):102-103.3彭秋紅,沈占彬.基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2010，2(5):131-132.4吳健,侯文,鄭賓.基于STC89C52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)J.電腦知識與技術(shù),2011,07(4):902-903.5魏雅.基于AT89S52單片機(jī)紅外遙控溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào),2006,28(3):32-36. 6王起源,王索成,孫長龍.基于GSM和MSP430單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計(jì)J.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2011,28(5):58-61.7