饮水机温度控制的系统设计与仿真摘 要本文设计并实现了一种饮水机温度控制系统。其硬件系统以AT89C52单片机为核心，用温度传感器DS18B20实现温度控制，用液晶屏显示实时温度、时间与预设温度，制作数字温度计，并可实现温度预警控制。单片机系统的软件设计采用C语言进行编程，应用软件采用KEIL和PROTEUS仿真软件模拟实现控制过程。该饮水机控制系统是基于单片机的计算机检测技术的软硬件开发的一种应用，不仅可以创造良好的经济效益，还可优化饮水机温度控制系统。关键词：AT89C52单片机；DS18B20；温度控制The Design and Simulation of Drinking Machine Temperature Control SystemABSTRACTThis paper introduces a water dispenser temperature control system.This system hardware design takes AT89C52 as a core ,and realizes the temperature control with temperature sensor DS18B20.The actual temperature and the preinstall temperature are displayed with the LCD, the simple intelligent temperature control system digit thermometer is manufactured ,and may realize the temperature early warning control.The software programming uses c language to carry on the programming.The application software uses KEIL and the PROTEUS simulation software realizing the controlled process.The water dispenser control system is based on an application of the single chip computer hardware and software development of detection technology can not only create a good economic benefits ,but also optimize the fountains temperature control system. Key word :the microcontroller AT89C52 ;DS18B20;temperature control.目 录1 绪论11.1 课题来源11.2课题发展现状及意义11.3本文设计思路21.4本文结构22系统的硬件设计32.1 系统工作原理与功能32.2硬件系统组成及各模块介绍33系统的软件设计103.1软件总体设计思路103.2主程序软件设计113.3键盘子程序软件设计123.4报警子程序软件设计133.5显示子程序软件设计144系统软件仿真154.1 Protues介绍154.2 Keil uVision4调试软件164.3 Proteus ISIS的仿真步骤与结果18总 结20参考文献21附 录22致 谢28饮水机温度控制系统的设计与仿真1 绪论1.1 课题来源目前市场大部分饮水机采用了热敏电阻进行温度控制，饮水机从室温把水加热到沸腾，开关断开；之后温度下降，当温度下降到一定时，温控开关闭合，然后继续加热到沸腾，周而复始。这不仅造成能源的浪费，反复烧开的热水被人体吸收后，其中还有重金属等有害物质对人体健康是及其危害的。这种水俗称“千滚水”，千滚水不仅对人体健康有害而且还会造成能源浪费。为了避免饮水机的开水因反复烧开而造成的二次污染，该设计利用AT89C52单片机芯片对水温进行智能控制，使水保持在一个较适合的温度，一方面便于使用者及时饮用，一方面节约能源资源，有较好的发展前景。1.2课题发展现状及意义随着人类社会的不断进步，人类饮用水的供给方式也随其发生着变化，其过程为：河水井水自来水购买桶装水自制健康纯水。对此已形成了“喝纯净水，用自来水”的现代饮水新观念。我国现阶段的生活饮用水市场，实质上是桶装饮用水、自来水终端制水、管道直饮水三分天下的格局。其中桶装水以85%的绝对优势占据着市场的主导地位，但是桶装水存在着“二次污染”问题以及假冒伪劣等现实问题。管道分质供水在美国等发达国家的普及率为30%左右，目前国内的上海、广州、东莞等地开始试点，但由于工程浩大，近年内难有大的作为。自来水终端制水就产品来分，可以分为对自来水等进行初步过滤的净水器和各种大、中、小型的办公、家用纯水机，普及率在15%左右。可见现在仍普遍用桶装水，但是为避免反复烧开造成的“千滚水”产生的重金属对身体的危害，因而本文设计用单片机来控制水温使其保持在一个较适合的温度，以适于用户的即时饮用。目前饮水机的控制方式可分为普通控制型、智能感应型和微电脑控制型三类。普通控制型饮水机其加热和制冷均自动恒温控制，是目前用户使用最多的机型，并且其价位适中一般为首选。因而，本文在此基础上，做了一些改造使其更为人性化，比如说设置一定的保温温度使其一直处在这已设定温度左右，可供随时饮用，不必担心水温过烫的问题等。该设计可以实时检测饮水机水箱的水温，并且可以通液晶显示饮水机水箱水温度数，可以人为设置水的温度的保温值，当温度在设定的范围内时正常工作，当低于保温温度时控制加热器加热；当温度高于水温保温温度时继电器断开停止加热。另外，其温度检测范围为0100，精度1，并且有一定的时间延迟。该设计操作简单，可视化强，因而有较大的发展空间。1.3本文设计思路整个基于单片机的温度控制系统无论是硬件设计还是软件设计均采用模块化设计思想。先将整个设计系统划分为几个模块，然后自上到下、由大到小、分步细化，然后逐个进行详细射击，最后将各个模块组合起来。系统的设计过程如下：（1）首先根据用户对设计系统的具体要求来设计系统的总体构成。（2）模块化思想对系统硬件进行模块划分。（3）对系统硬件的各个模块在进行细化并对各个细化的具体元器件进行性能比较和型号选择。（4）根据硬件电路结合控制系统的要求对软件系统进行功能划分和模块划分。（5）进行内部资源分配。（6）结合资源分配、控制要求和实际电路进行各个子模块的软件编程设计。1.4本文结构 本文第一章为绪论部分，分析了现今饮水机使用状况及应用前景，并总体概括了设计思路。第二章概要介绍了系统总体硬件设计及各个模块的详细介绍，第三章具体概括了软件部分的的具体实现，第四章为编译与仿真结果分析。2系统的硬件设计2.1 系统工作原理与功能(1)工作原理该系统主要通过传感器来输入数据，传感器将水温温度即室温温度等非电信号转化为电信号，再由信号处理电路，将传感器输出的电信号进行处理(放大、滤波等)，使之满足A/D 转换的要求，然后由A/D 转换电路完成将温度传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。CPU首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过AT89C52来处理数据，由LCD显示屏显示实时温度与时间。并且可以通过外中断来实现对温度的预设，由存储电路存储这一预设温度，通过继电器根据预设温度来控制加热与否。(2)系统功能饮水机温控系统主要是控制水的温度，让用户使用起来方便。首先，第一次加水的时候，通过单片机的控制，烧开时蜂鸣器报警，得到干净卫生的饮用水。其次，温度恒定在设计值附近，使得用户可以随时饮用适合自己温度的饮用水。水加热时，灯亮，当加热到设置的温度时灯灭继电器断开，当低于设置的温度1时开始加热直到达到设定的温度。如此往复。另外，该显示器除具有显示温度功能时还可以显示时间也为其一特点。2.2硬件系统组成及各模块介绍 按系统的功能设计要求，硬件电路模块包括如下部分：1测温电路2时钟电路3数据保存电路4键盘接口电路5继电器控制模块6显示模块如图2-1所示系统组成的结构框图。图2-1系统结构图 2.2.1温度采集模块温度采集模块功能是对外界水温进行采集，然后将信号传给单片机。测量温度的关键是温度传感器，本文采用DS18B20进行测温，其温度值可以直接读出来，通过核心部件单片机AT89C52控制温度的读写和显示，通过LCD进行显示。（1） DS18B20介绍Dallas单线数字温度传感器DS18B20具有“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济等特点。Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS18B20一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55+125，在-10+85范围内,精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其DS18B20的管脚配置和封装结构如图2-2所示1。 图2-2 DS18B20封装引脚定义： DQ为数字信号输入/输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 （2）DS18B20的单线（1wire bus）系统单线总线结构是DS18B20的突出特点，也是理解和编程的难点。从两个方面来理解单线总线：一，单线总线只定义了一个信号线，而且DS18B20智能程度较低（这点可以与微控制器和SPI器件间的通信做一个比较），所以DS18B20和处理器之间的通信必然要通过严格的时序控制来完成。二，DS18B20的输出口是漏级开路输出，这种设计使总线上的器件在合适的时间驱动它。显然，总线上的器件与（wired AND）关系。这就决定：（1）微控制器不能单方面控制总线状态。之所以提出这点，是因为相当多的文献资料上认为，微控制器在读取总线上数据之前的I/O口的置1操作是为了给DS18B20一个发送数据的信号。这是一个错误的观点。如果当前DS18B20发送0，即使微控制器I/O口置1，总线状态还是0;置1操作是为了是I/O口截止（cut off），以确保微控制器正确读取数据。（2）除了DS18B20发送0的时间段，其他时间其输出口自动截止。自动截止是为确保：1时，在总线操作的间隙总线处于空闲状态，即高态。2时，确保微控制器在写1的时候DS18B20可以正确读入2。本设计将温度传感器DS18B20与单片机RXD引脚相连，读取温度传感器的数值。硬件如图2-3：图2-3 DS18B20硬件电路图 2.2.2时钟电路本文增加的一个功能为显示实时时间，为了更准确的显示时间，硬件电路设置了时钟电路模块，并且由LCD屏显示。本文选用DS1302做为时钟电路，DS1302的结构及工作原理:如图2-4所示DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后