基于51单片机的红外遥控水温控制系统的设计

【摘要】

本设计基于AT89C51单片机为控制核心，片外配合红外线遥控模块、水温加热模块开关、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块为一体构成无线水温控制系统。本水温控制系统设计采用自上而下的模块化设计，具有形象直观、操作简单、结构紧凑、温度控制灵活等优点。本系统能够对水温进行实时并且快速地温度采集、温度值显示、超温报警以及加热等功能，并且能够通过红外线遥控器实现对温度值的设定。经过大量实验测试，本次设计的系统通用性强、功能齐全、简单实用，值得在工控领域被大量推广，它能够将实现水加热系统的自动化，对企业及社会的发展具有重要意义。

【关键词】：AT89C51，DS18B20温度传感器，LCD1602液晶显示器

ABSTRACT

The design is based on AT89C51 single chip microcomputer as control core, chip with infrared remote control module, the temperature of the water heating module switch, based on Dallas digital DS18B20 temperature sensor module, buzzer alarm module, a key module, LCD1602 liquid crystal display module, crystal oscillator circuit module, reset circuit module and power module are integrated to form a wireless temperature control system. The water temperature control system design uses the modular design from top to bottom, has the advantages of visual image, simple operation, compact structure, flexible temperature control. The system can real-time temperature and rapid temperature acquisition, temperature display, temperature alarm, heating and other functions, and can realize the setting temperature value through the infrared remote controller. After a lot of experiments testing, the design of the system has strong universality, complete function, simple and practical, it is worth to be popularized in the field of industrial control, it will be able to realize automatic water heating system, has important significance to the development of enterprises and society.

【KEY WORD】:AT89C51，DS18B20，LCD1602

目 录

一、引言 ............................................................................................................................ 1

（一）选题背景 ........................................................................................................ 1 （二） 设计意义 ...................................................................................................... 1 （三）设计任务 ........................................................................................................ 2 二、总体方案设计 ............................................................................................................ 3

（一）方案的选择 .................................................................................................... 3 （二）方案简述 ........................................................................................................ 3 三、元器件介绍 ................................................................................................................ 5

（一）AT89C51单片机 ........................................................................................... 5 （二）DS18B20温度传感器 ................................................................................... 7 （三）红外遥控系统介绍 ........................................................................................ 8 四、系统硬件设计 .......................................................................................................... 11

（一）原理图描述 .................................................................................................. 11 （二）DS18B20温度传感器模块 ......................................................................... 12 （三）加热器开关模块 .......................................................................................... 12 （四）蜂鸣器报警模块 .......................................................................................... 12 （五）LCD1602液晶显示器模块 ......................................................................... 13 （六） 按键模块 .................................................................................................... 13 五、系统软件设计 .......................................................................................................... 15

（一）主程序设计 .................................................................................................. 15 （二）子程序设计 .................................................................................................. 15 总 结 ................................................................................................................................ 18 致 谢 ................................................................................................................................ 19 参考文献 .......................................................................................................................... 20 附录一 系统原理图 ........................................................................................................ 21 附录二 PCB .................................................................................................................... 22 附录三 元器件清单 ........................................................................................................ 23 附录四 系统程序 .......................................................................................................... 24

一、引言

（一）选题背景

对于温度的控制在工业活动中非常普遍，温度参数是一个最常用的被控参数，在化工、食品、燃料以及钢铁产业中都涉及到温控过程。由此可见，温控在工业活动中的地位越来越高，并且随着科学技术的迅速发展，对于温控系统的性能提出了更高的要求，要求其具有更高的精度和更快的速度。随着工业环境的逐渐复杂，以至于许多场合已经不适合实验人员全程监控，于是温控系统发生了巨大的改革，在工业上对于温度的控制已经不再仅限于较近距离的控制，远程温度控制已经在各个场合迅速发展，并且得到了各界的广泛关注。

目前市场上热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。本文设计的热水器控制系统以AT89C51单片机为检测控制中心单元，实现了温度显示和温度控制等功能。实际应用结果表明，该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国水加热系统的性能，具有可观的经济效益和社会效益。 （二）设计意义

目前工业上较为通用的有无线电和有线网络等通信方式的远程温度控制，虽然各种类型在不同场合都得到了广泛的利用，但是每一种都存在各自的优缺点。在无线通信商，由于不需要布置很复杂的线路，并且通信质量高，不易受到外界干扰，所以它的应用场合较有线网络较为广泛。而有线通信由于要通过长长的通信电缆才能传输信号，所以在电缆受到损坏时，对于通信的质量将会带来巨大的影响。基于上述分析，所以本文设计了一种基于AT89C51单片机而实现的无线水温控制系统。

本文设计的水温控制系统跟传统的水温控制系统相比具有如下优势：

1、具备了一定的智能化元素，可以使得水加热系统在无人看管的情况下自行运作，这不仅节省了使用者的大量宝贵时间，并且水的温度也相当精准；

2、可以通过红外线遥控器对温度值进行设定，可以灵活的设定温度不受距离的约束；

3、采用DS18B20温度传感器作为温度采集装置，有高达0.5℃的精度，比传统的温度传感器使用更加灵活；

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4、能够通过LCD1602液晶显示器将温度数据显示出来，使用者能够直观地观察到水的温度；

5、水温控制迅速，对水温非常敏感； 6、功耗低，成本低廉。 （三）设计任务

设计一个红外线遥控水温控制系统，系统指标如下：

1、设计一个水温控制范围在40～90摄氏度的数字水温控制系统； 2、能够通过红外线遥控器或者终端按键灵活设置温度； 3、具有超温报警功能；

4、温度数据能够通过液晶显示屏显示出来；

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二、总体方案设计

（一）方案的选择

方案一：采用51单片机作为控制核心，配合红外线遥控模块、水温加热模块开关、基于Dallas单线数字式的DS18B20温度传感器模块、蜂鸣器报警模块、按键模块、LCD1602液晶显示器模块、晶振电路模块、复位电路模块以及电源模块为一体构成无线水温控制系统，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。

方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的水温控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。

方案三：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。

综合上述三个方案的分析，本次设计采用方案一作为水温控制系统的最终设计方案。

（二）方案简述

本温控系统采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过DS18B20温度传感器采集环境中的温度，并通过其内部的AD实现模数转换，通过其输出管脚将带有温度数据的数字信号传送给AT89C51单片机，单片机得到数据后对数据进行解码，然后将得到的温度值通过LCD1602液晶显示出来，与此同时在AT89C51内部，单片机将采集温度与设定温度进行比较，当温度值低于设定温度值时，就要关闭蜂鸣器模块并且打开加热模块的开关；否则将进行超温报警并且关闭加热系统开关。在温度值的设定上，可以通过

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