基于C51单片机+DS18B20温度传感器+LCD1602显示器的智能水温控制系统(PID)

一、DS18B20传感器相关介绍

DS18B20特性

1. 独特的单总线接口，就需一条线则可实现双向通信（测温）
2. 测温范围：-55℃~+125℃，可通过编程设定9—12位分辨率，对应分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625℃。
3. 支持多点组网（可连接多个DS18B20温度传感器），多个DS18B20可以并联（3或2线）实现多个组网测温，但注意超过8个要解决好供电问题，否则电压过低会导致传输不稳定，从而数据不准确。
4. 工作电压：3.0~5.5V （寄生电源方式下可由数据线供电）
5. 在使用过程中不需要外围电路，全部传感元件及转换电路都在芯片内了。（上拉电阻）
6. 测温结果直接是数字量输出，单总线串行传送方式，同时可传送CRC校验码（校验数据采集是否正确），具有极强的抗干扰和纠错能力。
7. 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。
8. 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。

封装形式与引脚说明

供电方式（外部电源供电、寄生电源供电、寄生电源强上拉）

DS18B20指令（ROM指令操作）

DS18B20程序代码

/********************************************
******************DS18B20********************
*********************************************/ 
void delay_18B20(unsigned int i)//延时1微秒
{
   while(i--);
}

void ds1820rst(void)  //DS18B20复位
{ 
	unsigned char x=0;
	DS = 1;           //DQ复位
	delay_18B20(4);   //延时
	DS = 0;           //DQ拉低
    TR0=0;
	delay_18B20(100); //精确延时大于
    TR0=1;
	DS = 1;           //拉高
	delay_18B20(40); 
} 

uchar ds1820rd(void)//读数据
{ 
	unsigned char i=0;
	unsigned char dat = 0;
    TR0=0;
	for (i=8;i>0;i--)
	{   
		DS = 0; //给脉冲信号
		dat>>=1;
		DS = 1; //给脉冲信号
		if(DS)
		dat|=0x80;
		delay_18B20(10);
	}
   return(dat);
}

void ds1820wr(uchar wdata)//写数据
{
	unsigned char i=0;
    TR0=0;
    for (i=8; i>0; i--)
    { 
		DS = 0;
		DS = wdata&0x01;
		delay_18B20(10);
		DS = 1;
		wdata>>=1;
   }
}



uint get_temper()//获取温度
{  
     
	uchar a,b;

	ds1820rst();    
	ds1820wr(0xcc);//跳过读序列号
	ds1820wr(0x44);//启动温度转换
	ds1820rst();    
	ds1820wr(0xcc);//跳过读序列号 
	ds1820wr(0xbe);//读取温度 
	a=ds1820rd();
	b=ds1820rd();
   
	tvalue=b;
	tvalue<<=8;
	tvalue=tvalue|a;
    TR0=1;
    if(tvalue<0x0fff)   tflag=0;
    else {tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}
	  tvalue=tvalue*(0.625);//温度值扩大10倍，精确到1位小数
	  temp=tvalue;
	return temp;
}


void dis_temp(int t)//显示温度
{
	uchar d0,d1,d2,d3;
	if(tflag==0)
	{
		d0=t/1000+0x30;//百位
		d1=t%1000/100+0x30;//十位
		d2=t%100/10+0x30;//个位
		d3=t%10+0x30;//小数位
		if(d0==0x30)
		{
			wr_com(0x80+10);
			wr_data(d1);
			wr_com(0x80+11);
			wr_data(d2);
			wr_com(0x80+12);
			wr_data(0x2e);
			wr_com(0x80+13);
			wr_data(d3);
		}
		else
		{
			wr_com(0x80+10);
			wr_data(d0);
			wr_com(0x80+11);
			wr_data(d1);
			wr_com(0x80+12);
			wr_data(d2);
			wr_com(0x80+13);
			wr_data(' ');
		}
		
	}
	else
	{
		wr_com(0x80+10);
		wr_data('-');
		wr_com(0x80+11);
		wr_data(d1);
		wr_com(0x80+12);
		wr_data(d2);
		wr_com(0x80+13);
		wr_data(' ');
	}
	wr_com(0x80+14); //摄氏度符号
	wr_data(0xdf);
	temper=t/10;
}

二、LCD1602显示温度

接口信号说明

基本操作步骤与时序

LCD1602接线图

初始化过程

延时15ms
写指令38H（不检测忙信号）
延时5ms
写指令38H（不检测忙信号）
延时5ms
写指令38H（不检测忙信号）
（以后每次写指令，读/写数据操作之前均需检测忙信号） 写指令38H：显示模式设置
写指令08H：显示关闭
写指令01H：显示清屏
写指令06H：显示光标移动设置
写指令0CH：显示开及光标设置

LCD1602程序代码

/********************************************
******************LCD1602********************
*********************************************/ 
void delay(i)//延时函数
{
	uint j;
	for(i;i>0;i--)
	for(j=110;j>0;j--);
}

void wr_com(uchar ml)//LCD液晶写命令
{
	lcdrs=0;  //寄存器低电平选择指令寄存器
	P0=ml;
	delay(5);
	lcden=1;
	delay(5);
	lcden=0;

}

void wr_data(uchar shuju)//LCD液晶写数据
{
	lcdrs=1;
	P0=shuju;
	delay(5);
	lcden=1;
	delay(5);
	lcden=0;

}

void init()      //按照时序操作的初始化
{	
	lcdrw=0;     //低电平为写操作
	wr_com(0x38);//显示模式设置，设置为16*2显示，5*7点阵，八位数据口
	wr_com(0x0c);//开显示，但不开光标，光标不闪
	wr_com(0x06);//显示光标移动设置
	wr_com(0x01);// 清屏
	wr_com(0x80);// 数据指针初始化
	for(num=0;num<16;num++)
		{
			wr_data(str1[num]);//实际温度
		}
	wr_com(0x80+0x40);         //地址初始化
	for(num=0;num<16;num++)
		{
			wr_data(str2[num]);//设置温度
		}	 
}

三、其他模块

其他模块包括独立按键模块、单片机核心模块和继电器模块。通过独立按键设置目标温度，然后通过温度传感器将数字温度信号传递给单片机，单片机通过高低电平转换，控制继电器的通断，进而实现加热设备对水温进行控制。

独立按键模块

独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点式每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一个I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。

独立按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询没跟I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。

独立键盘理想的波形是按下去时保持低电平，实际上在上升沿和下降沿的过程中（即按键和离键时的一段微小时间）会出现抖动。消抖的方法有两种，一种是通过硬件：在电路上连个电容；另一种是软件消抖，根据经验增加10ms的延时。这样即能起到消抖的作用。

sbit key = P1 ^ 1;
 
while(!key); //有按键抬起
delay_ms(10);
while(!key); //确实有按键抬起

单片机核心模块

继电器模块

当输入高电平时，晶体管T1饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。
当输入低电平时，晶体管T1截止，继电器线圈断电，触点断开。

四、温控系统PID

采用位置式PID控制水温

void PIDInit (struct PID *p) 
{ 
	memset ( p,0,sizeof(struct PID)); //用参数0初始化p
} 

/**********************************************
根据位置式离散PID公式
PID = Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e（k）-e(k-1)]
e(k)代表本次偏差 
e(k-1)代表上一次的偏差  
∑e(k)代表e(k)以及之前的偏差的累积和;其中k为1,2,,k;
PID代表输出
***********************************************/
unsigned int PIDCalc( struct PID *p, unsigned int NextPoint ) 
{ 
	unsigned int dError,Error; 
	Error = p->SetPoint - NextPoint; // 偏差 
	p->SumError += Error; // 积分 
	dError = p->LastError - p->PrevError; // 当前微分 
	p->PrevError = p->LastError; 
	p->LastError = Error; 
	return (p->Proportion * Error//比例
	+ p->Integral * p->SumError  //积分项
	+ p->Derivative * dError); //   微分项 
} 

五、主函数 main( )

/********************************************
********************主函数*******************
*********************************************/ 
void main(void)
{
	unsigned char i;
	init();//LCD初始化
	TMOD=0x01;//定时器初始化
	TH0=0x2f; 
	TL0=0x40;
	EA=1;
	ET0=1;
	TR0=1;
	high_time=50; 
	low_time=50; 
	PIDInit ( &spid ); //初始化结构
	spid.Proportion= 7; //设定PID系数
	spid.Integral = 3; 
	spid.Derivative =20; 
	spid.SetPoint =100; //PID设置定位点
	set[0]=set_temper/10;
	set[1]=set_temper%10;
	wr_com(0x80+0x40+10);	//显示设置温度
	wr_data(table[set[0]]);
    delay(1);
	wr_com(0x80+0x40+11);
	wr_data(table[set[1]]);
	delay(1);
	wr_com(0x80+0x40+14);	//显示温度符号
	wr_data(0xdf);
	delay(1);
	while(1)
	{
		keyscan(); 	//按键扫描
		for(i=0;i<10;i++)	//循环10次
		{
			dis_temp(get_temper());	//显示温度值
			if((key0==0)||(key1==0)) break;	//如果有按键退出显示循环
		}
		if((key0!=0)&&(key1!=0))		compare_temper(); 	//比较温度
	}
}

六、项目展示

基于单片机AT89C52的温控系统代码
以上就是系统的代码 （总共491行），也可以留言找我发邮箱哦。

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