溫度控制系統(tǒng)設計

1、溫度控制系統(tǒng)摘要:隨著微機測量和控制技術的迅速發(fā)展與廣泛應用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用在很大程度上提高了生產生活中對溫度的控制水平。本設計論述了一種以STC89C52單片機為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關的溫度數據并記錄當前的時間。系統(tǒng)設計了相關的硬件電路和相關應用程序。硬件電路主要包括STC89C52單片機最小系統(tǒng)，測溫電路、實時時鐘電路、LCD液晶顯示電路以及通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計算溫度子程序、LCD顯示程序以及數據存儲程序等。關鍵詞：STC89C52, DS18B20，LCD A

2、bstract:Along with the computer measurement and control technology of the rapid development and wide application, based on singlechip temperature gathering and control system development and application greatly improve the production of temperature in life level of control. This design STC89C52 desc

3、ribes a kind of mainly by MCU control unit, for temperature sensor DS18B20 temperature control system. The control system can real-time storage temperature data and record related to the current time. System design related hardware circuit and related applications. STC89C52 microcontroller hardware

4、circuit include temperature detection circuit smallest system, and real-time clock circuit, LCD display circuit, communication module circuit, etc. System programming mainly include main program, read temperature subroutine, the calculation of temperature subroutines, LCD display procedures and data

5、 storage procedures, etc.Keywords: STC89C52, DS18B20，LCD目 錄1前言12總體方案設計22.1方案設計22.2方案論證32.3方案選擇33單元模塊的設計43.1單片機模塊43.2 18B20溫度模塊53.3顯示器模塊64軟件設計74.1 系統(tǒng)總框圖74.2溫度采集子程序85系統(tǒng)功能與調試方法介紹95.1系統(tǒng)功能9 5.2系統(tǒng)指標. .95.3系統(tǒng)調試96參考文獻10附錄1: 相關設計圖.11附錄2：元器件清單.13附錄3：源程序. .141前言 工業(yè)控制是計算機的一個重要應用領域，計算機控制系統(tǒng)正是為了適應這一領域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)

6、技術，它主要研究如何將計算機技術、通過信息技術和自動控制理論應用于工業(yè)生產過程，并設計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。隨著微機測量和控制技術的迅速發(fā)展與廣泛應用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用在很大程度上提高了生產生活中對溫度的控制水平。本設計就是基于單片機STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設計，通過本次課程實踐，我們更加的明確了單片機的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。2總體方案設計 2.1方案設計 方案一： 采用熱敏電阻作為溫度檢測模塊，熱敏電阻是半導體材料，隨著溫度的改變，其阻值也不一樣，因此可作為溫度檢測傳感器。 方案二：采用DS18B20作為溫度傳感器采集溫度，18B20是

7、總線結構，結構簡單精度高。其原理如下圖：圖2.1數字溫度計原理圖2.2方案論證方案一：這種方法電路設計比較困難，電阻值的改變要通過電壓反映，電壓要用AD采集，輸出的數字量再轉化成溫度，設計較復雜。方案二：這種方法實現起來比較容易，傳感器可以和單片機直接進行通信，將電壓采集回來，電路簡單，精度較高。2.3方案選擇通過上述論證比較，我們最終選擇方案二。方案二通過單片機輸出通過簡單可行的時序指令給18B20，18B20將溫度采樣量化后直接傳給單片機，單片機再做簡單的處理后將溫度計算出來，最后將溫度顯示出來。通過簡單可行的方法完成了設計，不僅成本低廉，而且可以方便的顯示當前工作狀態(tài)。本方案較圓滿的完成

8、了設計的要求。3單元模塊的設計3.1單片機模塊本次設計選用的單片機芯片是STC89C52單片機。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石

9、英晶休或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。外接石英晶體(或陶瓷諾振器)及電容C1, C2接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電容C1, C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶休，我們的電容使用22pF。如使用陶瓷諧振器的話，應選擇40pF士10pF的容值的電容。也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路的情況時，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 圖3.1單片機最小系統(tǒng)（1）主電源引腳（2根） VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)

10、：接地線（2）外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端（3）控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。（4）可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89S51單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32 根。

11、每一根引腳都可以編程。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73.2 18B20溫度模塊 本次試驗選擇的溫度傳感器是DS18B20，DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導體公司推出的應用單總線技術的數字溫度傳感器。該器件將半導體溫敏器件、A/D轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。本設計中溫度傳感器之所以選擇

12、單線數字器件DS18B20，是在經過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因：（1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為-55+125 ，測溫精度為士0.5；溫度轉換精度912位可變，能夠直接將溫度轉換值以16位二進制數碼的方式串行輸出；12位精度轉換的最大時間為750ms；可以通過數據線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術和微電子技術的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價格只有十元人民幣左右。（3）系統(tǒng)復雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用1個I/O端口且一條總線上

13、可以掛接幾十個DS18B20，測溫時無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數量，降低系統(tǒng)的復雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調試帶來方便。同時因為DS18B20是全數字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護工作。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：單線數據傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數據線供電方式，此時VDD接地，它是通過內部電容在空閑時從數據線獲取能量，來完成溫度轉換，相應的完成溫度轉換的時間較長。這種情況下，用單片機的一個

14、I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應的完成溫度測量的時間較短。電路如圖3.2。圖3.2溫度傳感器接口3.3顯示器模塊顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器。LCD1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼，因此使用簡單，顯示效果良好。電路如圖3.3。圖3.3 1602顯示接口4軟件設計4.1 系統(tǒng)總框圖圖4.1 系統(tǒng)總框圖4.2溫度采集子程序圖4.2按鍵子程序框圖5系統(tǒng)功能與調試方法介紹5.1系統(tǒng)功能該系統(tǒng)能夠準確的檢測到環(huán)境溫度，精度達到兩位小數，反應迅速，測量范圍廣泛，出錯率低。5.

15、2系統(tǒng)指標溫度判斷結果顯示指示25度低于安全值LOW35 度處于安全范圍SUIT45度高于安全值HIGH5.3系統(tǒng)調試單片機發(fā)送初始化時序，使傳感器初始化，然后再發(fā)送溫度采集指令，采集完畢后給單片機返回結束信號，單片機開始讀取溫度信息，進行轉換后顯示出來。硬件調試時，主要是給單片機上電，檢查各部分電路是否正常，是否存在虛焊的情況。各器件邏輯連接是否正確。軟件調試時先搭建程序框架，先寫ds18b20程序，檢測其是否能夠將溫度采集出來，調試該部分可用串口將數據傳送到電腦上來，觀察是否正確。溫度采集正確后，調試LCD1602顯示模塊，將數據顯示到該顯示器上。最后將判斷語句加上，其運行狀態(tài)顯示到160

16、2上。6參考文獻1 徐愛鈞，智能化測量控制儀表原理與設計，北京航空航天大學出版社，20042 徐愛鈞，Keil Cx51 V7.0單片機高級語言編程與u Vision2應用實踐，電子工業(yè)出版社，2004.3 劉樂善.微型計算機接口技術及應用M.北京：北京航空航天大學出版社，2001.258264.4 童詩白.模擬電路技術基礎M.北京：高等教育出版社，2000.171202.5 杜華.任意波形發(fā)生器及應用J.國外電子測量技術，2005.1：3840.6 張友德.單片微型機原理、應用與實踐M.上海：復旦大學出版社，2004.4044. 7 程朗.基于8051單片機的雙通道波形發(fā)生器的設計與實現J.

17、計算機工程與應用，2004.8：100103.8 張永瑞.電子測量技術基礎M.西安：西安電子科技大學出版社，2006.61101.9 李葉紫. MCS-51單片機應用教程M.北京：清華大學出版社，2004.232238.10 周潤景等，基于PROTEUS的電路的及單片機系統(tǒng)設計與仿真，北京航空航天大學出版社，2006附錄1：相關設計圖附錄2：元器件清單表序號元件名稱型號參數封裝數量1單片機AT89C51PDIP12溫度傳感器Ds18b20TO-9213電阻10K色環(huán)44底座40腳15晶振11.0592M16陶瓷電容22pf27電解電容10uf18排針409排線25101602液晶QC1602A

18、1附錄3：源程序#include #include 1602.h#include 18b20.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit tem_high=P10;sbit tem_low=P11;uchar code table1=Temp:;/LCD第一行顯示 uchar code table2=zhaungtai:;/LCD第二行顯示 uchar code table3=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9; uchar code high=high!;uchar code low=low!;uchar code

19、suit=suit!;uint sdate;/測量到的溫度的整數部分uint gewei,shiwei;uchar xiaoshu1;/小數第一位uchar xiaoshu2;/小數第二位int i; void main() init(); /初始化18b20函數 SET_int();/初始化1602； xianshi(table1,5,table2,10); while(1) readtemp();SET_code(0x80+6); SET_data(+); SET_code(0x80+7); SET_data(table3shiwei); SET_code(0x80+8); SET_dat

20、a(table3gewei); SET_code(0x80+9); SET_data(.); SET_code(0x80+10); SET_data(table3xiaoshu1); SET_code(0x80+11); SET_data(table3xiaoshu2); if(sdate40) SET_code(0x80+0x40+11); for(i=0;i5;i+) SET_data(highi); tem_high=0; tem_low=1; else if(sdate30) SET_code(0x80+0x40+11); for(i=0;i5;i+) SET_data(lowi);

21、tem_low=0; tem_high=1; else SET_code(0x80+0x40+11); for(i=0;i5;i+) SET_data(suiti); tem_low=1; tem_high=1; #include #include 1602.h/*/void _delay_ms(int ms)int i,j;for(i=111;i0;i-) for(j=0;jms;j+);/*寫指令*參數為l602指令 查數據手冊*/void SET_code(int com)/寫指令 W_code(); P2=com; _delay_ms(5); EN=1;/ LCDEN(); _dela

22、y_ms(5); NLCDEN;void SET_data(int mydata)/寫數據 W_data(); P2=mydata; _delay_ms(5); LCDEN; _delay_ms(5); NLCDEN;void SET_int()/初始化1602； LCDEN; SET_code(0x38); /設置顯示模式 SET_code(0x0C); /設置開顯示 不顯光標 SET_code(0x06); /寫一個字符后地址指針自動加1 SET_code(0x01); / 清屏/*顯示函數*參數：X，Y為第一行和第二行要顯示字符串首地址 m，n為字符串長度*/ void xianshi(

23、char *X,int m,char *Y,int n ) int i; SET_code(0x80); /第一行首地址 for(i=0;im;i+) SET_data(Xi); SET_code(0x80+0x40);/第二行首地址 for(i=0;in;i+) SET_data(Yi); /*顯示函數*參數：X，為第一行要顯示字符串首地址 m為字符串長度 n為顯示到第幾格 的位置*/ void xianshi_one(char *X,int m,int n ) int i; SET_code(0x80+n); /第一行首地址 for(i=0;im;i+) SET_data(Xi); voi

24、d xianshi_two(char *X,int m,int n ) int i; SET_code(0x80+40+n); /第二行首地址 for(i=0;im;i+) SET_data(Xi); #include #include 18b20.huchar tempL=0; /設全局變量uchar tempH=0; extern uint sdate;/測量到的溫度的整數部分extern uint gewei,shiwei;extern uchar xiaoshu1;/小數第一位extern uchar xiaoshu2;/小數第二位uchar xiaoshu;/兩位小數sbit ds=P13; /連接DS18B20void delay_18b20(uchar i)/這個延時程序的具體延時時間是time=i*8+10,適用于小于2ms的延時 for(i;i0;i-);void init() /初始化函數 uchar x=0