基于單片機的智能溫度控制系統(tǒng)的設計(完整資料)

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基于單片機的智能溫度控制系統(tǒng)的設計基于單片機的智能溫度控制系統(tǒng)的設計(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）重慶工商大學計信學院07電子1班黃敏韻高博呂寬代春賈浩磊指導教師王向喬老師摘要該水溫控制系統(tǒng)采用單片機進行溫度實時采集與控制.溫度采集由“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20提供,DS18B20在—55～25固有測溫分辨率為0.5℃通過對基于單片機的相對溫度控制器設計，加深對傳感器技術及檢測技術的了解，鞏固對單片機知識的掌握，并系統(tǒng)的復習本專業(yè)所學過的知識。關鍵詞：AT89C51DS18B20BT134MOC3041水溫控制AbstractThissystemusesthemicrocontroller。anmeasuretherelativehumidityofthesurroundingairautomaticallyandaccurately，andaftermeasuringthedataandchangingthrough，senditintheprocessor，Thenthroughtheprogrammingofthesoftware,afterchangingthevalueofrelativehumidityoftheenvironmentatpresentintothedecimaldigit，andtheninchargeofthenumbertoshow；And，throughsoftwareprogramming,inaddition，correspondingcontrolcircuit（suchsomecircuitasphotoelectriccouplingandrelay,etc。makeup),designtherelativehumidityofthepresentenvironmentofregulationthatcanbeautomatic:Whentheindoorairhumidityistoohigh.Throughdesigningthecontrollerofrelativehumiditybasedonone-chipcomputer，strengthentheknowledgeofthetechnologyofthesensoranddetectiontechnique，theonesthatconsolidatedtoknowledgeoftheone—chipcomputerweremastered，andthesystematicknowledgethataspecialityhasbeenstudiedofreview。Keyword：AT89C51DS18B20BT134MOC3041水溫控制目錄TOC\o”1-3”\h\z\uHYPERLINK”file：///C:\\Documents％20and%20Settings\\Administrator\\桌面\\新建％20Microsoft％20Word％20文檔.doc”\l”_Toc236544383#_Toc236544383”1。2要求4HYPERLINK”file:///C:\\Documents％20and%20Settings\\Administrator\\桌面\\新建%20Microsoft％20Word％20文檔.doc”\l”_Toc236544384＃_Toc236544384”1.2。1基本要求4HYPERLINK”file:///C:\\Documents%20and％20Settings\\Administrator\\桌面\\新建%20Microsoft%20Word％20文檔.doc”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc324532546”摘要IAbstractIIHYPERLINK\l”_Toc324532548”目錄III前言11系統(tǒng)總體設計方案及功能21.1溫度傳感器產品分類與選擇2_Toc324532553”1。1.2溫度傳感器產品分類2HYPERLINK\l”_Toc324532554"1.1。3溫度傳感器的選擇4HYPERLINK\l”_Toc324532555"1.2總體方案的確定6_Toc324532558"2。1系統(tǒng)工作原理72.2。1溫度采集電路7HYPERLINK\l”_Toc324532561"2.2.2信號處理與控制電路8_Toc324532563”2。2。4按鍵功能設置電路102.2。5繼電器控制電路112。2.7報警、音樂電路12HYPERLINK\l”_Toc324532567"2.2。8電動機電路12_Toc324532569"3.1KeiluVision2軟件144系統(tǒng)硬件設計17HYPERLINK\l”_Toc324532572"5系統(tǒng)軟件設計195.1DS18B20數(shù)據通信概述19HYPERLINK\l”_Toc324532574"5。2LCD1602液晶數(shù)據顯示概述21_Toc324532576"5.2.2控制器接口說明21_Toc324532578"5.3存儲器24C02數(shù)據存儲概述245.3。1I2C總線的定義24HYPERLINK\l”_Toc324532580”5.3.2I2C總線的時序24HYPERLINK\l”_Toc324532581"5.3.3數(shù)據傳送25HYPERLINK\l”_Toc324532582"5.4軟件程序設計25HYPERLINK\l”_Toc324532583”6仿真及實驗結果28HYPERLINK\l”_Toc324532584”6。1程序調試過程中遇到的問題及解決辦法28HYPERLINK\l”_Toc324532585"6。2調試結果28參考文獻32HYPERLINK\l”_Toc324532589"附件1系統(tǒng)硬件電路圖33等問題.

目前國內外生產廠家正在研究開發(fā)第三代智能型室溫空調溫控器，應用新型控制模型和數(shù)控芯片實現(xiàn)智能控制.現(xiàn)在已有國內廠家生產出了智能型室溫空調溫控器，并已應用于實際工程。1系統(tǒng)總體設計方案及功能1。1溫度傳感器產品分類與選擇溫度是日常生活中經常遇到的一個物理量，它也是科研和生產中最常見、最基本的常量之一.在很多場合都需要對溫度進行測控，而溫度測控離不開溫度傳感器,因此,掌握正確的測溫方法及溫度傳感器的使用方法極為重要.1.1。1常用的測溫方法物體受熱后溫度就要升高，任何兩個溫度不同的物體相接觸都必然產生熱交換，直到兩者的溫度達到平衡為止。據此，可以選擇某種溫度傳感器與被測物體接觸進行溫度測量，這種方法稱為接觸式測溫。接觸式測溫常用于較低溫度的測量。此外，物體受熱后溫度升高的同時還伴有熱輻射，因此，可利用溫度傳感器接收被測物體在不同溫度下輻射能量的不同來測量溫度，這種測溫方法稱為非接觸式測溫。非接觸式測溫常用于高溫測量.1.1.2溫度傳感器產品分類目前，溫度傳感器沒有統(tǒng)一分類方法.按輸出量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器、模擬集成式溫度傳感器和智能溫度傳感器（數(shù)字溫度傳感器)。模擬式溫度傳感器輸出的是隨溫度變化的模擬量信號.其特點是輸出響應速度較快和MPU(微處理器）接口較復雜。數(shù)字式溫度傳感器輸出的是隨溫度變化的數(shù)字量，同模擬輸出相比,它輸出響應較慢，但容易與MPU接口。下面對工程中常用的溫度傳感器做簡單介紹。1、熱敏電阻式溫度傳感器電阻式溫度傳感器分為熱電阻式溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器，他們的特點是自身的電阻值隨溫度而變化。熱敏電阻式利用半導體材料制成的敏感組件,通常所用的熱敏電阻溫度傳感器都是具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，它的電阻率受溫度的影響很大，而且隨溫度的升高而減少,簡稱NTC.其優(yōu)點是靈敏度高，體積小，壽命長,工作穩(wěn)定，易于實現(xiàn)遠距離；缺點是互換性差,非線性嚴重。2、熱電阻式溫度傳感器利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化的特性而制成的溫度傳感器。稱為熱電阻溫度傳感器。對于大多數(shù)金屬導體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。由于純金屬的溫度系數(shù)比合金的高，因此均采用純金屬作為熱電阻組件。常用的金屬導體材料有鉑、銅、鐵和鎳.3、熱電偶式溫度傳感器熱電偶是一種傳統(tǒng)的溫度傳感器，其測溫范圍一般為-50到+1600℃，最高可達+2800℃，并且有較高的測量精度。另外，熱電偶產品已實現(xiàn)標準化、系列化,使用時易于選擇，可方便地用計算機做線性補償，因此，至今在測溫領域內仍被廣泛使用。它的理論基礎是建立在熱電效應上,將熱能轉化為電能。4、模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器.模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的.它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，它屬于最簡單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準.外圍電路簡單,它是目前在國內外應用較為普遍的一種集成傳感器。5、智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。智能溫度傳感器是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶，它也是集成溫度傳感器領域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產品。目前，行許多著名的集成電路生產已開發(fā)出上百種智能溫度傳感器產品。智能溫度傳感器具有以下三個顯著特點:第一，能輸出溫度數(shù)據及相關的溫度控制量,適配各種微控制器（MCU）;第二，能以最簡方式構成高性價比、多功能的智能化溫度測控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平.智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D傳感器、存儲器（或寄存器)和接口電路。有的產品還帶多路控制器、中央控制器（CPU）、隨機存取儲存器（RAM）和只讀存儲器(ROM）。1。1。3溫度傳感器的選擇在介紹溫度傳感器的選擇原則之前，首先介紹在測控系統(tǒng)中選擇傳感器的總原則，本原則適用于各種傳感器的選擇。1、選擇傳感器的總原則現(xiàn)代傳感器在原理和結構上千差萬別，如何根據具體的測控目的、測控對象以及測控環(huán)境合理地選擇傳感器，是單片機測控系統(tǒng)首先要解決的溫度。當傳感器選定之后，與之相配套的測控電路也就可以確定了。測控結果的成敗,在很大程度取決于傳感器的選擇是否合理。作為單片機測控系統(tǒng)前向通道的關鍵部件,在選擇傳感器時應考慮一下幾個方面：（1）根據測控對象與測控環(huán)境確定傳感器的類型首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選擇，哪一種原理的傳感器更為合適,則需要根據被測量對象的特點和傳感器的使用條件綜合考慮一下一些具體問題:1）傳感器的量程；2）被測位置對傳感器體積的要求；3）測量方式為接觸式還是非接觸式;4）傳感器信號的引出是有線還是無線；5）是購買傳感器還是自行研制傳感器以及價格因素等.在綜合考慮上述因素之后就能確定選擇何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標。(2)靈敏度的選擇通常情況下，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。（3）頻率響應特性傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，傳感器的頻率響應好,可測的信號頻率范圍就寬，傳感器的輸出信號必須在允許的頻率范圍內保持不失真，實際上傳感器的響應總有一定得延遲，希望延遲時間越短越好。（4）線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出信號與輸入量成正比的范圍.從理論上講,在此范圍內靈敏度應保持定值.傳感器的線性范圍越寬，其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定之后首先要看其量程是否滿足要求。（5）穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境.因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性,傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。（6）精度的選擇精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測控系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要能滿足整個測控系統(tǒng)的精度要求就可以了,不必選得太高.這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。2、溫度傳感器的選擇溫度傳感器技術被廣泛應用于消費類電子產品、玩具、家用電子產品、工業(yè)測控系統(tǒng)以及個人計算機應用中。傳統(tǒng)上分立式溫度傳感器是最常用的溫度傳感器元件，而集成溫度傳感器特點是測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗，適合遠距離測溫、控溫,不需要進行非線性校準，外圍電路簡單,它是目前在國內外應用最為普遍的一種溫度傳感器。綜上所述，不同的傳感器具有不同的應用場合,由于在溫度測控系統(tǒng)中，傳感器是前向通道的關鍵部件，因此選擇合適的傳感器是非常重要的。選擇的原則要考慮溫度范圍、溫控精度、測溫場合、價格等幾方面的因素。1。2總體方案的確定考慮到該制冷控制系統(tǒng)功能比較少，由單片機控制即可實現(xiàn)。而89C52單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好,故本系統(tǒng)選擇采用89C52單片機。在溫度采集方面,采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行數(shù)據采集。DSB18B20S數(shù)字溫度計提供9到12位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經過單線接口送入DS18B20送出,因此從中央處理器到DS18B20僅需連接一條線和地，讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據線本身提供，甚至不需要外部電源。而總體方案和系統(tǒng)電路圖方面基本上和熱敏式傳感器相同，只在數(shù)據采集方面有所差別。在上面也已經提及，熱敏電阻式溫度傳感器互換性差,非線性嚴重.而數(shù)字溫度傳感器DS18B20接線簡單，數(shù)字輸出量能直接作為單片機的輸入數(shù)據，同時考慮到只是在普通環(huán)境下測量，無論在靈敏度、線性范圍、穩(wěn)定性,還是在精度方面,DS18B20的強大功能已足夠滿足設計需要.但是DS18B20也有缺點，就是軟件實施方面比較復雜，但相對于模擬量輸出的硬件實現(xiàn)方面來說會簡單很多。在本次設計中，溫度數(shù)據采集用到的傳感器是DS18B20。1。3系統(tǒng)實現(xiàn)框圖圖1單片機控制溫度調節(jié)系統(tǒng)結構圖2系統(tǒng)單元電路設計2.1系統(tǒng)工作原理該空調控制系統(tǒng)用到89C52單片機作為系統(tǒng)的CPU進行控制控制，由數(shù)字傳感器DS18B20進行數(shù)據采集，89C52對采集到的數(shù)據進行處理,得到各種信號。而這些信號將分別作為1602液晶顯示的信號輸入、啟動報警裝置的信號輸入和啟動制冷設備、電暖設備的輸入。同時將利用單片機的其它使能端口實現(xiàn)系統(tǒng)的復位，手動調節(jié)和自動調節(jié)。2。2系統(tǒng)相關硬件及模塊介紹2.2.1溫度采集電路本系統(tǒng)中采集溫度使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20是Dallas半導體公司生產的世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。與之前的傳感器相比，DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經濟。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線"接口，測量溫度范圍為-55℃到+125℃，在—10到+85℃范圍內，精度為±0.5℃。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線"的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V到5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。DS18B20可以程序設定9到12位的分辨率，精度為±0。5℃。當分辨率為12位時，轉換時間為750ms.使得用戶可選擇更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍和分辨率設定，同時用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20一般為三極管型封裝，其引腳圖如圖4所示。這三個引腳分別為：GND—-電源地；QD——數(shù)字信號輸入/輸出端;VDD—-外接供電電源（可選5V）。圖2.1DS18B20引腳圖在該系統(tǒng)中,DS18B20的數(shù)字信號輸入/輸出端連接到89C52的P2。3中,作為89C52的數(shù)據輸入.2。2.2信號處理與控制電路信號處理與控制采用52單片機基本電路.此電路以52單片機為核心,52的具體引腳圖如圖2。2.圖2.289C52引腳圖在該系統(tǒng)中，要使單片機實現(xiàn)信號處理與控制，則要使單片機的20腳（GND）接地，40腳（Vcc）和31腳(/EA）接正5V電源。18、19腳(XTAL2、XTAL1）接12MHz的晶振和兩個電容，組成片內振蕩電路,為單片機提供時鐘脈沖。9腳（RST）接按鍵復位電路，提供復位信號給單片機。89C52芯片內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器。兩個電容通常取30pF左右,穩(wěn)定頻率并對震蕩頻率有微調作用。如圖2.3所示.圖2.3時鐘電路手動復位是通過接通一按鈕開關，使單片機進入復位狀態(tài)。系統(tǒng)上電運行后,若需要復位，則通過手動復位來實現(xiàn)的。如圖2。4所示。圖2.4復位電路2.2。3溫度顯示電路本系統(tǒng)中，溫度顯示硬件由lcd1602液晶和上拉電阻構成。1602采用標準14腳接口，其中:包括8根數(shù)據線（D0—D7）,三根控制線（rs，rw,e)電源地，電源以及液晶驅動電壓引腳（VSS，VDD,VEE）。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形.液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。圖2.5液晶顯示電路2。2。4按鍵功能設置電路溫度調節(jié)由三個不鎖按鍵電路實現(xiàn).電路圖如圖2。6所示。按鍵K1一端與單片機的外部中斷0（/INT0，12腳）相連，另一端接地。其功能是當按鍵按下一次時，給單片機一個低電平,進入溫度設定狀態(tài)；再次按下時,進入風速設計狀態(tài)，再次按下時則退出溫度設定狀態(tài)。按鍵K2、K3，一端接地,另一端與單片機的13腳、14腳相連，其功能是每按下一次按鍵，顯示設定值加1或減1.圖2.