基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：這次綜合設(shè)計，主要是設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，用STC89C52單片機控制，用智能溫度傳感器DS18B20對溫度進行采集，用LCD1602液晶顯示屏將采集到的溫度顯示出來。系統(tǒng)可以有效的將溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。如果實際溫度超出了控制范圍，那么系統(tǒng)會有自動的提示信號，并且相應(yīng)的繼電器會動作。我們的實際生活離不開對溫度的控制，在很多情況下我們都要對我們所處的環(huán)境進行溫度檢測，然后通過一定的措施進行調(diào)節(jié)，從而到達我們自己想要的溫度，使我們的生活環(huán)境更加適宜。關(guān)鍵字：單片機；液晶顯示屏；溫度傳感器；繼電器；提示信號Abstract:Thisintegrateddesignisthedesignofatemperaturecontrolsystem.AsmarttemperaturesensorDS18B20isusedtocollecttemperatureandaLCD1602LiquidScreenisusedtodisplaythecollectedtemperature.ThesystemcontrolledbySTC89C52caneffectivelycontrolthetemperaturewithinthesettinglimits.Iftheactualtemperatureexceedsthesettingrange,thesystemwillautomaticallygivesignal,andthecorrespondingRelaywilltakerelatedactions.Itisnecessaryforustocontrolthetemperaturebecauseinmanysituationsthetemperaturearoundusisnotproperforus.Soweneedtodetectitandtakesomeactionstoadjustittothetemperaturewewanttomaketheenvironmentaroundusbetter.KeyWords:DS18B20;LCD1602;STC89C52;Relay;Signal引言目前，測控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中起著把關(guān)者和指導(dǎo)者的作用，它從生產(chǎn)現(xiàn)場到各種參數(shù)的獲取，運用科學規(guī)律和系統(tǒng)工程的做法，綜合有效地利用各種先進技術(shù)，通過自動手段和裝備，使每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，進而保證生產(chǎn)標準化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低本錢，滿足需要，保證平安生產(chǎn)。傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)主要由“測控電路〞組成，所具備的功能較少，也比擬弱。隨著計算機技術(shù)的迅速開展，使得傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變化，即采用微型計算機作為測控系統(tǒng)的主題和核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)測控系統(tǒng)的常規(guī)電子線路，從而成為新一代的微機化測控系統(tǒng)。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度，推動了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學習。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也表到達了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的效勞于社會.而今，空調(diào)等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的開展和生活水平的提高越來越普及，一個簡單，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場。為了滿足當前社會市場需求，我設(shè)計了此溫度控制系統(tǒng)，以STC89C52為核心，以及液晶顯示器，電磁繼電器，電阻，按鍵等元件作為輔助，以電路分析作為理論指導(dǎo)和理論根底，設(shè)計出此系統(tǒng)，將被控對象的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，通過液晶顯示器直觀的顯示出來，并且通過發(fā)光二極管，蜂鳴器等不同的信號告訴我們現(xiàn)在的溫度在什么范圍內(nèi)，以便于我們做出相應(yīng)的處理措施。1設(shè)計方案及原理1.1系統(tǒng)總體的設(shè)計方案首先由智能傳感器(DS18B20)采集到溫度，通過單片機的P3.7口將采集到的數(shù)據(jù)信息輸送到單片機中，經(jīng)過微處理器對其進行運算，并且和設(shè)定的值進行比擬，然后根據(jù)比擬的結(jié)果，即根據(jù)溫度信號所在的范圍，微處理器執(zhí)行相對應(yīng)的操作。由于我們所處的環(huán)境對溫度的這個系統(tǒng)還具有溫度范圍調(diào)節(jié)功能。例如：假設(shè)檢測到的溫度在最高溫度和最低溫度之間，那么黃燈亮，假設(shè)檢測到的溫度比最低溫度低，那么綠燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲音，繼電器閉合開始加熱，假設(shè)檢測到的溫度高于最高溫度，那么紅燈閃爍，并且蜂鳴器發(fā)出警報。1.2系統(tǒng)組成框圖本系統(tǒng)組成主要有以下局部：溫度采集局部、數(shù)據(jù)運算處理局部、溫度顯示局部以及相應(yīng)的提示信號局部。溫度采集DS18B20STC89C52溫度顯示與設(shè)定值進行運算比擬根據(jù)比擬結(jié)果CPU執(zhí)行相應(yīng)指令圖1總體結(jié)構(gòu)圖1.3系統(tǒng)原理組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這個智能溫度控制系統(tǒng)由溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度比擬模塊、處理模塊等四大模塊組成。系統(tǒng)具體運行過程如下：首先由智能溫度傳感器DS18B20從外界環(huán)境中采集到被測溫度信號，將此信號發(fā)送到STC89C52單片機，然后單片機執(zhí)行相應(yīng)的指令，使繼電器，發(fā)光二級管，蜂鳴器做出相應(yīng)的動作。2硬件設(shè)計此系統(tǒng)的硬件電路包括以下局部，STC89C52單片機、LCD1602液晶顯示屏、DS18B20、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電磁繼電器、加熱裝置、電阻、直流電壓源、貼片按鍵以及晶振、導(dǎo)線等局部組成。系統(tǒng)總體來說由四大局部構(gòu)成：溫度范圍設(shè)定，溫度采集，數(shù)據(jù)處理，溫度顯示，處理機構(gòu)等。最初溫度范圍設(shè)定在軟件中，但是可以通過按鍵對其進行調(diào)整。溫度采集采用的是溫度智能傳感器(DS18B20)，這個智能傳感器和單片機接口只需要一個I/O口，硬件電路連接比擬方便，并且具有極強的抗干擾糾錯能力。數(shù)據(jù)處理采用的是STC89C52單片機，當溫度低于設(shè)定溫度時，綠燈會閃爍，并且蜂鳴器發(fā)出響聲，繼電器會閉合，進行加熱；當溫度高于設(shè)定溫度時，紅燈會閃爍，蜂鳴器發(fā)出警報；當溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，黃燈亮。溫度顯示采用的是1602液晶顯示器。顯示器上會顯示出當前溫度、最高溫度、最低溫度。圖2晶振電路：為單片機提供時鐘信號圖3復(fù)位電路圖4繼電器電路原理：當單片機P2.4引腳輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，那么繼電器線圈中會有電流流過，電流會產(chǎn)生電磁場，在電磁場的作用下，開關(guān)會被吸合。當P2.4為高電平時，三極管處于截止狀態(tài)，那么線圈中沒有電流流過，因此開關(guān)因失去磁場的吸合力而斷開。繼電器電路中二極管的作用：由于當P2.4由低電平突然變?yōu)楦唠娖綍r，繼電器線圈中的電流會突然消失，根據(jù)電磁感應(yīng)原理以及楞次定理，線圈兩邊會產(chǎn)生一個瞬時的反向高壓，為了防止線圈產(chǎn)生的瞬時高電壓形成閉合回路，產(chǎn)生大電流，因此，在中間加一個反向二極管，起到抑制反向電流的作用。圖5溫度范圍指示燈依次為綠、紅、黃圖6蜂鳴器電路圖原理：當P1.0為低電平時，三極管導(dǎo)通，那么蜂鳴器中有電流流過，因此蜂鳴器發(fā)聲。當P1.0為高電平時，三極管截止，蜂鳴器由于沒有電流通過，因此停止發(fā)聲。圖7溫度傳感器電路原理：DS18B20在出廠時默認配置為十二位，其中最高位是符號位，因此溫度值共11位，單片機在讀取數(shù)據(jù)時，一次會讀2字節(jié)共十六位，讀完后將低11位的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)再乘以0.0625便為所測的真實值。另外，還需要判斷溫度的正負。前五位數(shù)字是符號位，這五位同時變化，我們只需要判斷11位就可以了。前五位為1時，讀取溫度為負值，那么測量到的數(shù)值需要求出補碼〔求反加一〕，再乘以0.0625才得到實際溫度值。前五位為0時，讀取溫度為正值，只要將測得數(shù)值乘以0.0625即可得到實際溫度值。圖8顯示局部原理：此溫控系統(tǒng)的顯示采用的是LCD1602液晶顯示器，各個引腳的功能和作用如下：VSS連接電源地，VDD連接電源正極，VO是液晶顯示比照度調(diào)節(jié)端，RS是數(shù)據(jù)/命令選擇端，RW是讀寫選擇端，E是使能信號端。D0~D7是數(shù)據(jù)端。通過RS確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。寫命令包括液晶光標顯示不顯示、光標閃爍不閃爍、需不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。將數(shù)據(jù)或命令送達數(shù)據(jù)線上。給E一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶顯示器，完成寫操作。圖9按鍵電路圖原理：由電路圖可知某個按鍵被按下的標志是這個按鍵所對應(yīng)的引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖?。因此，微處理器只需要檢測P1.2、P1.3以及P1.4的電平變化然后經(jīng)過去抖動后，假設(shè)對應(yīng)的引腳依然為低電平，那么表示此鍵被按下。假設(shè)電平由低變成高，那么表示按鍵彈起。3軟件設(shè)計4系統(tǒng)仿真及調(diào)試我的程序是在KeilC軟件中編寫的，經(jīng)過在軟件中不斷地調(diào)試，修改，最終終于編譯通過。編譯通過后，生成hex文件。然后翻開Proteus軟件，將生成的hex文件下載到單片機中，液晶顯示屏上就顯示出了如下圖的效果。由于測到的溫度是四十五度，而設(shè)定的范圍是四十度到九十度，因此實際檢測到的溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)，自己期望的效果是液晶屏上顯示最高溫度、最低溫度、測到的實際溫度，并且黃色的發(fā)光二極管發(fā)光。從仿真結(jié)果來看，實際效果到達了自己所期望的效果。圖10系統(tǒng)仿真結(jié)果總結(jié)本次單片機課程設(shè)計一共是兩周的時間，在這忙碌的兩周時間，我學到了很多東西。現(xiàn)在依然記得很清楚當時剛剛拿到題目時的那種茫然，感覺題目有一定的難度，而自己卻無從下手，不知道從什么地方開始做起。在高老師的帶著和指導(dǎo)下，我那種消極的情緒漸漸的消失了，漸漸的明白了應(yīng)該去做哪些準備工作，應(yīng)該去查閱哪方面的資料。就這樣我又重新找回了自己的自信心，開始通過網(wǎng)絡(luò)和書籍查找自己所需元件的特性和使用方法。查清楚所需要的元件資料大概花費了四天的時間，我便開始設(shè)計自己的電路圖，搭建電路圖可不是一件容易的事，不過在同學和老師的幫助以及自己的努力下，大概花了一天的時間，我的電路設(shè)計圖就完成了。接下來的主要任務(wù)就是根據(jù)自己的電路編寫程序，如果說設(shè)計電路不容易，那么編寫程序我就只能用“非常難〞這三個字來形容了。由于我們上學期學的是匯編語言單片機，而我自己之前自學過C語言單片機，對于我自己來說，我感覺用C語言來編寫比擬方便一些，于是，我便開始了自己的編程。編程需要耐心，因為我們編寫出來的程序難免會有錯誤之處，在編譯時不能通過，因此需要不斷地去調(diào)試，直到編譯通過為止。經(jīng)過幾天反復(fù)的編寫，在軟件中編譯，調(diào)試，糾錯，最終編譯結(jié)果終于通過。接下來就是仿真了，需要在Proteus中將自己的硬件電路和軟件結(jié)合起來，看能不能到達自己預(yù)期的效果。第一次仿真時，非常期待結(jié)果馬上就能出現(xiàn)，并且能夠到達預(yù)期的效果?？墒乾F(xiàn)實和期待值總是存在一定的差距。電路圖難免會出現(xiàn)連接失誤，連接不完全等等之類的問題，經(jīng)過我的努力修改，最終我的電路終于到達了我預(yù)的期望值，當我看到液晶顯示屏上的結(jié)果，發(fā)光二級管閃爍，以及繼電器，蜂鳴器按照我的要求動作時，我的心中有說不出的快樂和愉悅。通過這次的課程設(shè)計，我懂得了如何將自己學過的東西用于實踐，即理論和實踐相結(jié)合。增強了我和同學之間的互動能力，使我能夠更好地和各個班的同學相互交流，相互學習共同進步。在以后的學習中，我會更加努力，堅持理論和實踐相結(jié)合的思想，去探索，去追求。參考文獻[1]王振紅.綜合電子技術(shù)與實踐[M].北京:清華大學出版社,2005.2:28-33.[2]梅麗鳳.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2006.8:63-72.[3]徐愛華.單片機應(yīng)用技術(shù)教程[M].機械工業(yè)出版社,2003.7:128-156.[4]謝宜仁,謝東辰.單片機實用技術(shù)問答[M].人民郵電出版社,2003.2:235-269.[5]何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京:北京航空航天大學出版社,1997.10:20-35.[6]郭天祥.51單片機C語言教程[M].電子工業(yè)出版社,2023.1:343-349.附錄源程序代碼：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitcgq=P3^7;//18B20接口sbitd1=P2^0;//高于上限時，紅燈閃爍sbitd2=P2^1;//低于下限溫度時，綠燈閃爍sbitd3=P2^2;//黃燈正常時發(fā)光sbitfeng=P1^0;//不在正常范圍內(nèi)時蜂鳴器響sbitsw=P2^4;//當?shù)陀谙孪迺r，繼電器吸合，升溫開始工作sbitrs=P2^6;//1602控制位選擇sbitrw=P2^5;sbiten=P2^7;bitflag;bitflag_f;chartemph,templ;//上限溫度下線溫度變量定義ucharcodetable1[]={"CT:C"};ucharcodetable2[]={"H:+90.0L:+40.0"};charhf='+',hs=9,hg=0,hd=0,lf='+',ls=4,lg=0,ld=0;//溫度調(diào)整全局變量voiddelayus(uintus)//延長時間為11*us+3微秒{ while(--us)_nop_();}voiddelayms(uintms)//延時函數(shù)1秒{uintx,y; for(x=ms;x>0;x--) for(y=0;y<110;y++);}//*************LCD1602控制函數(shù)*****************//voidlcd_write_com(ucharcom)//寫指令{delayms(5);//維持信號穩(wěn)定 rs=0; rw=0; en=0;delayms(1); en=1; P0=com; en=0;}voidlcd_write_date(uchardate)//寫數(shù)據(jù){ delayms(5);//維持信號穩(wěn)定rs=1; rw=0; en=0; delayms(1); en=1; P0=date; en=0; rs=0;}voidlcd_init()//液晶初始化{ uchari; delayms(15); lcd_write_com(0x38); delayms(5); lcd_write_com(0x38); delayms(5); lcd_write_com(0x38); delayms(1); lcd_write_com(0x01); delayms(1); lcd_write_com(0x06); delayms(1); lcd_write_com(0x0f); delayms(1); lcd_write_com(0x80); delayms(1); for(i=0;i<14;i++) {lcd_write_date(table1[i]); delayms(1);} lcd_write_com(0x80+0x40); for(i=0;i<17;i++) {lcd_write_date(table2[i]); delayms(1);}}/***************溫度控制函數(shù)******************/voidds18b20_init()//18B20初始化{ucharx; cgq=1; delayus(8); cgq=0; delayus(50); cgq=1;delayus(20); x=cgq; 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