基于單片機的倉庫溫度控制系統(tǒng)

廣西科技大學(xué)課程設(shè)計說明書 單片機課程設(shè)計 -GuangxiUniversityofScienceandTechnology單片機系統(tǒng)項目設(shè)計實訓(xùn)七報告課題名稱：基于單片機的倉庫溫度控制系統(tǒng)院（系）：計算機工程科學(xué)與通信工程學(xué)院專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)生姓名：李興鴻QQ：201942988完成日期：2016年9月7日摘

要隨著智能分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展以及經(jīng)濟的不斷發(fā)展、各種產(chǎn)品的騰出不窮，但這些產(chǎn)品對環(huán)境的要求也是挺高的，如果溫度過高就會使產(chǎn)品變壞，我們需要一個解決辦法。然而使用溫度控制系統(tǒng)成為了一個重要的研究課題。

本設(shè)計是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，主要是由一個DS18B20溫度傳感器采集溫度信號，通過液晶LCD1602顯示，并且通過串口把溫度發(fā)送到上位機，利用蜂鳴器報警，監(jiān)測倉庫溫度變化，再利用上位機發(fā)送檔位來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速使倉庫溫度保持在產(chǎn)品所需溫度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)由DS18B20采集溫度、串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、用ULN2803驅(qū)動芯片驅(qū)動風(fēng)扇、MCU采用STC89C52；完成溫度信號的采集顯示內(nèi)容的顯示、傳輸、報警等功能。本設(shè)計的溫度報警器由三個部分組成：溫度傳感器、LCD1602顯示器、蜂鳴器模塊。軟件上采用C語言編程，結(jié)構(gòu)簡單運行穩(wěn)定。

關(guān)鍵字：溫度檢測，報警，串口，上位機，風(fēng)扇。共24頁目錄TOC\o"1-2"\h\u1、任務(wù)設(shè)計 21.1設(shè)計任務(wù) 21.2設(shè)計要求 21.3創(chuàng)新部分 22、總體方案設(shè)計 22.1系統(tǒng)整體設(shè)計思想 23、系統(tǒng)硬件設(shè)計（各個功能模塊設(shè)計） 33.1STC89C52RC單片機最小系統(tǒng) 33.2蜂鳴器連接電路 43.3串口收發(fā)模塊 53.4DS18B20溫度傳感器模塊 53.5LCD1602液晶顯示屏模塊 73.6直流電機模塊 83.7系統(tǒng)整體電路圖 94、軟件設(shè)計 105、系統(tǒng)測試與調(diào)試結(jié)果分析 115.1測試儀器 115.2測試方法與結(jié)果分析 116、設(shè)計總結(jié) 137、參考文獻 138、附件：源程序 14 1、任務(wù)設(shè)計1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計出一個可以對倉庫溫度監(jiān)控的系統(tǒng)，并實現(xiàn)以應(yīng)用。1.2設(shè)計要求1、檢測倉庫溫度，當(dāng)大于28度時驅(qū)動電機低速轉(zhuǎn)動，當(dāng)大于30度時驅(qū)動電機中速轉(zhuǎn)動，當(dāng)大于35度時驅(qū)動電機高速轉(zhuǎn)動；2、檢測倉庫溫度，將溫度數(shù)據(jù)上傳至上位機，上位機收到溫度后做出以下反應(yīng)：當(dāng)大于28度時發(fā)送命令01驅(qū)動電機低速轉(zhuǎn)動，當(dāng)大于30度時發(fā)送命令02驅(qū)動電機中速轉(zhuǎn)動，當(dāng)大于35度時發(fā)送命令03驅(qū)動電機高速轉(zhuǎn)動。（可加分）1.3創(chuàng)新部分（1）增加了蜂鳴器報警（2）可以通過串口把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機、并且上位機可以控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速（3）把直流電機改為風(fēng)扇使得現(xiàn)象更加明顯2、總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)整體設(shè)計思想本系統(tǒng)不僅可以滿足倉庫溫度變量實行全面、實時、長期監(jiān)測的要求,而且還實現(xiàn)上位機控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來使倉庫恢復(fù)所需溫度。系統(tǒng)以52單片機為核心，以DS18B20溫度傳感器、通過單片機與智能傳感器相連,采集并存儲智能傳感器的測量數(shù)據(jù),經(jīng)過分析處理將結(jié)果顯示于LCD液晶屏，通過串口模塊把溫度上傳到上位機顯示、再通過上位機發(fā)送檔位控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制溫度,對倉庫的溫度檢測,為名貴產(chǎn)品的保存環(huán)境提供了一種有效的監(jiān)控系統(tǒng)。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計（各個功能模塊設(shè)計）3.1STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng).對52系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機微處理器芯片、晶振電路、復(fù)位電路。52單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，52單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。復(fù)位電路的用途

單片機復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行（感覺沒用到，所以沒做這一部分）。52單片機最小系統(tǒng)電路介紹

51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用12MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，52單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。

51單片機最小系統(tǒng)起振電容C2、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好，P0口為開漏輸出，作為輸出口時需加上拉電阻，阻值一般為10k。

設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t。

設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2ms。STC89C52RC單片機的最小系統(tǒng)如圖2所示。圖2單片機最小系統(tǒng)3.2蜂鳴器連接電路利用三極管作為蜂鳴器的開關(guān)，三極管基極接單片機的P1^3引腳，如果基極高電平三極管反偏，如果基極低電平，三極管正偏。其接線圖如圖3所示。圖3蜂鳴器連接電路3.3串口收發(fā)模塊MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，它的內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232輸出電平所需的+10V電壓。模塊如圖4所示。圖4串口連接電路 3.4DS18B20溫度傳感器模塊（1）初始化（時序圖如下）先將數(shù)據(jù)線置高電平1。延時（時間不是很嚴(yán)格要求，但要盡可能短一點）。數(shù)據(jù)線拉到低電平。延時750us（該時間范圍可以在480~960us）。數(shù)據(jù)線拉到高電平。延時等待。如果初始化成功則在15~60ms內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20返回的低電平0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應(yīng)注意不能無限地等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時判斷。若CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平0后，還要進行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第5步的時間算起）最少要480us。將數(shù)據(jù)線再次拉到高地平1后結(jié)束。（2）DS18B20寫數(shù)據(jù)（時序圖如下）數(shù)據(jù)線先置低電平0.延時的時間確定為15us。按從低到高的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。延時時間為45us。將數(shù)據(jù)線拉到高電平1。重復(fù)1-5步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)。最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。DS18B20讀數(shù)據(jù)（時序圖如下）將數(shù)據(jù)線拉高到1。延時2us。將數(shù)據(jù)線拉低到0。延時6us。將數(shù)據(jù)線拉高到1。延時4us。讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。延時30us。重復(fù)1~7步驟，直到讀取完一個字節(jié)。3.5LCD1602液晶顯示屏模塊（1）1602液晶接口信號說明圖如下：3.6直流電機模塊電機驅(qū)動芯片ULN2803內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：1~18、2~17、3~16、4~15、5~14、6~13、7~12、8~11是對應(yīng)的非門，9為地（與電機共地），10為12v輸入。電機模塊的電路圖如下：3.7系統(tǒng)整體電路圖原理圖：PCB圖：4、軟件設(shè)計 開始后程序初始化，LCD1602、DS18B20、串口初始化，并且處于循環(huán)讀取溫度，并且把溫度不斷地在LCD1602上刷新，還發(fā)送到上位機，然后在上位機上輸入檔位使風(fēng)扇達到不同的轉(zhuǎn)速。開始開始LCD1602、DS18B20、串口初始化LCD1602、DS18B20、串口初始化18B20讀溫度18B20讀溫度 STC89C52STC89C52串口串口風(fēng)扇上位機LCD1602顯示溫度風(fēng)扇上位機LCD1602顯示溫度5、系統(tǒng)測試與調(diào)試結(jié)果分析5.1測試儀器萬用表、一字螺絲刀、PC機顯示界面、采用電腦USB通過串口通信模塊進行供電。5.2測試方法與結(jié)果打開電源系統(tǒng)各個模塊開始工作，各模塊正常工作，如圖16、圖17所示：圖16系統(tǒng)初始化工作圖圖17溫度檢測1602顯示和上傳到上位機、上位機輸入檔位控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速6、設(shè)計總結(jié)1、整個設(shè)計過程中團隊的合作最為重要、各隊員既要完成好各自負責(zé)的模塊也要小組內(nèi)成員互相協(xié)作。2、要想實現(xiàn)一個系統(tǒng)，那必須對整個系統(tǒng)的設(shè)計有整體的思路。3、目前系統(tǒng)設(shè)置已經(jīng)基本實現(xiàn)功能，不足在于中斷部分沒有弄得進去就沒辦法規(guī)定時間讀取溫度到上位機，因為一開總中斷允許位就會使溫度讀取出錯。4、設(shè)計電路是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的前提，合理的選用芯片十分關(guān)鍵，合理設(shè)置元器件參數(shù)更是一個難點。5、焊接電路路需要扎實的基礎(chǔ)功及較強的耐心，調(diào)試電路是必須認真細心。如有問題，耐心排查。6、需要有扎實的知識基礎(chǔ)，既懂軟件又懂硬件，會寫程序能搭電路，對常用元器件比較了解。7、任何小的問題都會影響系統(tǒng)的最終功能，所以必須注意細節(jié)，同時完成設(shè)計需要投入大量時間和精力，需要極強的毅力。7、參考文獻

[1]郭天祥新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略，電子工業(yè)出版社2014，（05）[2]上網(wǎng)查閱資料。8、附件：源程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P1^0;sbitrw=P1^1;sbitLCDEN=P1^2;sbitfengmingqi=P1^3;sbitDSPORT=P1^4;sbitdianji=P2^0;floatt;intvalue;uchara;uchartable1[]="wendu:";uchartable2[]="dangwei:";uchartable3[]="0";uchartable4[]="1";uchartable5[]="2";uchartable6[]="3";voiddelayMs(uintz)//延時函數(shù){uinti,j;for(i=z;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);} voidwriteComm(ucharcomm) //寫命令函數(shù){RS=0;P0=comm;LCDEN=1;_nop_();LCDEN=0;delayMs(1);}voidwriteData(uchardat)//寫數(shù)據(jù)函數(shù){RS=1;P0=dat;LCDEN=1;_nop_();LCDEN=0;delayMs(1);}voidinit() //1602初始化{rw=0;writeComm(0x38);writeComm(0x0c);writeComm(0x06);writeComm(0x01);}voidwriteString(uchar*str,ucharlength)//在1602上寫第一行數(shù)據(jù)的格式函數(shù){uchari;for(i=0;i<length;i++){writeData(str[i]);}}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20Init*函數(shù)功能 :初始化*輸入:無*輸出:初始化成功返回1，失敗返回0*******************************************************************************/ucharDs18b20Init(){ uchari; DSPORT=0; //將總線拉低480us~960us i=70; while(i--);//延時642us DSPORT=1; //然后拉高總線，如果DS18B20做出反應(yīng)會將在15us~60us后總線拉低 i=0; while(DSPORT) //等待DS18B20拉低總線 { i++; if(i>5)//等待>5MS { return0;//初始化失敗 } delayMs(1); } return1;//初始化成功}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20WriteByte*函數(shù)功能 :向18B20寫入一個字節(jié)*輸入:com*輸出:無*******************************************************************************/voidDs18b20WriteByte(uchardat){ uinti,j; for(j=0;j<8;j++) { DSPORT=0; //每寫入一位數(shù)據(jù)之前先把總線拉低1us i++; DSPORT=dat&0x01;//然后寫入一個數(shù)據(jù)，從最低位開始 i=6; while(i--);//延時68us，持續(xù)時間最少60us DSPORT=1; //然后釋放總線，至少1us給總線恢復(fù)時間才能接著寫入第二個數(shù)值 dat>>=1; }}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20ReadByte*函數(shù)功能 :讀取一個字節(jié)*輸入:com*輸出:無*******************************************************************************/ucharDs18b20ReadByte(){ ucharbyte,bi; uinti,j; for(j=8;j>0;j--) { DSPORT=0;//先將總線拉低1us i++; DSPORT=1;//然后釋放總線 i++; i++;//延時6us等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 bi=DSPORT; //讀取數(shù)據(jù)，從最低位開始讀取 /*將byte左移一位，然后與上右移7位后的bi，注意移動之后移掉那位補0。*/ byte=(byte>>1)|(bi<<7); i=4; //讀取完之后等待48us再接著讀取下一個數(shù) while(i--); } returnbyte;}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20ChangTemp*函數(shù)功能 :讓18b20開始轉(zhuǎn)換溫度*輸入:com*輸出:無*******************************************************************************/voidDs18b20ChangTemp(){ Ds18b20Init(); delayMs(1); Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳過ROM操作命令 Ds18b20WriteByte(0x44); //溫度轉(zhuǎn)換命令// delayMs(100); //等待轉(zhuǎn)換成功，而如果你是一直刷著的話，就不用這個延時了}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20ReadTempCom*函數(shù)功能 :發(fā)送讀取溫度命令*輸入:com*輸出:無 *******************************************************************************/voidDs18b20ReadTempCom(){ Ds18b20Init(); delayMs(1); Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳過ROM操作命令 Ds18b20WriteByte(0xbe); //發(fā)送讀取溫度命令}/********************************************************************************函數(shù)名:Ds18b20ReadTemp*函數(shù)功能 :讀取溫度*輸入:com*輸出:無*******************************************************************************/intDs18b20ReadTemp(){ uinttemp=0; uchartmh,tml; Ds18b20ChangTemp(); //先寫入轉(zhuǎn)換命令 Ds18b20ReadTempCom(); //然后等待轉(zhuǎn)換完后發(fā)送讀取溫度命令 tml=Ds18b20ReadByte(); //讀取溫度值共16位，先讀低字節(jié) tmh=Ds18b20ReadByte(); //再讀高字節(jié) temp=tmh; temp<<=8; temp|=tml; value=temp; t=value*0.0625; value=t*100+(value>0?0.5:-0.5);//大于0加0.5,小于0減0.5 returnvalue;}voiddisplay(intv){ucharcount;uchardatas[]={0,0,0,0,0};uinttmp=abs(v); datas[0]=tmp/10000;datas[1]=tmp%10000/1000;datas[2]=tmp%1000/100;datas[3]=tmp%100/10; datas[4]=tmp%10;if(v<0){writeString("-",1);}else{writeString("+",1);}if(datas[0]!=0){writeData('0'+datas[0]);}for(count=1;count!=5;count++){writeData('0'+datas[count]);if(count==2){writeData('.');}} writeComm(0x80+6); Ds18b20ChangTemp(); if((tmp<=3400)|(v<0)) { fengmingqi=1; } elseif((3400<tmp)&&(tmp<=3500)) { fengmingqi=1; delayMs(50); fengmingqi=0; delayMs(50); } elseif((3500<tmp)&&(tmp<=3600)) { fengmingqi=1; delayMs(10); fengmingqi=0; delayMs(10); } elseif(tmp>3600) { fengmingqi=0; } }voidinit_com(void){ TMOD=0x20; PCON=0x00; SCON=0x50; TH1=0xfd; TL1=0xfd; ET2=1; TR1=1; }voidcomm(char*parr){ do { SBUF=*parr++; while(!TI); TI=0;