基于單片機和溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)

1、廣東工業(yè)大學華立學院 本科畢業(yè)設計（論文）基于單片機和溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)系 部 機電與信息工程學部 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年 級 2012 級 班級名稱 12電氣2班 學 號 5112228912030207 學生姓名 鄧政偉 指導教師 李升源 摘 要隨著社會的發(fā)展，溫度的測量與控制顯得越來越重要。人類的生活、工業(yè)上的控制、天氣預報、物資倉管、室內(nèi)種植等領域都離不開溫度的測量與控制。在21世紀，現(xiàn)代科學技術迅速發(fā)展，特別是數(shù)字技術的應用更是得到大力發(fā)展，溫控傳感器也登上了科學技術的舞臺。溫度控制控系統(tǒng)通過傳感器檢測溫度，然后將數(shù)據(jù)輸入到處理器處理，可以在數(shù)碼管或LCD屏等顯示出來。

2、然后由控制器可以控制加熱或者制冷，從而達到控溫的目的。本畢業(yè)設計利用單片機STC89C52和溫度傳感器DS18B20對環(huán)境溫度進行檢測，然后通過處理，再在數(shù)碼管上顯示溫度的數(shù)值，我們要遠程實時控制目標溫度，就要利用串口通信，在上位機的VB軟件上顯示溫度數(shù)據(jù)，然后我們利用LED燈的亮滅來進行模擬加熱和制冷。為了保證單片機輸入電壓的穩(wěn)定性，故電源部分用電源芯片Viper22a和三端穩(wěn)壓器78L05設計一個5V開關電源。本畢業(yè)設計會對每個功能模塊進行詳細的分析與概述，利用52單片機和DS18B20所組成的溫控系統(tǒng)，具有硬件電路簡單，軟件編程工作量少，測溫非常精準，系統(tǒng)穩(wěn)定，接線少等優(yōu)點。關鍵詞：單片

3、機，溫控，傳感器，電源芯片ABSTRACTWith the development of the society, the temperature measurement and control is more and more important.Human life, industrial control, weather forecast, material warehouse, indoor, and other fields is inseparable from the temperature measurement and control.In the 21st century,

4、 the rapid development of modern science and technology, especially the application of digital technology is developing, the temperature sensor is mounted the platform of science and technology.The temperature control system controlled by temperature sensors, and then will be treated as input data t

5、o the processor, can be in the digital tube or LCD display.And then by the controller can control the heating or cooling, so as to achieve the purpose of temperature control.This graduation design STC89C52 microcontroller and temperature sensor DS18B20 to test the environmental temperature, and then

6、 by processing, again on the digital tube display temperature values, remote real-time temperature control objectives, we will be using a serial port communication, show the temperature data on the PC VB software, and then we use the bright LED lights to simulate the heating and cooling.In order to

7、guarantee the stability of the single chip microcomputer as the input voltage, the power supply by using power Viper22a chip and 78 l05 three-terminal voltage regulator design a 5 v switching power supply.Of each function module in detail of this graduation design, the analysis and summary, use of 5

8、1 MCU and DS18B20 temperature control system, it has a simple hardware circuit, software programming less workload, temperature measurement is very accurate, system stability, less wiring, etc.Keywords：Chip microcontroller, temperature control, sensors, power 目 錄1 緒論11.1 單片微機的歷史11.2簡述開關電源的發(fā)展21.3溫度檢測

9、的重要性21.4設計溫度控制系統(tǒng)的核心32單片機的簡述42.1單片機的特點與引腳介紹52.2單片機的應用范圍72.3單片機的最小系統(tǒng)73電源模塊設計113.1 開關電源的特點113.2 電源芯片VIPer22a簡述113.3三端穩(wěn)壓器78L05簡述123.4AC220V輸入轉(zhuǎn)DC5V輸出開關電源原理簡述144溫控系統(tǒng)的硬件設計154.1溫度傳感器概述154.2DS18B20溫度傳感器介紹154.3顯示模塊214.4溫度報警模塊234.5串口通信模塊235軟件設計265.1系統(tǒng)整體概述265.2溫度獲取并轉(zhuǎn)換285.3溫度的控制286 單片機與上位機通信31結(jié) 論33參 考 文 獻34附錄1電路

10、總原理圖35附錄2 完整C程序代碼36II1 緒論1.1 單片微機的歷史 單片微型的計算機簡稱為單片機，是經(jīng)常應用的的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），我們也經(jīng)常用英文字母的縮寫MCU來代表單片機，單片機它是一個單片微控制器，而不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構(gòu)成，其實就相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），不過與計算機相比較，單片機缺少了很多的外圍設備等。總的來說：一塊芯片變成了一臺計算機。但它的體積非常小、質(zhì)量又輕、最主要是價格非常便宜，在學習、研究開發(fā)方面是非常便利的。我們最早把單片機

11、是用在工業(yè)控制領域的。1974年，世界上第一臺單片微型計算機F8被美國仙童（Fairchild）公司研制出，該機由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)與別的單片微型計算機不一樣，并且指令系統(tǒng)也與眾不同，得到了電子儀器領域的歡迎和重用。 可以說單片微型計算機一開始的發(fā)展，我們是以Intel公司在一九七六年推出的八位單片機為開始點，其實是主要經(jīng)歷了三個歷史階段。 第1代單片微型計算機（1976-1978）。在1976年開始，以MCS-48系列為代表。 第2代單片微型計算機（1978-1982） 。以Intel公司的MCS-51系列為代表 第3代單片微型計算機（1982-1992） 。它的技術特點就是單片微機

12、的控制功能得到全速發(fā)展。以下為綜合特點：（1）非總線型單片微機得到大力發(fā)展，而且和以前的總線型單片機形成了兩大派系。為了拿下家電控制器這個巨大市場，所以將單片機的并行擴展總線省去了，推出了價格更加便宜的單片微機，并盡最大努力地把一些外圍接口封裝在片內(nèi)；（2）為了能擴展各種外圍器件但又不使用并行總線，所以串行擴展總線被推出了。如I2C總線是philips推出的、SPL是Motorola推出的、Microwire/PLUS的串行外圍接口是NS公司推出的等等；（3）控制功能的控制網(wǎng)絡總線得到良好發(fā)展，以實現(xiàn)串行通信總線難以構(gòu)成的多主強控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)。就好像汽車電子系統(tǒng)中采用的CAN總線。1.2簡

13、述開關電源的發(fā)展在二十世紀五十年代，開關電源的研發(fā)和應用才開始。1955年，為研制開關電源打下理論基礎的是美國羅耶。他發(fā)明了自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，第一個開發(fā)了脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制。到了二十世紀六十年代，開關電源的多種基本電路拓撲已慢慢發(fā)展成型，它的優(yōu)勢慢慢顯現(xiàn)出來：體積小、重量輕和效率高(最高可達70%)。在二十世紀五十年代，開關電源的頻率提高到20 kHz主要是因為高頻電力開關的出現(xiàn)（以電力晶體管GTR為代表），在開關變換的時候它不會有對耳朵有影響的噪聲。到了二十世紀八十年代，讓只能適用于小功率場合的開關電源在中大功率直流電源中也能夠適用的是因為IGBT的出現(xiàn)。到了二十

14、世紀八十年代末期，開關頻率均在50 kHz左右是因為采用了PWM技術的MOSFET開關整流器。工作頻率越來越提高，開關損耗也越來越大。但是隨著軟開關技術的出現(xiàn)，開關損耗幾乎降為零。高頻開關電源工作頻率越來越高，而且保持高效率，是由于零電壓變換、零電流變換、諧振變換、準諧振變換和移相諧振變換等軟開關技術的出現(xiàn)，它使我們這個行業(yè)的經(jīng)濟效益得到巨大的收獲。在二十世紀九十年代，高頻開關電源的工作頻率已經(jīng)高至五百 kHz-1MHz。 到了我們二十一世紀，高頻開關電源迎來了數(shù)字電源時代，是因為數(shù)字電路技術、計算機控制技術以及電力電子技術得到大力發(fā)展。我們從功能上定義數(shù)字化電源的話，是由數(shù)字化來控制的電源產(chǎn)

15、品，它不僅可以提供控制、管理和檢測功能，而且還可以控制整個電源回路。它的功能是非常強大的。其實在一開始，數(shù)字電源它也只是停留在概念和技術討論的層面，根本沒有真正意義上的數(shù)字電源產(chǎn)品。但是到了2005年，數(shù)字化電源真正由概念走向運用是因為以“全數(shù)字控制回路”為特征的數(shù)字化電源控制芯片的出現(xiàn)，它是由美國德州儀器公司(TI)推出的。1.3溫度檢測的重要性溫度是一個非常抽象的東西，他看不見，摸不著，但是我們可以輕易地感覺到它。并且它與我們的生活是永遠離不開的。在初中物理上，我們開始學習它，它是一個常見與重要的物理量。隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，溫度顯得越來越重要，很多東西會因為溫度的變化而產(chǎn)生不同的結(jié)

16、果，就像我們常見的燃燒、蒸餾和發(fā)酵等等。特別是今現(xiàn)代化建設和國民經(jīng)濟發(fā)展非常的迅速，我們的日常生活和科學技術方面都受到周圍環(huán)境的影響，有很多領域?qū)囟扔兄艽蟮囊?，像石油、化工、航天、制藥、檔案的保管、糧食的存儲等。所以生產(chǎn)過程中為提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，溫度的監(jiān)控技術是不可缺少的，在自動溫控系統(tǒng)中，我們對生產(chǎn)的溫度進行自動控制，就可以保證生產(chǎn)順利工作，自動化與智能化安全運行。本畢業(yè)設計利用STC89C52和傳感器芯片DS18B20設計溫度控制系統(tǒng)，會敘述溫控系統(tǒng)的各個功能模塊與原理。1.4設計溫度控制系統(tǒng)的核心本畢業(yè)設計的溫度檢測與控制系統(tǒng)。主要是利用溫度傳感器DS18B20來測試目標環(huán)境溫度

17、，然后通過一個三位共陰數(shù)碼管來顯示溫度值，用有源蜂鳴器表示報警通知，用四個LED來說明開啟加熱或者制冷，和加大加熱或制冷，最后在電腦的VB軟件上顯示溫度值，使用到串口通信模塊。本畢業(yè)設計的溫度檢測與控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：成本少，功能比較穩(wěn)定，測試溫度精準度高，非?？煽康取囟瓤刂婆c檢測系統(tǒng)，其設計參數(shù)如以下所示：首先是在一個三位共陰碼管上顯示當前測到的環(huán)境溫度（0099.9）如果環(huán)境的溫度小于30兒大于29的時候，那么有源蜂鳴器就開始響報警，還有LED1綠色發(fā)光二極管開始閃爍（用來模擬開啟加熱裝備）；當環(huán)境的溫度還往下降低，并且小于29時，有源蜂鳴器的報警聲頻率就加快，在這個時候LED1和LE

18、D2同時一起閃爍（用來模擬增強加熱設備的功率）。當環(huán)境的溫度高于30而小于33的時候，有源蜂鳴器就開始報警了，同時LED3開始閃爍（用來模擬應景開始制冷設備），如果環(huán)境的溫度還繼續(xù)升高，并且大于33時，那么有源蜂鳴器就會加快報警聲頻率，同時LED3和LED4同時一起閃爍（主要用來模擬制冷設備和增強制冷的功率）。最后我們用串口通信把測試到的溫度數(shù)據(jù)同時得發(fā)送到電腦的VB軟件，然后顯示送過來的溫度值。下面溫控系統(tǒng)的組成請看圖1-1圖1-1 溫度檢測與控制系統(tǒng)組成圖 2單片機的簡述 科技發(fā)展到了21世紀已經(jīng)有了質(zhì)的變化，主那個要功臣就是單片機。單片機看起來對很多人是非常陌生的，但是，它就在我們的身邊

19、，最常見的就是我們每天都在用的手機，其實手機的所有功能都是單片機來操作的，還有冰箱，空調(diào)，電飯煲等。可以說整個電子行業(yè)都離不開單片機。應時代的要求的，單片機的發(fā)展有4位、8位、16、32位了。不過市場上用得比較多的是16位和32位的。單片機一開始是用匯編語言來編程的，現(xiàn)在用得最多的C語言，因為C語言的可讀性強，且通用，可移植。單片機可以用很多系統(tǒng)，所以可以會縮短開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。可以說單片機現(xiàn)在是這個時代電子行業(yè)中的大腦。單片機會隨著科技的發(fā)展越來越好的。 2.1單片機的特點與引腳介紹單片機主要有以下特點：（1）品種類型多現(xiàn)在開發(fā)單片機的公司越來越多，例如合泰、新塘等，CPU有4位、8

20、位、16位、32位等。（2）集成度高，容量高單片機是一個高集成度的芯片，已經(jīng)達到200萬個晶體管以上。工作頻率高，達到30MHz甚至40MHz。存儲器容量RAM發(fā)展到1K、2K，ROM發(fā)展到32K、64K；（3)可以向外部接口延伸，控制功能多現(xiàn)在單片機已經(jīng)把很多外圍電路都集成到芯片里面，如比較器，AD轉(zhuǎn)換，PWM輸出，U ART，TimerCounter等等。單片機可以通過鎖存器，比較器等外圍電路來驅(qū)動控制數(shù)碼管顯示，鍵盤控制等功能。可以說單片機就是一個小型計算機。 (4)低功耗單片機的供電電壓可以從5V降到3V、2V甚至1V左右。工作電流從mA級降到A級。并且在生產(chǎn)工藝上以CMOS代替NMO

21、S，并向HCMOS過渡； (5)應用軟件配套單片機可以提供軟件庫，并且有多的開發(fā)例子程序。所以用戶開發(fā)單片機應用系統(tǒng)時可一更快速、方便。使有可能做到用一周時間開發(fā)一個新的應用產(chǎn)品；(6)系統(tǒng)擴展與配置有供擴展外部電路用的三總線結(jié)構(gòu)DB、AB、CB，以方便構(gòu)成各種應用系統(tǒng)。根據(jù)單片機網(wǎng)絡系統(tǒng)、多機系統(tǒng)的特點專門開發(fā)出單片機串行總線。此外，還特別配置有傳感器，人機對話 、網(wǎng)絡多通道等接口，以便構(gòu)成網(wǎng)絡和多機系統(tǒng)。本畢業(yè)設計所用的單片機STC89C52其引腳如下圖2-1圖2-1 STC89C52引腳圖VCC（40引腳）：單片機電源輸入引腳；GND（20引腳）：單片機接地信號引腳；XTAL1（19引腳

22、），XTAL2（18引腳）是外接時鐘引腳。其中XTAL1（19引腳）是片內(nèi)震蕩電路輸入端，XTAL2（18引腳）是片內(nèi)震蕩電路輸出端。51系列單片機的時鐘方式有兩種：一種是片內(nèi)時鐘震蕩方式，這一種方式需要在兩個引腳外接石英晶體和震蕩電容，其中震蕩電容的值一般取10P-30P；另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1（19引腳）接地，外部時鐘信號從XTAL2（18引腳）腳接入。ALE/PROG:這是地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖引腳 ALE功能：此引腳用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：這是片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN:此引腳是外ROM

23、讀選通信號。RST/VPD:這是復位/備用電源。 RST（Reset）功能：這是復位信號輸入端。 VPD功能：其中在Vcc掉電情況下，可以接備用電源。EA/Vpp:這是內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源引腳。 EA功能：這是內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：這是片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，可以擴施加編程電源Vpp。 單片機的I/O口引腳有四個大類：P0，P1，P2，P3。P0：這是一個雙向的8位三態(tài)I/O口，并且每個端口可獨立控制。P1：這是準雙向的8位I/O口，而且每個端口都可獨立控制，其中是內(nèi)帶上拉電阻（如果想要了解更多，可以上百度查），這種端口的輸出是沒有高阻態(tài)的，并

24、且輸入不能鎖存的，所以說不是真正的雙向I/O口。還有P2口與P1口相似。在這里就不加多說了。 P3：這是一個準雙向的8位I/O口，而且每個口都可以可獨立控制，還有內(nèi)帶上拉電阻。此I/O口的第一功能當做普通I/O口。第二功能的定義如以下：P3.0：這是RXD的串行口輸入 P3.1：這是TXD的串行口輸出P3.2：這是INT0的外部中斷0輸入 P3.3：這是INT1的外部中斷1輸入P3.4：這是T0的定時器0外部輸入 P3.5：這是T1的定時器1外部輸入P3.6：這是WR的外部寫控制 P3.7：這是RD的外部讀控制2.2單片機的應用范圍 （1）各種工業(yè)控制系統(tǒng)：單片機加上一些外圍電路可以構(gòu)成各種的

25、工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如本畢業(yè)設計的溫控系統(tǒng)）等。如智能數(shù)控機床、工廠生產(chǎn)線控制、滾動燈箱的電機控制、濕度控制等。 (2) 智能儀器儀表：如體重機、跑步機、醫(yī)療器械、示波器等。 (3) 計算機外部設備與智能接口：傳真機、復印機、打印機、音響、很多智能終端機等。 (4) 各種的商用產(chǎn)品：如智能的售貨機、電子形式的收款機、小米電子秤等。 (5) 常見的家用電器。如微波爐、電磁爐、變頻空調(diào)、智能洗衣機、錄像機、收音機、音響設備等。2.3單片機的最小系統(tǒng) 以下圖2-2是單片機的最小系統(tǒng)圖2-2單片機STC89C52最小系統(tǒng)原理單片機最小系統(tǒng)主要分為復位電路和時鐘電路，以下分別簡述C51單片機的復

26、位電路和時鐘電路。單片機復位電路主要有兩種：（1）上電復位（2）按鍵復位 上電復位 以下圖2-3是單片機上電復位電路圖2-3 RC上電復位電路這是上電復位，它的工作原理就是在上電的時候，其中復位電路通過給電容c加給引腳RST端一個短暫的高電平信號，然后此高電平信號會隨著Vcc對電容的充電的時候而慢慢下降，也就是說引腳RST端的高電平信號持續(xù)的時間是在于電容c的充電時間的。所以我們這個為了保證系統(tǒng)能夠有效地復位，那么引腳RST端的高電平信號就要維持足夠長的時間。上電的候時，輸入電源Vcc的上升時間大概是10毫秒，而這個振蕩器的起振時間就在于震蕩頻率，如國晶振頻率為十MHZ，起振時間為1ms；晶振

27、頻率為一MHZ，那么起振的時間就是10ms。 （2）按鍵復位圖2-4按鍵復位電路單片機的按鍵復位又稱位手動復位，其中按鍵電平復位就是在引腳RST端由電阻與電源接通來實現(xiàn)的。這個電路模塊除了具有上電復位的功能外，如果要在程序運行中想復位也可以，特別是程序跑亂碼的時候，按鍵復位是非常有效的與必要的。C51單片機時鐘電路主要分為兩種：（1）有片內(nèi)時鐘震蕩方式；（2）有外部時鐘方式。（1） 內(nèi)部時鐘方式圖2-5 單片機的內(nèi)部時鐘電路 在51單片機的芯片內(nèi)部里面是有一個高增益反相放大器的，它的輸入端是XTAL1（引腳19），輸出端為XTAL2（引腳19）。在XTAL1（引腳19）和XTAL2（引腳18）

28、之間跨接晶振和起振電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，上圖就是單片機的內(nèi)部時鐘電路圖。如圖2-6所示。（2）外部時鐘方式圖2-6 單片機外部時鐘電路單片機的外部時鐘電路的原理就是用外部的振蕩脈沖接入到XTAL1引腳或XTAL2引腳。其中HMOS和CHMOS的51單片機的外布時鐘信號的接入方式是不同的，對于HMOS型單片機的外部時鐘信號是由引腳XTAL2端腳發(fā)送后直接送到內(nèi)部的時鐘電路，但是它的輸入端XTAL1就要接地了。但是引腳XTAL2端的邏輯電平不是TTL電平的，所以我們要外接一個上拉電阻。并且對于CHMOS型的51單片機，外部時鐘是要由引腳XTAL1引入，而引腳XTAL2引腳應懸空。3電

29、源模塊設計一個穩(wěn)定的輸入電壓對于單片機是十分重要的，電源波動大會引起單片機跑亂碼的現(xiàn)象發(fā)生，即死機。故本畢業(yè)設計在設計溫控系統(tǒng)中加了一個電源模塊，利用電源芯片VIPer22a和三端穩(wěn)壓器78L05設計一個開關電源輸入AC220V，輸出DC5V的電源模塊。3.1 開關電源的特點（1） 低功耗，高效率 開關電源的主要核心就是利用晶體管的導通和截止來控制電源，即是占空比。晶體管柵極在輸入信號的作用下，如PWM信號等。所以晶體管就處在不停交替工作得狀態(tài)，就是導通，然后截止，又從截止到導通的開關狀態(tài)，基本上現(xiàn)在市場上，開關電源的轉(zhuǎn)換速度很快了，它的頻率一般是 50kHz 左右，在歐美那些技術發(fā)達的國家，

30、已經(jīng)可以做到幾百升值1000kHz了，所以這就使得開關晶體管的功耗降低很多，并且開關電源方面的效率也比普通的電源高了很多，它的效率可以達到80%，這是非常不錯的了，隨著開關電源的發(fā)展，其效率會越來越高的。（2） 體積變小，重量更輕 開關電源不像普通的電源一樣用那些又大又重的工頻變壓器，又因為晶體管的耗散功率已經(jīng)很大幅度下降了，所以省下了一大推的散熱片。綜合以上原因，可以說開關電源的成本降低，體積變小，重量也更輕了。（3） 穩(wěn)壓范圍變得更寬 開關電源的核心就是通過改變激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的，而它的輸入電壓的波動可以用調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償。所以說，即使它的輸入電壓波動的很厲害，它的輸出依

31、然會很穩(wěn)定的，從而保證了輸出電壓的有效性。我們常用脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制來改變占空比，從而得到想要的輸出電壓。故開關電源的穩(wěn)壓范圍變得更寬，穩(wěn)壓方法也會更多一點，我們可以根據(jù)實際的要求來靈活選用不同的開關電源。 （4） 輸出紋波大 因以開關方式工作，有較大的電磁干擾；電路結(jié)構(gòu)復雜，故障率高，維修麻煩。3.2 電源芯片VIPer22a簡述1、VIPer22a的特點Viper22a是一個集成度很高的電源芯片，里面集成了很多器件，如有電流式的PWM控制器件與高壓高功率的MOS晶體管，還有一些比較器，反向器等。這就使得開關電源的外圍器件會相應少很多，降低了開發(fā)成本和應用難度。Viper22a內(nèi)部還有著很多

32、功能，如過流過壓保護，欠壓保護，過溫保護等，使得開關電源可以更有效性的工作。 2、 VIPer22a引腳說明 VIPer22a引腳圖和封裝如圖3-1圖3-1Viper22a的管腳示意圖GND(1，2引腳）：芯片接地引腳，同時也是內(nèi)置高壓MOS管SOURCE端口。VDD（4引腳）：芯片電源端，工作電壓范圍可達930V。FB（3引腳）：反饋輸入端口。DRAIN（5,6,7,8引腳）：內(nèi)置高壓MOS管的DRAIN，同時芯片啟動時，也做芯片的啟動。3.3三端穩(wěn)壓器78L05簡述對于三端穩(wěn)壓器78L05，其實我們應該是非常熟悉的，它是一款最經(jīng)典的固定電壓5V的穩(wěn)壓器件。對于很多場合都非常適用與穩(wěn)定的，現(xiàn)

33、在大多數(shù)單片機的輸入電壓都是5V，所以本畢業(yè)設計就用到三端穩(wěn)壓器78L05來穩(wěn)住5V輸出電壓。78L05還可以和其他功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成比較大的電流的穩(wěn)壓電源，就像可驅(qū)動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器（1） 特性 輸出電流可達100毫安； 不用增加外圍元器件； 在芯片內(nèi)部有熱過載保護； 在芯片的內(nèi)部有短路電流限制保護； 從2004年底開始，提供各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。 （2）封裝腳位圖圖3-2 三端穩(wěn)壓器78L05的封裝腳位示意圖（3）78L05典型應用電路圖圖3-3 三端穩(wěn)壓器78L05的典型應用電路圖3.4 AC220V輸入轉(zhuǎn)DC5V輸出開關電源原理簡述圖3-4開關電源模塊原理圖

34、此電源模塊利用電源芯片Viper22a和三端穩(wěn)壓器78L05設計了一個輸入AC220V，輸出DC5V的開關電源。簡單說一下原理,市電輸入，經(jīng)過一個保險管F1，然后用四個整流二極管IN4007整流，經(jīng)過一個電解電容儲能濾波，C9和R13起到去磁的作用，經(jīng)過變壓器的降壓，次級兩路輸出分別得到7V，輔助級經(jīng)過一個快速恢復二極管UF4007和一個限流電阻提供輸入電壓回Viper22a的電源端，經(jīng)過一個穩(wěn)壓二極管D9和采樣電阻R15，與一個光耦反饋輸出電壓回給Viper22a的3腳（反饋輸入端），78L05主要起到穩(wěn)住輸出電壓為5V的作用。4溫控系統(tǒng)的硬件設計4.1溫度傳感器概述在我們接觸的各種傳感器中

35、，溫度傳感器是我們最經(jīng)常接觸到和用到的。而溫度傳感器在以前用得比較多的是模擬溫度傳感器，就像常用的熱敏電阻，它是一種隨著目標溫度的變化，然后他的電阻也跟著做線性變化，用單片機區(qū)采集它兩端的電壓，再用典型的應用公式來計算出它的溫度，最后在顯示器顯示出來。但是在當代，隨著科技的發(fā)展，我們用到的溫度傳感器已經(jīng)向數(shù)字化，接口容易，重量輕，精準度高的方向，它已經(jīng)融入到我們的生活中去了，也廣泛應用于各個領域。本畢業(yè)設計用到的溫度傳感器是DS18B20，它是DALLAS半導體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器，并且采用了單總線協(xié)議，也就是它與單片機接口只要占用一個I/O口，而不用其他的外部元件了，它可以直接地將環(huán)境

36、溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。通過這樣的方式，可以大大減少了單片機與溫度傳感器的接口?？梢钥吹贸鰜恚⑿突?、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。 4.2 DS18B20溫度傳感器介紹DS18B20是DALLAS公司推出的第一片支持“一總線”接口的的溫度傳感器，它的優(yōu)點是：微型化、功耗低、性能高、抗干擾能力強、與單片機的接口少等優(yōu)點。1、 DS18B20溫度傳感器特性（1） 適應電壓范圍寬： 電壓范圍在3.05.5V，在寄生電源方式下可以由數(shù)據(jù)線供電。（2） 獨特的單線接口方式： 它與處理器連接時僅需要一個I/O口就可以和微處理器雙向通信。（3） 支持多點組網(wǎng)功能 多個DS18B20可以并聯(lián)在唯

37、一單總線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。（4） 負壓特性： 電源極性接反時，會發(fā)熱且不能正常工作，但不會燒壞。對芯片可以起到保護作用。（5） 測量范圍廣： 在-55+125，在-10+85時精度為0.5。（6） 不需要外圍器件： 全部傳感元件和轉(zhuǎn)換電路都集成在一個三極管的集成電路內(nèi)。（7） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字信號： 通過單總線串行傳送給微處理器，同時可傳送CRC校驗碼，具有很強的抗干擾糾錯能力。（8） 可編程分辨率為9-12位： 它對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，所以可以實現(xiàn)高精度測溫。2、 應用范圍 （1）供熱、制冷管道熱量計量、中央空調(diào)分戶熱能計量等； （2）冰箱

38、系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、冷柜系統(tǒng)等； （3）還有一些狹小空間的工業(yè)設備測溫和控制等。3、 引腳介紹 DS18B20有兩種封裝形式：一種是TO-92直插型，是使用最普遍的一種封裝。和八腳SOSI貼片式封裝。如下圖4-1所示 圖4-1 DS18B20兩種封裝GND：芯片的輸入電源的負極 DQ：它是信號的輸入輸出腳VDD：芯片的輸入電源的正極NC：這是空引腳4、 DS18B20與單片機硬件連接我們在前面也描述過溫度傳感器的特性，它具有單總線的特點，它的單總線技術是采用了單條信號線，既可傳輸時鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。與單片機與外設之間進行串行傳輸?shù)拇锌偩€I2C、SPI和SCI總線相比，它

39、的線路更加簡單，硬件少了很多外圍器件，成本相對低了很多，總線擴展和維護方便。圖4-2 DS18B20與微處理器典型連接電路 從上圖可以看得出，微控制器可以是單片機，從機可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過一條信號線。當只有一個從機設備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當有多個從機設備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，而讓其他設備使用總線。單總線通常要求外接一個約為5K的上拉電阻。本畢業(yè)設計單片機只是與一個DS18B20通信，如果要控制多個DS18B20進行溫度采集，只要將所有DS18B20的I/O口全部接

40、到一起就可以了。具體操作時，可以通過讀取每個DS18B20內(nèi)部芯片的序列號來識別。5、 工作原理我們要向利用單片機要讀取出DS18B20的溫度值數(shù)據(jù)，那么首先得要知道如何去控制DS18B20的指令，下面就簡述這些指令。 （1）33H：讀ROM，讀取DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（64位地址） （2）55H：匹配ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的DS18B20并使之做出響應，為下一步對該DS18B20的讀/寫作準備。 （3）F0H：搜索ROM。用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)，識別64位ROM地址，為操作各器件做好準備。 （4）CC

41、H：跳過ROM。忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，使用與一個從機工作。 （5）ECH：告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設定值上限或下限的，芯片才做出響應。ROM的作用就可以分別出不同的DS18B20，這樣在一條總線上掛接多個DS18B20，單片機也可以輕易分別出來。當主機需要對眾多在線DS18B20中的某一個進行操作時，主機應先逐個與DS18B20掛接，讀出其序列號。然后再將所有的DS18B20掛接到總線上，單片機發(fā)出匹配ROM命令，緊接著主機提供的64位序列號之后的操作就是針對該DS18B20。本畢業(yè)設計只對一個DS18B20進行操作，所以就不需要讀取ROM編碼和匹配

42、了，直接跳過ROM命令，就可以進行溫度轉(zhuǎn)換和讀取。其操作如下： （1）44H-溫度轉(zhuǎn)換。啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入9字節(jié)的RAM中。 （2）BEH-讀暫存器。讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 （3）4EH-寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2,3字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。其他指令在這里就不做詳細介紹。DS18B20在出廠時都是默認配置為12位的，其中最高位為符號位，也就是溫度值共11位，單片機在讀數(shù)據(jù)時，一次會讀兩字節(jié)共16位，讀完后將低11位的二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)后再乘以0.0625便為所測的實際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負。前5個字符為

43、符號位，這5位同時變化，我們只需要判斷11位就可以了。前5位為1時，讀取的溫度為負值，且測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625才得到實際溫度值。前5位為0時，讀取溫度位為正值，只需要將數(shù)值乘0.0625即可。6、 工作時序圖 （1）初始化（時序圖見圖4-3）圖4-3初始化時序圖1 首先將數(shù)據(jù)線置高電平1。2 然后進行延時（盡可能短，沒有嚴格要求）。3 然后把數(shù)據(jù)線拉倒低電平0。4 再延時750s(時間可以在480s960s中選)5 再將數(shù)據(jù)線拉高到電平1。6 延時等待。如果初始化成功則在1560s內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20返回的低電平0。這個可以確定它的存在。7 假設是單片機的CPU讀到數(shù)據(jù)

44、線上的低電平后，還要進行延時，那么時間從發(fā)出高電平算起不能少于480s。8 最后將數(shù)據(jù)線再次拉到低電平后結(jié)束。 （2）DS18B20寫數(shù)據(jù)（時序圖見4-4） 圖4-4 DS18B20寫時序圖1 首先將數(shù)據(jù)線先置低電平0。2 然后延時確定的時間為15s。3 再按從低位到高位的順序來發(fā)送數(shù)據(jù)。4 其中延時時間為45s。5 再把數(shù)據(jù)線拉倒高電平1。6 然后再重復前面五步，直到發(fā)送完整一個字節(jié)。7 最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。（3） DS18B20讀數(shù)據(jù)（時序圖見4-5） 圖4-5 DS18B20讀時序圖1 首先將數(shù)據(jù)線拉高到1。2 然后延時2s。3 再將數(shù)據(jù)線拉低到0.4 然后延時5s。（時間大于1s）5

45、 再將數(shù)據(jù)線拉高到1.6 延時4s。7 通過讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到下一個狀態(tài)位，而且再進行數(shù)據(jù)處理。8 延時30s。9 重復以上所有步驟，直到讀取完一個字節(jié)4.3顯示模塊 在顯示模塊中，溫度的顯示采用三個共陰數(shù)單位碼管顯示。現(xiàn)在簡單介紹下共陰數(shù)碼管的原理：共陰數(shù)碼管的內(nèi)部就是8個發(fā)光二極管的陰極連接在一起，而8個陽極是相互獨立的。對于共陰數(shù)碼管來說，通常設計電路都是陰極接地。當我們要顯示什么數(shù)時，只要按照共陰數(shù)碼管編碼表，對單片機相應的I/O口賦值就可以顯示相應的數(shù)字。圖4-6共陰數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)本畢業(yè)設計的顯示模塊還用到74HC573鎖存器來控制數(shù)碼管的位選，現(xiàn)在簡單介紹下74HC573鎖存器：7

46、4HC573鎖存器擁有八路輸出的透明鎖存器，輸出為三態(tài)門，是一種高性能硅柵CMOS器件。是三態(tài)允許輸出端，通常叫做輸出使能端。D0-D8為數(shù)據(jù)輸入端，Q0-Q8為數(shù)據(jù)輸出端；LE為鎖存允許端。 其引腳圖如圖4-7 。圖4-7 鎖存器74HC573的引腳圖圖4-8 鎖存器74HC573的真值表由真值表可以看出，當為高電平時，無論LE與為何電平狀態(tài)，其輸出都是高阻態(tài)（Z）。這種情況下芯片是處于不可控狀態(tài)的，因此，我們將接低電平（L），即接地。當為低電平時，再結(jié)合LE端的輸入狀態(tài)，當LE端為高電平（H）時，Q端的狀態(tài)和D端的一樣。當LE為低電平時，無論D端的電平是什么，Q端都保持上一次的數(shù)據(jù)狀態(tài)。以

47、下圖4-9是單片機與數(shù)碼管的硬件連接圖圖4-9單片機與數(shù)碼管硬件連接圖4.4溫度報警模塊在溫度報警模塊中，本畢業(yè)設計使用有源蜂鳴器來報警，其電路設計如下圖4-9圖4-10蜂鳴器報警連接圖圖中PNP三極管是采用了S9012，它是一種普通的硅三極管，但是可以滿足蜂鳴器大電流的要求。改變電阻R5的大小可以調(diào)報警聲音的大小，電阻越小，聲音越大。4.5串口通信模塊隨著科學技術的發(fā)展，單片機與上位機通信已經(jīng)越來越普及。而單片機與上位機的電平是不一樣的，所以我們需要用到串口通信模塊。并且隨著單片機單片機系統(tǒng)的廣泛應用和計算機網(wǎng)絡技術的普及，單片機的通信功能越來越完善。單片機的通信也還可以是單片機與單片機之間

48、的信息交換，但是現(xiàn)在用得最多的還是單片機和計算機通信。通信方式有并行與串行兩種方式，但在當代的單片機系統(tǒng)中用得比較多是串行通信。本畢業(yè)設計的串口通信模塊也是用到串行方式，所以一下就介紹串行通信。串行又分為兩種方式：異步串行通信和同步串行通信。并且串行通信有三種傳輸制式：單工方式，半雙工方式，全雙工方式。單攻方式：指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個方向，不能反向傳輸。半雙工方式：可以沿兩個方向，但需要分時進行。全雙工方式：指數(shù)據(jù)可以同時進行雙向傳輸。（1） 異步串行通信方式 異步通信的傳輸是以字符為單位來進行的，并且字符與字符之間的間隙是任意的，但每個字符中的各位是以固定的時間傳送的。異步通信的一幀字符信息，

49、主要是由四個部分組成：分別為起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和和停止位，如下圖4-11.圖4-11異步串行通信的數(shù)據(jù)格式圖 異步串行通信的特點：通信容易實現(xiàn)，因為不要求收發(fā)雙方的時鐘嚴格要求一致；設備開銷小；傳輸效率不高。（2） 同步串行通信方式 同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接受方時鐘的直接控制，是雙方達到完全同步。并且傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，也就是保持位同步關系，也保持字符同步關系。發(fā)送方對接受方的同步可以通過外同步和自同步兩種方法實現(xiàn)。（3）串口連接原理圖以及發(fā)送接收原理 由于計算機和單片機的電平不一樣，所以我們需要對兩種電平進行轉(zhuǎn)換。在本畢業(yè)設計

50、中，使用MAX232芯片把單片機的TTL電平換換成計算機的RS232電平。那是由于MAX232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RS232輸出電平所需的+10V電壓。如下如圖4-12是串口連接圖。圖4-12串口連接圖MAX232的11（TXD）和12（RXD）引腳分別連接單片機的P3.1和P3.0腳，這兩個接口，一個是接受數(shù)據(jù)，一個是發(fā)送數(shù)據(jù)，TTL電平從單片機的TXD發(fā)出，經(jīng)過MAX232轉(zhuǎn)換RS232 平后從MAX232 的14引腳T1OUT發(fā)出，再連接到串口座的第3引腳，再經(jīng)過隨機配送的交叉串口線后，連接到計算機的串口座的第2

51、腳RXD，這時候計算機就可以接收到數(shù)據(jù)了。PC機發(fā)送數(shù)據(jù)時從計算機的串口座的第3引腳TXD端發(fā)出的數(shù)據(jù)，再逆向流向單片機的RXD端即P3.0口接收數(shù)據(jù)。 5軟件設計5.1系統(tǒng)整體概述 （1）如圖5-1，主程序流程圖 下面是簡述整個系統(tǒng)的軟件設計，主程序首先要進行串口初始化，而且鎖存器74HC573的鎖存端要置低電平。然后溫度傳感器DS18B20開始檢測溫度，讓得到的溫度數(shù)據(jù)通過單總線傳輸?shù)?1單片機，然后對溫度進行處理，通過I/O即P0口輸出到一個三位共陰數(shù)碼管上進行顯示。如果溫度超過設定范圍蜂鳴器將報警，同時模擬加大制冷制熱的設備工作。溫度數(shù)據(jù)通過串口通信發(fā)送到上位機，這就實現(xiàn)了實時監(jiān)控。圖

52、5-1 主程序流程圖 （2）主程序的C代碼如下：void main() /主函數(shù)uchar buff4,i;dula=0;wela=0;init_com();while(1)tempchange(); /溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)for(i=10;i0;i-) dis_temp(get_temp(); /獲取溫度并顯示deal(temp); /進行溫度處理sprintf(buff,%f,f_temp); /將浮點型溫度格式化為字符型for(i=10;i0;i-)dis_temp(get_temp(); /溫度顯示 comm(buff); /串口發(fā)送數(shù)據(jù)for(i=10;i0;i-)dis_temp(get_

53、temp(); 5.2溫度獲取并轉(zhuǎn)換溫度獲取且轉(zhuǎn)換的步驟是先對DS18B20復位初始化，延時一下，然后單點測溫，寫溫度轉(zhuǎn)換指令，下一步就是讀取寄存器存儲的溫度數(shù)據(jù)，最后就是溫度數(shù)據(jù)乘以10，返回數(shù)值。下圖5-2是溫度獲取與轉(zhuǎn)換子程序流程圖。圖5-2溫度獲取與轉(zhuǎn)換子程序流程圖5.3溫度的控制當空間溫度在26-28范圍時，并不需要對被檢測空間進行熱量的交換。當被檢測空間溫度在24T26時，系統(tǒng)將模擬開啟制熱設備，即DBJ亮，當空間溫度持續(xù)降低到24以下時，系統(tǒng)模擬加大制熱設備功率。如果被檢測空間溫度在28Twarn_l2)&(t=warn_l1)/大于24度小于26度warn(40,0x01); /第一個亮，蜂鳴器發(fā)出“滴”聲else if(t=warn_l2)warn(10,0x03);else if(t=warn_h1)/第一第二個燈亮。蜂鳴器發(fā)出“滴”聲warn(40,0x04);else if(t=warn_h2)warn(10,0x0c);else /在26度和28度之間時只是調(diào)用顯示函數(shù)延時i=40;while(i-)dis_temp(get_temp(); 6 單片機與上位機通信在最后要在上位機上顯示實時溫度值，就要借助串口通信了。在我們調(diào)試實驗的時候首先需要對串口進行調(diào)試，以確保其能正常通信。本畢業(yè)設設僅是采用VB6.0調(diào)用MSComm控件接收、處理和顯