單片機課程設(shè)計(溫度控制系統(tǒng)

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文檔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計題 目 :基于 51 單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計姓名 :學(xué)院 :電氣工程與自動化學(xué)院專業(yè) :電氣工程及其自動化班級 :學(xué)號 :指導(dǎo)教師 :2015 年 5 月 31 日摘要： 3一、系統(tǒng)設(shè)計 31.1 項目概要 31.2 設(shè)計任務(wù)和要求： 4二、硬件設(shè)計 42.1 硬件設(shè)計概要 42.2 信息處理模塊 42.3 溫度采集模塊 52.3.1 傳感器 DS18b20 簡介 52.3.2 實驗?zāi)M電路圖 72.3.3 程序流程圖 62.4 控制調(diào)節(jié)模塊 92.4.1 升溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 92.4.2 溫度上下限調(diào)節(jié)系統(tǒng) 82.43 報警電路系統(tǒng) 92.5 顯示模塊 1.2. .三

2、、兩周實習(xí)總結(jié) 1.3. .四、參考文獻(xiàn) 1.3. .五、附錄 1.5. .5.1 原理圖1.5. .摘要：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中， 溫度是常用的測量被控因素。 本設(shè)計是基于 51 單片機 控制，將 DS18B20 溫度傳感器實時溫度轉(zhuǎn)化，并通過 1602 液晶對溫度實行實 時顯示，并通過加熱片（ PWM 波，改變其占空比）加熱與步進(jìn)電機降溫逐次逼 近的方式， 將溫度保持在設(shè)定溫度， 通過按鍵調(diào)節(jié)溫度報警區(qū)域， 實現(xiàn)對溫度在 0-99 控制的自動化。 實驗結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)完全可行，溫度偏差可達(dá) 0.1 以 內(nèi)。關(guān)鍵字： AT89C51 單片機；溫控； DS18b20一、系統(tǒng)設(shè)計1.1 項目概要溫度控制

3、系統(tǒng)無論是工業(yè)生產(chǎn)過程， 還是日常生活都起著非常重要的作用， 過低或過高的溫度環(huán)境不僅是一種資源的浪費， 同時也會對機器和工作人員的壽 命產(chǎn)生嚴(yán)重影響， 極有可能造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失， 給生活生產(chǎn)帶來許多利的 因素，基于 AT89C51 的單片機溫度控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫度控制相比具有操作方 便、價價格便宜、精確度高和開展容易等優(yōu)點，因此市場前景好。1.2 設(shè)計任務(wù)和基本要求：(1) 采用 DS18B20 作為溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測。(2) 對采集溫度用 LCD1602 進(jìn)行顯示(顯示溫度分辨率 0.1 )；采集溫度數(shù)值 應(yīng)采用數(shù)字濾波措施，保證顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定。(3) 設(shè)計相應(yīng)的溫度控制電路，根據(jù)

4、測得的溫度情況對加熱器進(jìn)行控制，將溫 度保持在設(shè)定溫度。(4) 通過按鍵設(shè)置溫度上下限，超限通過蜂鳴器報警。(5) 采用 DS1302 時鐘芯片顯示當(dāng)前時間，并可以對時間進(jìn)行設(shè)置。二、硬件設(shè)計2.1硬件設(shè)計概要根據(jù)需求，我們將系統(tǒng)分為五個模塊，信息處理模塊，溫度采集模塊、時間 模塊、控制調(diào)節(jié)模塊、報警電路模塊，顯示模塊。2.2 信息處理模塊AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器( FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種

5、帶 2K 字節(jié)閃爍可編程 可擦除只讀存儲器的單片機。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。單片機模塊如圖( 1) 所示ENRWRS圖(1)單片機模塊2.3 溫度采集模塊2.3.1 傳感器 DS18b20 簡介DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS1

6、8b20 簡介新的“一線器件”，體 積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18b20 是世界上第一片支持“一線總線”接口溫度傳感器。一線總線獨特而 且經(jīng)濟(jì)的特點， 使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)， 為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的 概念。 DS18b20 、DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同 DS1820 一樣， DS18b20 也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55 +125 ，在-10 文案大全0.5 。 +85 范 圍 內(nèi) ， 精 度 為DS18b20 的精度較差為2 。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

7、。適合于惡 劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測量類消費電子產(chǎn)品 等。與前一代產(chǎn)品不同， 新的產(chǎn)品支持 3V 5V 的電壓范圍， 使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、 方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組 成：64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置 寄存器。 DS18b20 的實驗板原理接線圖如圖（ 2）：圖（ 2） DS18b20 的實驗板接線圖其中：DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）2.3.2 實驗?zāi)M電路圖溫度檢測控制模擬電路圖

8、Ds18b20 原件及其連線如圖（ 3）,此溫度傳感器顯示的溫度同步顯示到 LCD1602 上，并有加溫，減溫按鈕R24.7KU232VCC 26.0DQ1GNDDS18B20圖（ 3）溫度檢測控制模擬電路圖2.3.3 程序流程圖圖（ 4）主程序流程圖圖（ 5 ）DS18B20 初始化子程序流程圖寫 1 字節(jié)數(shù)據(jù)主器件發(fā)送低電平CY發(fā)送至 DQ返回準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)寫入次數(shù)等于 8延時 45us主器件釋放總線延時 1us讀 1 字節(jié)數(shù)據(jù)返回圖（ 6） DS18B20讀寫的程序流程圖2.4 控制調(diào)節(jié)模塊2.4.1 升溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過繼電器的開合來控制加熱片電路的通斷，來達(dá)到設(shè)溫效果，我們預(yù)設(shè) 溫度為 2

9、5 度，當(dāng)溫度低于 25 度時，單片機 P3.6 引腳輸出高電平， 繼電器導(dǎo)通， 對溫度傳感器加熱，加熱模塊如圖（ 7）所示。圖（ 7）加溫控制電路2.4.2 溫度上下限調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過按鍵控制鍵選著調(diào)節(jié)對象，通過上升下降調(diào)節(jié)值大小，模擬電路圖如 圖（ 78 主控電路：我們設(shè)定溫度為 10-20 度，為表示方便，這里設(shè)控制開關(guān)， 升溫開關(guān)，降溫開關(guān)分別為， k1，k2，k3 ，開始顯示的是當(dāng)前溫度， K1 主控開 關(guān)，用來控制進(jìn)入的是當(dāng)前溫度，溫度上限，下限的調(diào)節(jié)界面。按 k1 ，一次進(jìn) 入三個界面。按 K2 為加 1 開關(guān)，按一下，加 1， k3 減 1 開關(guān)，按一下，減 1. 例如：開始時顯示

10、的是當(dāng)前溫度界面，按下 k1 進(jìn)入高溫設(shè)定界面，顯示器上顯 示當(dāng)前溫度和溫度上限，按 k2 ，上限加 1，按 k3，上限減 1，再按 k1 進(jìn)入顯現(xiàn) 設(shè)定界面，顯示器顯示當(dāng)前溫度，和溫度下限，按 k2 ，下限加 1，按 k3 ，下限 減 1 ，再按 k1 ，進(jìn)入顯示當(dāng)前溫度界面。如圖（ 8）2.4.3 報警電路系統(tǒng)通過蜂鳴器的鳴叫實現(xiàn)報警， 如果溫度超過上限蜂鳴器鳴叫， 溫度低于下限 蜂鳴器鳴叫。如圖（ 8）、（ 9）。菜單選擇按鈕加按鈕減按鈕 設(shè)置溫度按鈕時鐘設(shè)置按鈕P1.6圖（ 8）溫度設(shè)定開關(guān)Q1PNPBUZ1報警部分BUZZER圖（ 9 ）報警模塊2.5 顯示模塊通過采集 DS18B2

11、0 的溫度，同步顯示到 LCD1602 上，精確到小數(shù)點后第一位。如下圖LCD1LM016L圖（10 ）溫度顯示界面通過 DS1302 時鐘芯片將時間同步顯示到 LCD1602 上。如下圖 （時間可以設(shè)置在此沒有設(shè) 置）LCD1LM016L圖（11 ）時間顯示界面通過 2402 記錄超過設(shè)定值的溫度，如下圖：LCD1LM016L8圖（12 ）記錄超過設(shè)定值的溫度顯示界面76543210WS EE DD SSPOT三、兩周實習(xí)總結(jié)這次單片機實習(xí)我們做的是溫度控制系統(tǒng)?？吹竭@個題目我們還是比較有 信心的，對基本功能的設(shè)計， 我們比較熟練， 關(guān)鍵問題在于一些拓展功能的時限。 第一周我們找了很多資料，

12、通過兩周的實習(xí)，我們 學(xué)到了很多的知識，也對 DS18B20 的用法以及DS1302 的用法有了一個更深入的學(xué)習(xí)。四、參考文獻(xiàn)1 郭天祥.新概念 51 單片機 C 語音教程入門提高開發(fā)拓展攻略M. 北京：北京：電子工業(yè)出版社， 2009.2 韓廣興.電子元器件與實用電路基礎(chǔ) M. 北京：電子工業(yè)出版社， 2005.3 方大千，朱麗 .電子控制系統(tǒng)裝置制作入門 M. 北京：國防出版社， 2006.4 劉向舉,劉麗娜 . 基于單片機的智能溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計 J. 齊齊哈爾大 學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 ). 2012(03)5 黃文力 ,鄧小磊. DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接口程序的時序 J. 儀器儀

13、表 用戶. 2011(06)6 黃曉林 . 一種實用型智能恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計 J. 自動化技術(shù)與應(yīng)用 . 2011(11)7 王文,王直 . 基于 ARM 和 DS18B20 的溫度監(jiān)測系統(tǒng) J. 電子設(shè)計工程 . 2011(20)8 陳錫華 ,賈磊磊 . 溫度傳感器 DS18B20 序列號批量搜索算法 J. 單片機與 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 . 2011(09)五、附錄5.1 原理圖RP1RESPACK-8LCD1LM016L1278912361S4 5W0SSVEEVDDVC130pFU118C2CXR2YSTALCRYSTAL30pFC4R11uF10kQ1加按鈕減按鈕設(shè)置溫度按鈕菜單選擇按鈕 4PNPBUZ1報警部分BUZZER時鐘設(shè)置按鈕XTAL1XTAL2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.