課程設(shè)計(jì)——溫度控制器1

1、x x大學(xué)x x學(xué)院x x系課程設(shè)計(jì)報(bào)告x x大學(xué)x x學(xué)院x x課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度控制器學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)所在系專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)班 級(jí)指導(dǎo)教師成績(jī)x x大學(xué)x x學(xué)院二o 一年六月摘要：溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)。本文利用單片機(jī)結(jié)合 傳感器技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。本文詳細(xì)地講述了基于單片機(jī)at89s51和 溫度傳感器ds18b20的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20采集 溫度數(shù)據(jù)，lcd 1602同步顯示溫度設(shè)定值和當(dāng)前測(cè)量值，可通過(guò)按鍵以1°c的步進(jìn)改變溫 度設(shè)定值，系統(tǒng)復(fù)位后默認(rèn)設(shè)定溫度值為40°co當(dāng)溫度低于設(shè)定值

2、時(shí)，單片機(jī)控制繼電 器啟動(dòng)加熱器加熱，同時(shí)點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，加熱器停止加熱, 從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和控制溫度的目的。系統(tǒng)稍微改裝可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)， 可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。系統(tǒng)具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單 和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，溫度控制，傳感器，lcd 1602abstract： temperature is a important physical parameters in production process and scientific experiments.the design and i

3、mplementation of temperature control system based on single chip microcontroller at89c51 and temperature transducer ds18b20, and this paper describes them in detail. the data of temperature are collected by ds18b20,lcd1062 display temperature settings and synchronize the current measured value; the

4、temperature settings can be change by the key-presses with 1 °c step. the default temperature value is 40 °c. when the temperature is under the settings, the heater starts with the red-led on,oppositely. when the temperature is higher than the settings the heater stopped heating.the system

5、 is very flexible and easy to control,a nd its con fig u rati on is simple. after repeated testi ng, the system can run stably.key words： single chip microcontroller, temperature control, sensor, lcd1602前言11總體設(shè)計(jì)方案11.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證11.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖12. 硬件設(shè)計(jì)22. 1元器件的選擇22. 1. 1單片機(jī)的選擇22.1.2傳感器的選擇22.2單片機(jī)控制模塊32.3溫度采集模

6、塊42.4時(shí)間產(chǎn)生模塊42.5顯示模塊52.6報(bào)警模塊52.7控制模塊63. 軟件設(shè)計(jì)73.1主程序流程圖73.2按鍵程序和主程序74. 系統(tǒng)調(diào)試134. 1測(cè)量方法134.2測(cè)試結(jié)果135. 設(shè)計(jì)總結(jié)156. 參考文獻(xiàn)15附錄16刖吞溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)屮普遍而且重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程屮為了高 效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程中的主要參數(shù)，如溫度，壓力，流量，速度等進(jìn)行 有效的控制。其中溫度的控制在生產(chǎn)過(guò)程中占有相當(dāng)大的比例。準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制溫 度是優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在工業(yè)的研制和生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn) 過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行并提高控制精度，采用微電子技術(shù)是重要的途徑

7、。它的作用主要是改善 勞動(dòng)條件，節(jié)約能源，防止生產(chǎn)和設(shè)備事故，以獲得好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、 自動(dòng)控制原理、傳感器原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤(pán)顯示技術(shù)等諸多方面 的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合測(cè)試。能夠提高學(xué)生的對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力， 更能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。本課題采用51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性 大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。另外，溫度傳感器方面，選用了 ds18b20,它屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感辭，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事 等領(lǐng)域的溫度

8、測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。具有體積小，接口方便，傳輸 距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。ds18b20采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它i/o 口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換屯路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符 號(hào)位）很好地實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)對(duì)溫度的測(cè)量。1.總體設(shè)計(jì)方案1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證方案一，采用純便件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于速度較快，但可靠性比較 差控制精度比較低、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便。r要實(shí)現(xiàn)題目所有的 要求難度較大。方案二,fpga/cpld或采用帶有ip內(nèi)核的fpga/cpld方式。即用fpga/cpld完成采 集，存儲(chǔ)，顯示及a/d等功能，

9、由ip核實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及信號(hào)測(cè)量分析等功能。這種方 案的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)量與與控制，操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)試過(guò) 程復(fù)雜，成木較高。方案三，單片機(jī)與高精度溫度傳感器結(jié)合的方式。即用單片機(jī)完成人機(jī)界面，系統(tǒng) 控制，信號(hào)分析處理，由前端溫度傳感器完成信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換。這種方案克服了方案 一、二的缺點(diǎn)，所以本課題任務(wù)是基于單片機(jī)和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。 1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機(jī)控制模塊，顯示模塊，溫度設(shè)置模塊和時(shí)鐘產(chǎn) 生模塊，驅(qū)動(dòng)屯路六個(gè)部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。溫度傳感器顯示電路單鍵盤(pán)控制片報(bào)警電路機(jī)時(shí)鐘產(chǎn)生控制電路圖1系統(tǒng)框圖其中數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)

10、采集溫度數(shù)據(jù)，采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單 片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)送顯示部分顯示。設(shè)置模塊可設(shè)置預(yù)定溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè) 定溫度時(shí)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)加熱，并發(fā)出報(bào)警聲；當(dāng)檢測(cè)溫度高于設(shè)定溫度吋, 停止加熱。時(shí)鐘模塊是采用專(zhuān)用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，通過(guò)單片機(jī)來(lái)讀取數(shù)據(jù)送顯示部分顯示。2.硬件設(shè)計(jì)2. 1元器件的選擇2.1.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，要滿(mǎn)足大內(nèi)存、高速率、通用性、價(jià)格 便宜等要求，本課題選擇at89s51作為主控芯片。at89s51是一個(gè)低功耗,高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp (in-system programniabl

11、e)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的 高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片 內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。at89s51單片機(jī)引腳圖如圖2所示pin1pl.l2pl23pl .34pl .45"56pl .67pl.?8ret9mo10p?l11p3.212也.313p3.414p3.51516xi19gnd20p1.0pl.lpl.2pl.3pl.4p1.5(mosi) p1.6(

12、miso) p1.7(sck) rstp3.0(rxd)p3.ktxd) p3.2(int0) p3.3(int1) p3.4(t0) p3.5(t11p3.6(噸p3.7(ro)xtal2xtal1gndvccpo.o(ado) po.l(adl)p0 2(ad2)p0 3(ad3)p04ad4)p0.5(ad5)p0 6(ad6)p07jad7) ea(vpp) alhprqg) psenp2.7(a15)p2.6(a14)p2.5(a13)p2aa12)p2.3(a11)p2.2(a10)p2.1(a9)p2.0(a8)圖2單片機(jī)引腳圖2.1.2傳感器的選擇本系統(tǒng)采用dallas半導(dǎo)體公

13、司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20采集溫度數(shù) 據(jù)，ds18b20屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍 事等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。ds18b20的性能特點(diǎn)：第一，采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò) 其它i/o 口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制 數(shù)，含符號(hào)位）；第二，測(cè)溫范圍為-55°c-+125°c，測(cè)量分辨率為0.0625°c；第三，內(nèi) 含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器rom；第四，適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)；第五，用

14、 戶(hù)可分別設(shè)定各路溫度的上、下限；第六，內(nèi)含寄牛電源。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，菲揮發(fā)的溫度報(bào) 警觸發(fā)器th和tl,高速暫存器。ds18b20的管腳排列如圖3所示。pr. 3 5封裝m3 一1 8gnd2 7 ds18b203 6nc 一nc 一45 vcc一 nc一 nc一 ncsosi封裝圖3 ds18b20引腳分布圖2.2單片機(jī)控制模塊控制模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度值的設(shè) 定與溫度越限時(shí)控制電路的啟動(dòng)。本控制模塊由單片機(jī)at89s51及其外圍電路組成，電 路如圖4所示。圖4單片機(jī)控制模塊r2r2gnd2.3溫

15、度采集模塊溫度由dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器ds18b20采集°ds18b20測(cè)溫范 圍為-55。c+125° c,測(cè)溫分辨率可達(dá)0. 0625° c,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼 形式串行輸出。cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口 較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。本設(shè)計(jì)采用三引腳pr-35封裝的ds18b20o vcc接外部+5v電源，gnd接地,i/o與 單片機(jī)的p2. 1 (to)引腳相連。圖5溫度采集模塊2.4時(shí)間產(chǎn)生模塊ds1302是美國(guó)dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，

16、它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 2.5v5. 5vo采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié) 的時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)。圖中顯示出ds1302的引腳排列，其中vccl為后備電源,vcc2 為主屯源。在主屯源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vccl或vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vccl+0. 2v時(shí)，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小 于vccl時(shí)，ds1302由vccl供電。xi和x2是振蕩源，外接32. 768khz晶振。rst是復(fù) 位/片選線，通過(guò)把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有

17、的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功 能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終 止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高屯平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允 許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中rst置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc$25v之前，rst必須保持低電平。只有在 sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。sclk始終是輸入端。圖6時(shí)間產(chǎn)生模塊2. 5顯示模塊本系統(tǒng)使用lcd 1602作為顯示器。單片機(jī)通過(guò)采集溫度傳感器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的數(shù)據(jù), 然后處理，把處理后

18、的數(shù)據(jù)送到顯示器顯示。圖7顯示模塊2.6報(bào)警模塊報(bào)警電路是由蜂鳴器加一個(gè)三極管組成的，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)向三 極管基極發(fā)送低電平，讓三極管導(dǎo)通。從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，起到報(bào)警的作用。圖8報(bào)警模塊2.7控制模塊控制電路是通過(guò)一個(gè)繼電器來(lái)控制外圍電器。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)值，單片機(jī)就發(fā)送指 令來(lái)控制繼電器導(dǎo)通。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，則反之。圖9控制模塊3.軟件設(shè)計(jì)3. 1主程序流程圖圖10主程序流程圖3. 2按鍵程序和主程序#include <regx52>h>winclude <intrins.h>#define uintunsigned int#define u

19、char unsigned char#include/zlcdl602. h#includez，dsl302. h#includedsl8b20.hvoid keyscan();void wenduxianshi ();void buzzer ();void jidianqi ();void delay(uint z);uchar 1=0, temp=40;sbitk2二 p3 0;sbitk3= p3j;sbitk4= p3"2;sbitt= p2 0;sbitb= p2“2;void delay(uint z)uint i, j;for(i=0;i<=z;i+)for(j=

20、0;j<=500;j+);void keycan()iif(k2=0);delay(12);if(k2=0) l+;if (1=7)1=0;swit ch(l) case 0:if(k3=0) ;delay(12) ;if(k3=0)(times1)+;if(times1)=60)(times 1 )=0;wri te_l302(0x82,t imes1);if(k4=0);delay(10);if (k4=0)(timeslj)-；if(timesl)=0)(times1)=60;write_1302(0x82, timesl);break;case 1:iif(k3=0);delay

21、 (10);if (k3=0)(times2)+;if(times2)=24)(times2)=0;write_1302(0x84, times2);if(k4=0);delay (10);if(k4=0)(times2)-；if (times2)二二0)(times2)=24; write_1302(0x84, times2);break;case 2:if(k3=0);delay (10);if (k3=0)(times3)+;if(times3)=31)(times3)=0;write_1302(0x86, times3); if(k4=0);delay(10);if (k4=0)(ti

22、mes3)一一;if (times 3 )=0)(times3)=31; write_1302(0x86, times3); break;case 3: if(k3=0) ;delay(12);if(k3=0)(times4)+;if(times4)=12)(times4)=0;write_1302(0x88, (times4);if(k4=0);delay (12);if(k4=0)(limes4)-；if(times4)=0)(times4)=12;write 1302(0x8& timcs4);break;case 4:if(k3=0);delay(10);if(k3=0) (t

23、imes6)+;write_1302(0x8c, times6) ;if(k4=0);delay(10);if (k4=0)(times6);write_l302(0x8c, times6);break;case 5:if(k3=0);delay (10);if(k3=0)(limes5)+;if(times5)=8)(times 5 )=1;write 1302(0x8a, times5);if(k4=0);delay (10);if (k4=0)(times5)-;if (times5)二二0)(times5 )=7;write_1302(0x8a, times5) break;case

24、6:if(k3=0);delay (10);if (k3=0)temp+if(k4=0);delay(10);if (k4=0)temp-;break;default: break;void wenduxianshi() lcd_coniniand (oxcb);lcd write_stting(k)；lcd dat(l%10+0x30);lcd_write_string(z，)；lcd_dat(temp/10+0x30);lcd_dat(temp%10+0x30) ; void buzzer()辻(tcmp=xl)b=0;delay(200);b=l;delay(200);void jidi

25、anqi ()if(temp=xl)t=0;void main(void)init_1302();lcd1602_init();settime_1302(inittime);wh訂c(l) keycan() display () ;xianshi () ;wenduxianshi () ; jidianqi ();buzzer () ; 4.系統(tǒng)調(diào)試4. 1測(cè)量方法系統(tǒng)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。我們將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和溫度控制系統(tǒng)的探頭放在一起，選定 若干不同溫度點(diǎn)，記錄下標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度和溫度控制系統(tǒng)測(cè)量顯示的溫度進(jìn)行比較。 設(shè)定開(kāi)啟加熱溫度，改變環(huán)境溫度，驗(yàn)證檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)是否停止加熱， 檢

26、測(cè)到的溫度小于設(shè)定溫度時(shí)是否啟動(dòng)加熱。4.2測(cè)試結(jié)果第一，本系統(tǒng)測(cè)量顯示溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量溫度對(duì)比如表6所示。表6溫度測(cè)量準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)溫度汁測(cè)量溫度(°c)本系統(tǒng)測(cè)量顯示溫度(°c)232325253030404045456060根據(jù)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比可知，本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地測(cè)量并顯示環(huán)境溫度。第二，設(shè)定不同的開(kāi)啟加熱溫度，改變環(huán)境溫度，系統(tǒng)工作情況如表7所示。表7 系統(tǒng)加熱測(cè)量設(shè)定溫度（°c）環(huán)境溫度（°c）發(fā)光二極管（亮/滅）1510亮1515滅1530滅2520亮2524亮2525滅2530亮4030亮4039亮4040滅4050滅發(fā)光二極管亮表示啟動(dòng)加熱，滅表示停止加熱。根據(jù)表7可知，系統(tǒng)可以自由設(shè)定 不同的加熱溫度，溫度設(shè)定當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)加熱，當(dāng)環(huán)境溫度高于 或等于設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)停止加熱。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，系統(tǒng)溫度設(shè)定范圍為0120°c,最小區(qū)分度為1°c,溫度控制的誤 差wi°c；能夠測(cè)量并用數(shù)碼管顯示當(dāng)前實(shí)際溫度值；通過(guò)復(fù)位鍵可以使系統(tǒng)設(shè)定溫度 述原默認(rèn)值，通過(guò)加一鍵和減一鍵可以以1°c步進(jìn)設(shè)置預(yù)定溫度；環(huán)境溫度低于設(shè)定溫 度時(shí)，啟動(dòng)加熱，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，環(huán)境溫度高于或等于設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱， 紅色