空調(diào)溫度控制系統(tǒng)涉及與實現(xiàn)畢業(yè)設計論文

1、 學校代碼：11517 學 號：200910711141 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 畢業(yè)設計（論文）題 目 空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)學生姓名 黃崇 專業(yè)班級 電子科學與技術 學 號 200910711141 系 （部） 電氣信息工程學院 指導教師(職稱) 駱繼明（講師） 完成時間 2013 年 06 月 10 日 河南工程學院論文版權使用授權書本人完全了解河南工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學校要求提交論文的印刷本和電子版本；學校有權保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學校有權提供

2、目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務；學校有權按有關規(guī)定向國家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學?？梢赃m當復制論文的部分或全部內(nèi)容用于學術活動。論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學院畢業(yè)設計(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導教師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名： 年 月 日河南工程學院畢業(yè)

3、設計（論文）任務書題目 空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 專業(yè) 電子科學與技術 學號 200910711141 姓名 黃崇 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 采用51單片機來對溫度進行控制不僅具有控制方便組態(tài)簡單和靈活性大的優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而大大提高提高產(chǎn)品的質(zhì)量和市場占有量。具體要求：本課題研究的是51單片機控制溫度系統(tǒng)的設計，主要是基于51單片機為中央處理器，通過溫度傳感器進行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機，再由單片機控制顯示器顯示。（1）采用單片機做主控單元，完成對溫度的采集和控制的要求 （2）溫度控制約在040（3）用LCD1602顯示當前溫度（

4、4）有遙控器控制操作功能畢業(yè)論文（設計）的目標：（1）畫出工作原理圖（2）元器件及參數(shù)選擇（3）完成全電路設計，能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題（4）編寫設計報告，寫出設計與制作全過程，附上有關資料和圖紙（5）畫出主程序流程圖，給出主程序清單參考文獻：1馬明建,周長城,數(shù)據(jù)采集與處理技術M.西安:西安交通大學出版社,20002張毅剛等，MCS-51單片機的應用設計M.哈爾濱工業(yè)大學出版,20043何立民,單片機應用技術選編M.北京航空航天大學出版社,20054李小英,移動式空調(diào)變頻控制系統(tǒng)研究J.中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 2009 完 成 期 限： 2013 年 06 月10 日 指導教師簽名： 駱

5、繼明 專業(yè)負責人簽名： 2012 年 12 月 20 日目 錄摘要.IABSTRACTII1 引言. 11.1 課題背景.11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3 本課題的研究內(nèi)容12 系統(tǒng)的總體設計. 22.1 設計要求.22.2 系統(tǒng)方案的選擇.22.3 系統(tǒng)各模塊方案選擇33 系統(tǒng)硬件設計.53.1 單片機簡介以及外圍電路.5 單片機簡介.5 與系統(tǒng)相關的單片機外設介紹5 單片機外圍電路.63.2 LCD1602顯示器簡介及接口電路.73.2.1 LCD1602簡介.7 系統(tǒng)中LCD1602接口電路.83.3 鍵盤電路.83.4 無線遙控簡介與接口電路.9 無線遙控原理簡介。.9 系統(tǒng)中無線遙

6、控接口電路103.5 溫度傳感器簡介及接口電路.123.5.1 溫度傳感器簡介.12 系統(tǒng)中溫度傳感器接口電路.123.6 輸出驅(qū)動電路.123.6.1 半導體制冷片簡介.12 加熱絲簡介.13 繼電器驅(qū)動電路.133.6.4 大功率電路模塊介紹.153.7 系統(tǒng)整體原理圖154 系統(tǒng)軟件設計.164.1 系統(tǒng)程序設計構思.164.2 主程序設計.164.3 按鍵程序設計.174.4 溫度采集與顯示程序設計.184.5 控制執(zhí)行程序設計.194.6 系統(tǒng)設計程序.205 系統(tǒng)制作與調(diào)試.215.1 系統(tǒng)的焊接與制作.215.2 系統(tǒng)調(diào)試.21 單片機最小系統(tǒng)及液晶顯示模塊調(diào)試.21 按鍵模塊及

7、無線遙控模塊調(diào)試.225.2.3 溫度采集模塊調(diào)試.235.2.4 繼電器驅(qū)動模塊調(diào)試.235.2.5大功率模塊調(diào)試.245.2.6系統(tǒng)功能調(diào)試.255.3 系統(tǒng)整體實物圖.28結束語. 29致謝.30參考文獻.31附錄.32附錄1.32附錄2.33空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘 要計算機技術的誕生徹底改變了人們的生活，曾經(jīng)需要大量人力、物力資源的工作都已經(jīng)被智能計算機技術解決。單片機技術是計算機技術的一個應用，它的出現(xiàn)使現(xiàn)代測控領域產(chǎn)生了一場新的革命。典型的MCS-51系列單片機擁有完整的指令集和豐富的外設，可以很輕松的實現(xiàn)很多領域的控制。溫度檢測與控制應用廣泛，作用巨大，精度更高的、操作更

8、簡單的集成溫度傳感器應運而生。空調(diào)、冰箱等等與溫度控制有關的家用電器越來越普及，一個簡單智能的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應人們的需求。本文論述的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)是以8051單片機為核心，以鍵盤、紅外遙控以及LCD1602作為人機交互接口，以DS18B20作為溫度傳感器，通過繼電器來控制加熱絲與半導體制冷片模擬空調(diào)的工作。這個系統(tǒng)實時檢測室內(nèi)溫度并顯示出來，人可以設定溫度值，單片機比較檢測值與設定值做出加熱或制冷的命令，加熱絲或者半導體制冷片執(zhí)行相應的命令。關鍵詞：8051單片機 DS18B20溫度傳感器 溫度控制 AIR-CONDITIONING TEMPERATURE CON- TROL SYS

9、TEM DESIGN AND IMPLEMENTATIONABSTRACTThe birth of computer technology has revolutionized the way people live, works which need a lot of manpower, material resources have been solved by smart computer technology. The single-chip microcomputer technology is an application of computer technology. Its e

10、mergence has aroused a new revolution in the field of modern measurement and control. The typical MCS-51 series single-chip microcomputer has a complete instruction set and rich peripherals, can easily achieve the control of many areas.Temperature measurement and control has a wide range of applicat

11、ions, higher precision and simple operation of integrated temperature sensor arises at the historic moment. Household appliances related to the temperature control, such as air conditioners, refrigerators and so on, is more and more popular, a simple intelligent temperature control system can better

12、 adapt to the needs of people.This paper discusses the air conditioning temperature control system based on 8051 single-chip microcomputer as the core, with the keyboard, and infrared remote LCD1602 as human-computer interaction interface, using DS18B20 as temperature sensor, through the relay to co

13、ntrol the heating wire and semiconductor chilling plate to simulate the work of air conditioning. The system can detect indoor temperature and display in real-time, and one can set temperature, then single-chip microcomputer compares the detected value and setting value to make the command of heatin

14、g or cooling, with heating wire or semiconductor chilling plate executing the corresponding command.KEY WORDS: 8051single-chip microcomputer DS18B20 temperature sensor temperature control1 引言1.1 課題背景近年來電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，單片機應用正在不斷深入更多的領域，同時也帶動了控制檢測技術的提升。在自動檢測和控制系統(tǒng)中，單片機通常作為一個核心，結合具體的硬件結構，與軟件相結合，就能實現(xiàn)具體應用的功能。單片機

15、擁有基本的外設，這些外設讓單片機功能更加強大，應用更加廣泛。隨著人們生活水平的提高，人們需要更高質(zhì)量更智能的與溫度控制相關的產(chǎn)品，一個更優(yōu)秀的溫度控制器亟待開發(fā)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫度采集與控制歷來都是檢測控制領域的重點之一。近年來全球工業(yè)電子溫度控制器市場增長緩慢，我國電子溫度控制器市場迅猛發(fā)展，與之相關的核心生產(chǎn)技術與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關注的焦點。溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學研究和生活領域，了解國內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術研發(fā)動向，工藝設備，技術應用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品規(guī)格，提高市場競爭力非常關鍵。就目前情況來說，電子式溫度控制器必將全面代替機械式溫度控制器。電子式溫

16、度控制器的精度、功能、可靠性以及安全性等方面迅速發(fā)展，以后全面智能化的溫度控制器將更加方便，功能將更加強大，更加可靠，更加安全。當前各界研究的溫度控制器技術各具一格，所以新型溫度控制器的研發(fā)所要解決的問題就是如何做到取長補短，從而來設計出更加優(yōu)越的溫度控制器。1.3 本課題的研究內(nèi)容 設計中用戶可以利用遙控或者鍵盤設置溫控器的工作，例如工作狀態(tài)、模式、室內(nèi)溫度。單片機能將這些設定信息存儲在數(shù)據(jù)存儲器。單片機有可能工作在掉電狀態(tài)，但是通過外部中斷喚醒可以保存數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)關機重啟后，仍能保存用戶的設定信息。設計中用LCD1602作為顯示器，單片機可以把實時溫度和用戶的設定信息都顯示在

17、液晶屏上。工作原理大概是這樣的：通過溫度傳感器DS18B20實時采集一個封閉空間的溫度，然后傳送給單片機處理；單片機 根據(jù)人的設定信息結合采集的實際溫度自動加熱或制冷以實現(xiàn)空調(diào)功能。 2 系統(tǒng)的總體設計 2.1 設計要求系統(tǒng)的設計本課題研究的是利用51單片機結合適當?shù)挠布Y構，實現(xiàn)一個空調(diào)溫度控制器，主要包括溫度采集與顯示、人機接口、控制輸出等部分。系統(tǒng)設計的基本要求如下：* 采用單片機做主控單元，完成對溫度的采集和控制的要求* 溫度控制約在040* 用LCD1602顯示當前溫度* 有遙控器控制操作功能 2.2 系統(tǒng)方案的選擇系統(tǒng)可以用硬件的方式實現(xiàn)，也可以用軟件的方式實現(xiàn)，具體方案有二：方案

18、一：可以使用FPGA實現(xiàn)整個系統(tǒng)。FPGA在測量領域的確有優(yōu)越之處，可以很方便實現(xiàn)系統(tǒng)的時序控制，并且得到更準確的采集數(shù)據(jù)。但是對于控制系統(tǒng)來說，需要有多個狀態(tài)以及相應的操作，F(xiàn)PGA相對于微控制器來說并不擅長。方案二：可以使用微控制器作為核心，配合著測量電路、人機交互電路、以及控制電路實現(xiàn)這個系統(tǒng)。這種方案實現(xiàn)空調(diào)溫度控制比較簡單，而且也能達到設計要求。綜合比較，方案二更加適合空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，本文采用該方案。筆者對題目再進行深入的分析和思考，可將整個系統(tǒng)分區(qū)為以下幾部分：主控器電路、測溫電路、輸入電路、顯示電路，控制執(zhí)行電路。筆者做出了系統(tǒng)整體設計框圖如圖2-1所示。圖2-1

19、系統(tǒng)整體設計框圖溫度傳感器采集一個封閉空間的溫度，單片機獲取這個數(shù)值，然后綜合人通過鍵盤或者遙控器設定的信息，給出控制命令。命令通過繼電器控制模塊控制加熱絲和制冷片以得到執(zhí)行。加熱絲和制冷片會改變空間的溫度，單片機會周期的通過溫度傳感器采集溫度值，然后再綜合設定信息，再給出控制命令。最終的目標是智能控制這個空間的溫度在人設定的合理范圍內(nèi)。2.3 系統(tǒng)各模塊方案選擇主控制器可以選用AVR系列單片機、51系列單片機或者ARM。系統(tǒng)所需微控制器的速度并不太高，控制并不復雜，51系列單片機完全可以勝任?？紤]到成本和編程復雜性，本設計選用51系列單片機AT89S52。鍵盤模塊可以采用查詢法或中斷法來實現(xiàn)

20、。查詢法占用大量的CPU資源，但是電路連接簡單；中斷法雖然可以克服這個弊端，不過中斷法程序設計復雜?？紤]到系統(tǒng)設計中有開關機鍵，關機時單片機處于掉電模式，開機可以用外部中斷喚醒。所以本設計采用中斷法實現(xiàn)鍵盤模塊。遙控接收模塊可以選用1838紅外接收頭，接收頭將接收到的紅外信息傳送給單片機，單片機利用定時器和外部中斷實現(xiàn)解碼。這種方式比較經(jīng)濟，可是浪費了單片機的外設資源而且其解碼穩(wěn)定性不敢保證可靠。無線遙控模塊也可以使用現(xiàn)成的無線接收模塊，這種方式可靠性好，并且較少占用CPU資源，但是價格高?？紤]到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設計選用了無線遙控模塊。溫度傳感器可以采用熱敏電阻或者AD590等輸出模擬信號量的

21、作為傳感器，但是通常需要配合放大電路、濾波電路以及AD轉(zhuǎn)換器等電路才能輸送給單片機處理?？梢哉f這種方法實現(xiàn)復雜，成本較高。事實上，采用集成溫度傳感器DS18B20，它輸出的是數(shù)字信號，可以直接與單片機通信。選用這種傳感器，硬件電路很方便，但是需要大量的軟件編程。考慮到系統(tǒng)硬件電路連接的復雜性，本設計采用DS18B20。本設計利用LCD1602作為顯示器，可以顯示更多的字符。此外，由于LCD1602能夠鎖存輸入的顯示字符，不像數(shù)碼管顯示那樣需要不斷掃描，這種特點使得LCD1602更加節(jié)省CPU資源。 繼電器驅(qū)動電路選用專用驅(qū)動芯片，例如UNL2003，但是成本較高。采用三極管驅(qū)動，這樣同樣可以滿

22、足設計要求，也節(jié)省了成本。設計中共用到了三個繼電器，一個主繼電器作為大功率模塊的主要電子開關，另外兩個分別作為加熱絲和制冷片的控制開關。加熱絲選用材料為鎳鉻，長度大約0.4米，阻值大約為5歐，12伏電源供電時功率約28瓦的電熱絲。這種的電阻絲，安裝方便，它的功率也能滿足設計要求。制冷片選用TEC1-12706來模擬壓縮機實現(xiàn)空調(diào)制冷作用。這個模塊還需要配套的散熱裝置才能實現(xiàn)較好的制冷效果。值得注意的是本設計輸出執(zhí)行模塊為較大功率用電器，制冷片的額定功率為56W，再加上散熱的風扇對電源要求的功率會更大。我選用的是輸出電壓12V，最大電流6A的開關電源才能基本滿足設計要求。智能控制模塊只需要5V供

23、電就可以了，本設計采用的是USB供電。 3 系統(tǒng)硬件設計3.1 單片機簡介以及外圍電路 單片機簡介MCS-51系列單片機以其典型的結構、完善的總線、特殊功能寄存器的集中管理方式、位操作系統(tǒng)和面向控制的指令系統(tǒng)，為單片機的發(fā)展奠定了良好的基礎。80C51是MCS-51系列單片機的典型品種。80C51單片機基本結構如圖3-1所示。圖3-1 80C51單片機基本結構由圖可見，80C51系列單片機主要有CPU系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)、I/O口和其他功能單元構成。CPU系統(tǒng)是8位的，含有布爾處理器，還包含時鐘電路以及總線控制邏輯。存儲器系統(tǒng)包括4KB的程序存儲器，128B的數(shù)據(jù)村存儲器，還有特殊功能寄存器SFR

24、。80C51單片機系統(tǒng)通常還包括4個并行I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個全雙工異步串行口，以及中斷系統(tǒng)1。 與系統(tǒng)相關的單片機外設介紹單片機有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，本設計中用到了三個中斷，分別是外部中斷0、外部中斷1以及定時/計數(shù)器0中斷。單片機的中斷控制主要用兩個寄存器實現(xiàn)，中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制器TP。中斷允許控制器可以對所有中斷以及某個中斷源設置成開放或者屏蔽。中斷優(yōu)先級控制寄存器可以設置某一中斷為高優(yōu)先級中斷，高優(yōu)先級的中斷相對于普通中斷來說擁有特權1。單片機的外部中斷可以由TCON寄存器進行配置。單片機的外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)，另外一種是邊

25、沿觸發(fā)，這種配置可由IEX位進行設置。本設計中用的是邊沿觸發(fā)，所以將IEX設置成1。單片機的定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加一計數(shù)器，而且是16位的，由低8位和高8位組成。定時/計數(shù)器的計數(shù)脈沖有兩個來源，當系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖12分頻后作為定時/計數(shù)器的輸入時，它就配置成定時狀態(tài)；當外部脈沖源從T0或T1引腳輸入的話，它就被配置成計數(shù)狀態(tài)。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，這個寄存器可以配置定時/計數(shù)器的工作方式和功能；TCON是定時/計數(shù)器的控制寄存器，用于控制定時/計數(shù)器的停止以及設置溢出標志2。 單片機外圍電路一個單片機最小系統(tǒng)主要由時鐘電路和復位電路組成。80C51單片機的時鐘信號通

26、常有兩種發(fā)生方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。在80C51單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳上外接晶振，就能構成自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。而外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)部。此種方式用于多片單片機同時工作，以便于各單片機的同步。 兩種常見的時鐘電路如圖3-2所示。 圖3-2 兩種常見的時鐘電路實際應用中，復位電路有兩種常見形式，一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位。兩種常見的復位電路如圖3-3所示。 圖3-3 兩種常見的復位電路單片機最小系統(tǒng)如圖3-4所示。圖3-4 單片機最小系統(tǒng)3.2 LCD1602顯示器簡

27、介及接口電路 LCD1602簡介LCD1602液晶顯示器具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富的特征，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。它的主要特性如下：(1)3.3V或5V的工作電壓，對比度可以調(diào)節(jié)(2)內(nèi)含復位電路(3)提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能(4)有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM(5)內(nèi)建有192個5X7點陣的字符發(fā)生器CGROM(6)有8個用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM其引腳功能如表3-1所示3。表3-1 LCD1602的引腳編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3V

28、L液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光電源正極8D1Data I/O16BLK背光電源負極 系統(tǒng)中LCD1602接口電路本設計中，LCD1602的數(shù)據(jù)端口接單片機的P0口，單片機的P0口用作通用I/O口時要接上拉電阻。RS端接單片機的P2.7，RW端接單片機的P2.6，E端接P2.5。實際應用中，LCD1602的VL端口通常都要接一個可調(diào)電阻器。這是由于并不是把VL直接接地了就能清晰的顯示出字符。對于不同的液晶，需要通過可調(diào)電阻來

29、調(diào)節(jié)顯示器的對比度。本設計中，LCD1602與單片機的連接圖如圖3-5所示。圖3-5 LCD1602與單片機的連接圖3.3 鍵盤電路本設計的鍵盤電路如圖3-6所示。設計中用到了4個按鍵，開/關機鍵、模式切換鍵、溫度“+”鍵、溫度“-”鍵，分別對應ON_OFF、MODE、PLUS、MINUS這四個按鍵。當某一個鍵按下時，會將P1口的一位拉低，同時也會在P3.2端口引起一個下降沿。這個下降沿會觸發(fā)單片機的外部中斷0 ，從而進入對應的中斷服務程序，這個程序也是按鍵功能實現(xiàn)的程序。設計中，用四個二極管充當四輸入與門，這樣既節(jié)省了成本，也簡化了電路。該電路電阻和電容組成一個放點回路，防止鍵盤誤觸發(fā)而進入

30、中斷服務程序。另外，中斷服務程序中也采用了軟件去抖動程序以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖3-6 鍵盤電路3.4 無線遙控簡介與接口電路 無線遙控原理簡介無線通信的原理就是將數(shù)據(jù)加到載波上從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，主要包括兩個部分：一個是無線發(fā)射模塊，一個是無線接收模塊。無線發(fā)射模塊把需要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到載波信號上，然后通過天線發(fā)射出去。無線接收模塊在接收到無線信號后，就進行解碼。為了傳輸?shù)目煽啃?，通常都會在傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)碼前加上地址碼，只有地址匹配了才能接收數(shù)據(jù)碼；為了解碼的需要，通常還需要對傳輸?shù)拇a字加上同步碼，以實現(xiàn)可靠的通信4。設計中用到的無線發(fā)射與接收模塊實物圖如圖3-7所示。圖3-7 無線發(fā)射與接收模

31、塊實物圖編碼芯片PT2262編碼信號是由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，從17腳輸出到射頻發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)輸入端發(fā)射出去。無線接收模塊接收到信號后送到解碼芯片PT2272中。PT2272首先會將地址碼經(jīng)過三次比較核對，倘若一致PT2272的VT腳才輸出高電平，否則輸出無效的低電平。VT腳有效的同時，PT2272相應的有效數(shù)據(jù)腳也將輸出高電平。需要說明的是，如果PT2262連續(xù)發(fā)送編碼信號，PT2272第17腳和相應的數(shù)據(jù)腳便連續(xù)輸出高電平。PT2262停止發(fā)送編碼信號，PT2272的VT端便恢復為低電平狀態(tài)。 PT2272解碼芯片有不同的后綴，代表著不同的功能，常見的有M4、L4等型號

32、。其中，M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的有效信號是短暫的。只有當發(fā)射端發(fā)射時，才會輸出有效數(shù)據(jù)；而發(fā)射停止時，就輸出無效信號，這很類似于點動控制。L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次遙控器數(shù)據(jù)發(fā)生變化時它的輸出才會改變4。 系統(tǒng)中無線遙控接口電路系統(tǒng)中無線遙控接收模塊的輸出引腳如表3-2所示。表3-2 無線遙控接收模塊引腳圖腳位名稱功能說明1VT輸出狀態(tài)指示2D3數(shù)據(jù)輸出3D2數(shù)據(jù)輸出4D1數(shù)據(jù)輸出5D0數(shù)據(jù)輸出65V電源正極7GND電源負極8ANT接天線端設計電路圖中紅外與單片機的連接電路如圖3-8所示?？梢钥吹?，遙控接收模塊的數(shù)據(jù)輸出端口分別接的是單片機P1口的高

33、四位，VT端口通過一個非門接的是單片機的P3.3口，也即外部中斷1輸入端口。分析紅外接收模塊的時序圖可以知道，當用遙控器按下一個按鈕時，就會在VT端口輸出一個上升沿，而單片機的外部中斷的邊沿觸發(fā)方式是下降沿觸發(fā)，所以要加一個非門。當按下一個按鈕的時候，就會觸發(fā)單片機執(zhí)行外部中斷1的服務程序，然后再通過檢測是哪一個端口出現(xiàn)低電平，就可以知道是對應的按鈕被按下了。此模塊的設計方法與鍵盤設計很類似。 圖3-8 無線接收模塊3.5 溫度傳感器簡介及接口電路溫度傳感器簡介DS18B20數(shù)字溫度傳感器可以提供9-12位數(shù)字量的溫度測量，它的測溫范圍為-55125。 在硬件上，DS18B20通過一個單總線接

34、口與處理器交互信息，而且DS18B20能直接從數(shù)據(jù)線上吸取能量，這種寄生電源的方式可以使它的應用更方便、更靈活5。DS18B20的主要特征：(1)先進的單總線數(shù)據(jù)通信。(2)最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。(3)12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。(4)可選擇寄生工作方式。(5)檢測溫度范圍為55C +125C 系統(tǒng)中溫度傳感器接口電路系統(tǒng)中DS18B20與單片機的接口電路如圖3-9所示，從圖中可以看到DS18B20的只需要一個數(shù)據(jù)線就能完成數(shù)據(jù)通信工作。DS18B20的數(shù)據(jù)通信端口接的是單片機的P2.3端口，這樣的單總線方式硬件連接非常方便，甚至利用它的寄生電源的功能連電源線

35、也可以省去。簡單的硬件結構也需要付出代價，DS18B20需要精準的時序控制和復雜的編程才能準確采集到溫度數(shù)據(jù)。圖3-9 DS18B20與單片機的接口電路3.6 輸出驅(qū)動電路 半導體制冷片簡介半導體制冷片沒有滑動部件，這是區(qū)別于常規(guī)制冷器件的很大優(yōu)點。半導體制冷片省去了機械部件，就可以使它的體積減小，這樣它就可以應用在一些空間受到限制的場合。而且，這種制冷器件可靠性要求高，無污染。其缺點是沒有常規(guī)制冷器件那樣制冷效果強大，這也讓它的應用受到了限制。 半導體制冷片的工作原理是這樣的：用兩塊極性相反的半導體材料串聯(lián)成一個熱電偶。當在熱電偶中通過電流時，兩端就會產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。半

36、導體自身存在電阻，所以通過電流時也會產(chǎn)生焦耳熱，影響熱量轉(zhuǎn)移，另外兩個基板之間的熱量也會通過半導體材料自身或者空氣等媒體逆向傳遞，最終會使冷熱端達到一種平衡的狀態(tài)。為了使冷端達到更低的溫度，需要打破這種平衡狀態(tài)使熱傳遞繼續(xù)進行，通常采取散熱等方式降低熱端的溫度來實現(xiàn)6。本設計中用到的制冷片是TEC1-12706，它的最大制冷功率是56W。在實際制作中，套件制冷片的熱端安裝了導熱銅管把熱量傳送到散熱片上，有兩個風扇貼在散熱片上。這樣能夠盡可能地使熱端散熱，從而使冷端能夠獲得理想的降溫效果7。 加熱絲簡介加熱絲實際上就是一個電阻，它把電能盡可能的轉(zhuǎn)化為熱能。電熱絲的材料通常都是耐高溫的材料，例如鐵

37、鉻鋁、鎳鉻材料等。本設計用的是鎳鉻材料，阻值約5歐的電熱絲，12V時功率約為28瓦8。 繼電器驅(qū)動電路.1繼電器及其驅(qū)動電路簡介繼電器是一種常規(guī)的電子開關，用小電流去控制大電流運作的電控制器件，故在電路中起著安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。它的工作原理是是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，就會使輸入端線圈達到一定的磁場強度從而使輸出回路的柱頭上的接頭切換，最終在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化9。本系統(tǒng)中選用的是匯科（HUI KE）繼電器HK3FF-DC5V-SHG，它的輸入端驅(qū)動電壓是5V,線圈電阻70，功率0.36W，它的輸出回路直流30V時允許通過電流為10A。.2系統(tǒng)中繼電器驅(qū)

38、動電路繼電器驅(qū)動電路如圖3-10所示。其中三個控制端分別接的是單片機的P2.0、P2.1和P2.2。由于單片機驅(qū)動能力有限，有考慮到單片機的灌電流相較更大些，所以選用PNP型的三極管。繼電器驅(qū)動電路的工作原理是這樣的：當單片機管腳輸出高電平時，PNP三極管就處于截止狀態(tài)，繼電器輸入端口幾乎不導通，繼電器處于斷開狀態(tài)；當單片機輸出低電平時，PNP三極管就處于飽和狀態(tài)，繼電器輸入端就可以獲得幾乎5V的電壓而使繼電器導通。之所以在繼電器的輸入端加上一個反向的二極管，這是由于當繼電器由導通變?yōu)閿嚅_的過程中，輸入端線圈會因為自感作用引起自感效應對繼電器造成破壞，當加上一個反向二極管后就可以給這個線圈一個

39、放電回路而消除自感的不良影響10。圖3-10 繼電器驅(qū)動電路設計中就用到的三個繼電器的作用是這樣的：最上邊的繼電器作為大功率模塊的總開關，待機狀態(tài)斷開，正常工作狀態(tài)閉；另外的兩個繼電器分別控制加熱絲和制冷片的通斷。另外用了三個發(fā)光二極管分別指示繼電器的工作狀態(tài)，當繼電器閉合時，對應的發(fā)光二極管就被點亮；斷開時就熄滅11。 大功率電路模塊介紹系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)與加熱絲實物圖如圖3-11所示。制冷系統(tǒng)，包括半導體制冷片，散熱器和風扇。 圖3-11 制冷系統(tǒng)與加熱絲實物圖制冷片工作電壓2伏時功率約6瓦，加熱絲2伏工作時功率約8瓦，本設計選用電壓2伏，最大輸出電流安的開關電源。3.7 系統(tǒng)整體原理圖 系統(tǒng)

40、整體原理圖見附錄1。4 系統(tǒng)軟件設計4.1 系統(tǒng)程序設計構思系統(tǒng)主程序主要是用來不斷更在顯示器上更新出設定模式、設定溫度和實際溫度。中斷0的服務程序是用來實現(xiàn)鍵盤功能的程序，這些功能包括狀態(tài)切換、模式切換、溫度值調(diào)整，也包含了狀態(tài)切換時的部分初始化程序。外部中斷1的服務程序是無線遙控功能實現(xiàn)程序，與鍵盤功能程序類似。定時器0的中斷服務程序?qū)崿F(xiàn)控制執(zhí)行功能，即啟動或者停止加熱制冷操作12。4.2 主程序設計主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖主程序開始后，先進行系統(tǒng)初始化，包括LCD1602的初始化和單片機中斷系統(tǒng)的初始化。初始化工作包括LCD1602設置成兩行顯示模式，單片機的兩

41、個外部中斷都使有效，定時器0中斷也使有效。初始化結束后，就進入了死循環(huán)。這個循環(huán)程序不斷判斷系統(tǒng)的狀態(tài)，如果是待機狀態(tài)就進行待機初始化，最后讓單片機進入掉電模式。如果是正常工作狀態(tài)，還需要判斷en_display_normal標志位分成不同的兩支程序。設計en_display_normal標志位的目的是在于從待機模式切換到正常工作模式時，正常工作模式那些不需要更新的顯示字符需要只進行一次初始化。當從待機模式切換到正常工作狀態(tài)時，就會使en_display_normal置1，這樣就會執(zhí)行顯示正常模式的初始化程序。一旦這個程序執(zhí)行結束，就會使en_display_normal清0，這樣就能保證這個

42、顯示正常模式的初始化程序只執(zhí)行一遍。其實，設計本來是將這段顯示正常模式的初始化程序放在按鍵中斷程序有關從待機狀態(tài)切換到正常工作狀態(tài)初始化的代碼中。但是，由于倘若主函數(shù)程序和中斷程序都有顯示程序的話，有可能出現(xiàn)顯示錯誤。比如說，主函數(shù)設置了一個顯示地址，但是還沒等傳送顯示字符的代碼執(zhí)行時發(fā)生了中斷，而在中斷程序執(zhí)行了另外的顯示程序，當在回到主程序時，主程序原來的顯示地址的設置將丟失，這是一個錯誤。正是考慮到這一點，所以才設計全局變量en_display_normal來將這部分顯示代碼引入主函數(shù)去執(zhí)行。這種方法雖然解決了上述的錯誤，但是這段程序的執(zhí)行效率并不高，尚待更好的解決辦法13。當顯示正常模

43、式的初始化程序結束后，就會執(zhí)行顯示設定模式、設定溫度和采集顯示實際溫度的程序，這樣就能實時的顯示實際溫度。4.3 按鍵程序設計按鍵程序流程圖如圖4-2所示。按鍵程序是安排在外部中斷0的服務程序中。當任意的一個按鍵按下，都會觸發(fā)外部中斷0。當進入外部中斷0程序后，首先執(zhí)行延時程序，然后再次判斷是否有按鍵按下，以達到按鍵消抖的目的。如果確實有按鍵按下，就通過讀取P1端口的低四位獲取按鍵值。根據(jù)不同的工作狀態(tài)又將程序分為兩支。當處于待機狀態(tài)時，判斷是否是開/關機鍵（ON_OFF鍵）按下，如果是就開機初始化，如果不是就繼續(xù)待機14。當處于正常工作狀態(tài)，然后根據(jù)不同的按鍵值選擇不同的操作程序。如果是ON

44、_OFF鍵按下就關機，如果是MODE鍵按下就切換狀態(tài)，如果是PLUS鍵按下就增加設定溫度值，如果是MINUS鍵按下就減小設定溫度值。需要說明的是中斷服務程序的結尾部分，有一句語句是中斷標志位清0，這是為了避免因為案件抖動出現(xiàn)按一次進入兩次中斷。圖4-2 按鍵程序流程圖4.4 溫度采集與顯示程序設計溫度采集與顯示程序流程圖如圖4-3所示。溫度采集是通過調(diào)用函數(shù)ReadTemp()實現(xiàn)的，溫度顯示是通過調(diào)用函數(shù)disply_temp()實現(xiàn)的。ReadTemp()函數(shù)首先初始化DS18B20，然后啟動溫度轉(zhuǎn)化，接下來讀取溫度，得到兩個字節(jié)的記錄溫度的二進制數(shù)。緊接著，判斷溫度的正負。如果溫度為負，

45、還需要求取溫度的原碼并去掉最高位的符號位，轉(zhuǎn)化為十進制的實際溫度。倘若溫度為正，可以直接去轉(zhuǎn)化為十進制的溫度數(shù)據(jù)。利用sign_flag記錄實際溫度的符號值15。圖4-3 溫度采集與顯示程序流程圖4.5 控制執(zhí)行程序設計控制執(zhí)行程序流程圖如圖4-4所示。控制執(zhí)行程序是放在定時器0的中斷服務程序中。在初始化程序中，將定時/計數(shù)器0設置成定時模式1，也就是16位定時器。系統(tǒng)選用的是12M的晶振，這樣定時器從0計數(shù)到溢出，中斷一次的定時時間就是65536us。輸出控制是這樣設想的，每隔一定的時間就來執(zhí)行一遍，這個時間就是執(zhí)行周期。本設計把這個執(zhí)行周期設置成（65536*2）us，即大概0.13s，實

46、踐中可以滿足設計要求。中斷程序一開始先判斷時間是否達到（65536*2）us，如果是就執(zhí)行輸出控制程序，如果不是就中斷次數(shù)加一。這樣做的目的是把（65536*2）us作為輸出控制程序的執(zhí)行周期，也就每隔（65536*2）us就會根據(jù)工作模式和設定的溫度做出開啟/關閉加熱或制冷的操作。在輸出控制程序中，先判斷工作模式，以加熱模式為例，不管制冷工作與否先關閉制冷，然后判斷制熱工作與否。倘若制熱工作著，再判斷實際溫度是否高于等于設定溫度，如果是就結束加熱，如果否就繼續(xù)加熱。倘若沒有制熱，判斷實際溫度是否小于（設定溫度-2)，如果是就開啟加熱，如果否就保持不加熱。之所以是小于（設定溫度-2），這是考慮

47、到節(jié)能的需要。即只有當溫度低于（設定溫度-2）的時候才開啟加熱，然后一直加熱到高于等于設定溫度，當溫度在降低到（設定溫度-2）以下的水平就重新開始加熱，這樣做就可以使制熱過程間斷性的周期工作，避免過于頻繁的加熱。制冷模式的工作原理與制熱模式類似。圖4-4 控制執(zhí)行程序流程圖4.6 系統(tǒng)設計程序 系統(tǒng)設計程序包含5個源程序文件，分別是tem_con_system.c、function.c、lcd.c、tem.c和usual.c；還包括7個頭文件，分別是tem_con_system.h、function.h、lcd.h、tem.h、usual.h、reg52.h和intrins.h。tem_con

48、_system.c是系統(tǒng)的主要工作文件，funciton.c包含了系統(tǒng)調(diào)用的功能函數(shù)，lcd.c是LCD1602有關的程序，tem.c是DS18B20有關的程序，usual.c包含了兩個常用的延時函數(shù)。tem_con_system.h包含了工程中用到的部分全局變量，還有一些常數(shù)，function.h、lcd.h、tem.h、usual.h分別是對應C語言文件的頭文件，reg52.h、intrins.h是系統(tǒng)頭文件。由于文件比較多，所以只列tem_con_system.c一個文件的程序，程序見附錄2。 5 系統(tǒng)制作與調(diào)試5.1 系統(tǒng)的焊接與制作根據(jù)設計的要求，對所需的元器件的型號和數(shù)量進行了確定

49、，得出了如下的元器件清單如表5-1所示。表5-1 元器件清單表AT89S521片繼電器3個74041片LED紅色指示燈3個10K排阻1個按鍵4個LCD16021個加熱絲1段DS18B201個制冷片及配套散熱模塊1套8550三極管3個瓷片電容30uF2個1N400710個12MH晶振1個1 k電阻3個電解電容30uF1個10K電阻2個杜邦線若干4.7K電阻6個無線遙控發(fā)射器1個無線遙控接收模塊1套茶杯1個筆者將系統(tǒng)劃分為四個部分，按鍵模塊與無線發(fā)射、接收模塊，繼電器模塊，單片機最小系統(tǒng)與LCD液晶模塊和大功率模塊。其中前兩個部分用萬用板焊接。單片機最小系統(tǒng)與LCD液晶模塊是筆者曾經(jīng)在實驗室期間已經(jīng)做過的成品。大功率模塊不需要焊接，但需要連線。而且，筆者用茶杯做了一個封閉的空間，并且將加熱絲、半導體制冷片以及溫度傳感器都裝配在這個空間中。5.2 系統(tǒng)調(diào)試 單片機最小系統(tǒng)及液晶顯示模塊調(diào)試本人制作了一個最小系統(tǒng)板，為了避免重復插拔芯片和下載程序的方便，最小系統(tǒng)板上帶有一個USB-ISP接口。經(jīng)測試，程序能夠正常下載到單片機中，單片機工作正常，復位按鍵也正常。液晶顯示模塊在調(diào)試時，由于三個控制端接錯的原因，導致不能正常