智能溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

學(xué)號(hào)：07091310XX2010-2011學(xué)年第1學(xué)期專業(yè)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告題目：智能溫度控制系統(tǒng)專業(yè)：通信工程班級(jí)：07通信工程姓名：V5領(lǐng)袖指導(dǎo)教師：王忠良成績(jī)：電氣工程系2010年10月23日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生班級(jí)：07通信工程學(xué)生姓名：張躍學(xué)號(hào)：0709131065設(shè)計(jì)名稱：智能溫度控制系統(tǒng)起止日期：2010.10指導(dǎo)教師：王忠良設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)基于單片計(jì)算機(jī)的溫度控制器，用于控制溫度。具體要求如下:1.溫度連續(xù)可調(diào)，范圍為0℃2.超調(diào)量σ%≤20%3.溫度誤差≤±0.5℃4.人-機(jī)對(duì)話方便題目：溫度控制系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件局部，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)串口通訊電路和一些接口電路。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)局部，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序、超溫報(bào)警程序。目錄1引言--------------------------------------------------------------------------------------------12工作原理--------------------------------------------------------------------------------------13方案設(shè)計(jì)與論證-----------------------------------------------------------------------------23.1主控制局部---------------------------------------------------------------------------------23.2測(cè)量局部--------------------------------------------------------------------------------------34各單元的設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------84.1鍵盤單元---------------------------------------------------------------------------------------84.2溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元-------------------------------------------------------104.3溫度控制器件電路-------------------------------------------------114.4溫度測(cè)試單元-------------------------------------------------------------------------------114.5七段數(shù)碼管顯示單元-----------------------------------------------114.6接口通訊單元-----------------------------------------------------135電源輸入單元-----------------------------------------------------156程序設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------166.1概述------------------------------------------------------------166.2程序結(jié)構(gòu)分析-----------------------------------------------------177.測(cè)設(shè)分析---------------------------------------------------------18結(jié)論------------------------------------------------------------------------------------------------19參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------------------------------20附錄使用說(shuō)明-----------------------------------------------------------------------------------218.評(píng)語(yǔ)表-------------------------------------------------------------211引言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,如家電、汽車、材料、電力電子等,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同,在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來(lái)都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問(wèn)題。這類控制對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用,但由于繼電器動(dòng)作頻繁,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問(wèn)題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。2工作原理溫度傳感器DS18B20從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，單片機(jī)AT89S51獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比擬穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度上下限值，通過(guò)加熱和降溫對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟降溫設(shè)備(壓縮制冷器)，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時(shí),單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)啟升溫設(shè)備(加熱器)。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。系統(tǒng)中將通過(guò)串口通訊連接PC機(jī)存儲(chǔ)溫度變化時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個(gè)溫度的控制過(guò)程及監(jiān)控溫度的變化全過(guò)程。PC機(jī)加熱器繼電器2DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸鍵盤電路PC機(jī)加熱器繼電器2DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸鍵盤電路MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片片AT89S51AT89S518BITCPU數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示超溫報(bào)警超溫報(bào)警輸入電源輸入電源壓縮制冷器壓縮制冷器繼電器1N繼電器1N2-1工作原理圖3方案設(shè)計(jì)3.1溫度測(cè)量局部方案 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)〔按9位二進(jìn)制數(shù)字〕給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍－55～＋125℃，可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè)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。從而可以看出DS18B20可以綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在0—100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。3.2主控制局部方案AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫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ISPFlash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)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，32個(gè)外部雙向輸入/輸出〔I/O〕口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗〔WDT〕電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。由于系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)量也不大,考慮到電路的簡(jiǎn)單和本錢等因素,因此在本設(shè)計(jì)中選用ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊采用單片機(jī)最小系統(tǒng)是由于AT89S51芯片內(nèi)含有4kB的E2PROM,無(wú)需外擴(kuò)存儲(chǔ)器,電路簡(jiǎn)單可靠,其時(shí)鐘頻率為0～24MHz,并且價(jià)格低廉,批量?jī)r(jià)在10元以內(nèi)。其主要功能特性：兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫(>1000次〕ISPFlashROM32個(gè)雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線128x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級(jí)加密位看門狗〔WDT〕電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程雙數(shù)據(jù)存放器指針可以看出AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，看門狗〔WDT〕，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘。同時(shí),AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式何在RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一個(gè)硬件復(fù)位。AT89S51引角功能說(shuō)明Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表3表3-1P1口第二功能端口引腳第二功能P1.5MOSI〔用于ISP編程〕P1.6MISO〔用于ISP編程〕P1.7SCK〔用于ISP編程〕P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I。在訪問(wèn)８位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔如執(zhí)行：MOVX@Ri指令〕時(shí)，P2口線上的內(nèi)〔也即特殊功能存放器，在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)〔吸收或輸出電流〕4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端口時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表3表3-2P3口的第二功能端口功能第二功能端口引腳第二功能RXD〔P3.0〕串行輸入口T0〔P3.4〕定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入TXD〔P3.1〕串行輸出口T1〔P3.5〕定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入INT0〔P3.2〕外中斷0WR〔P3.6〕外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通INT1〔P3.3〕外中斷1RD〔P3.7〕外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT益出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAUXR的DISRTO位〔地址8EH〕可翻開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平翻開(kāi)狀態(tài)。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE〔地址鎖存允許〕輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目地，要注意的是：第當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位禁位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳伎被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，高有兩次有效的PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使CPU公訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器〔地址0000H－FFFFH〕，EA端必須保持低電平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平〔接Vcc端〕，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),該引腳加上＋12V的編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造及功能：特殊功能存放器：特殊功能存放器的片內(nèi)空間分存如下列圖3-2所示。這些地址并沒(méi)有全部占用，沒(méi)有占用的地址不可使用，讀這些地址將得到一個(gè)隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。中斷存放器：各中斷允許控制位于IE存放器，5個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于IP存放器。圖4-2為AUXR輔助存放器。圖3-2AUXR輔助存放器雙時(shí)鐘指針存放器：為方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針存放儲(chǔ)器：PD0位于SFR區(qū)塊中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，當(dāng)SFR中的位DPS=0時(shí)選擇DP0,而DPS=1時(shí)選擇DP1。在使用前初始化DPS。圖3-3雙時(shí)鐘指針存放器電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志〔POF〕在特殊功能存放儲(chǔ)器SFR中PCON的第4位〔PCON.4〕,電源翻開(kāi)時(shí)POF置“1”,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地〔GND〕，全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器。在AT89S51,假設(shè)接至Vcc〔電源＋〕，程序首先執(zhí)行從地址0000H－0FFFH〔4KB〕內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H－FFFFH〔60KB〕的外部程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：在AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間?？撮T狗定時(shí)器〔WDT〕：WDT是為了解決CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個(gè)14bit計(jì)數(shù)器和看狗復(fù)位SFR〔WDTRST〕構(gòu)成。外部復(fù)位時(shí)，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要翻開(kāi)WDT，必按順序?qū)?1H和0E1H寫到WDTRST存放器，當(dāng)啟動(dòng)了WDT，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒(méi)有其它方法關(guān)閉WDT，當(dāng)WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。引腳圖詳見(jiàn)圖3-4圖3-4AT89S51單片機(jī)引腳圖4各單元的設(shè)計(jì)4.1鍵盤單元單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以及專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入：為了去抖動(dòng)我采用軟件方法，它是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平那么確認(rèn)為真正鍵按下?tīng)顟B(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后，下一步就要識(shí)別哪一個(gè)按鍵按下。對(duì)鍵的識(shí)別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。對(duì)照?qǐng)D示的4*4鍵盤，說(shuō)明線反轉(zhuǎn)法工作原理。首先區(qū)分鍵盤中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過(guò)將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，那么所按下的鍵不在此列；如果不全為1，那么所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相交的交點(diǎn)上的那個(gè)鍵。鍵盤共有16個(gè)按鍵，用于方便設(shè)定溫度。9090…，數(shù)字按鍵，輸入數(shù)字0----9；確認(rèn)，設(shè)置確實(shí)認(rèn)，修改設(shè)置溫度時(shí)進(jìn)行確認(rèn)；確認(rèn)去除去除設(shè)置的去除，修改設(shè)置溫度時(shí)進(jìn)行刪除；開(kāi)啟開(kāi)啟電源開(kāi)啟關(guān)閉關(guān)閉關(guān)閉電源F1F1顯示及設(shè)置轉(zhuǎn)換到溫度點(diǎn)1，按此按鍵后，顯示預(yù)設(shè)置溫度的數(shù)碼管閃爍；F2F2顯示及設(shè)置轉(zhuǎn)換到溫度點(diǎn)2，按此按鍵后，顯示預(yù)設(shè)置溫度的數(shù)碼管閃爍；表4-1鍵盤的按鍵分布P2.00123P2.14567P2.289F1F2P2.3去除開(kāi)啟關(guān)閉確定P2.4P2.5P2.6P2.74.2溫度控制及超溫和超溫警報(bào)單元當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過(guò)規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P1.4輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D1，使繼電器K1開(kāi)啟降溫設(shè)備(壓縮制冷設(shè)備)：當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P1.5輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管D2，使繼電器K2開(kāi)啟升溫設(shè)備(加熱器1)。當(dāng)由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲。具體電路連接如圖4-1所示。圖4-1具體電路連接圖4.3溫度測(cè)試單元采用溫度芯片DS18B20。使用集成芯片，能夠有效的減小外界的干擾，提高測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu)。4.4溫度控制器件電路單片機(jī)通過(guò)三極管控制繼電器的通斷，最后到達(dá)控制電熱器的目的。當(dāng)溫度未到達(dá)要求時(shí)，單片機(jī)發(fā)送高電平信號(hào)使三極管飽和導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱器接通，電熱器加熱。溫度慢慢升高。當(dāng)溫度上升到預(yù)定溫度時(shí)，單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，繼電器的彈片打到另一側(cè)，使電熱器與電源斷開(kāi)，電熱器停止加熱。繼電器電路中有一個(gè)三極管8050的保護(hù)電路，即將一個(gè)二極管反向接到三機(jī)管的兩端。連接方法如圖4-2所示。圖4-2單片機(jī)控制信號(hào)其原理是：當(dāng)繼電器突然斷電時(shí)，繼電器產(chǎn)生很大的反向電流。二極管的作用是將反向電流分流，使流過(guò)三級(jí)管8050的電流比擬小，到達(dá)保護(hù)三極管8050的作用。4.5七段數(shù)碼管顯示單元本局部電路主要使用七段數(shù)碼管和移位存放器芯片74LS164。單片機(jī)通過(guò)I2C總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位存放器芯片74LS164存放，再由移位存放器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位存放點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率到達(dá)12M，移位存放器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹娜祟愐曈X(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。具體見(jiàn)實(shí)際連線圖如圖4-3。當(dāng)去除端〔CLEAR〕為低電平時(shí)，輸出端〔QA－QH〕均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端〔A，B〕可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B任意一個(gè)為低電平，那么禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端〔CLOCK〕脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當(dāng)A、B有一個(gè)為高電平，那么另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)，邏輯封裝圖如圖4-3：圖4-3邏輯封裝圖引出端符號(hào)：CLOCK時(shí)鐘輸入端；CLEAR同步去除輸入端〔低電平有效〕；A，B串行數(shù)據(jù)輸入端；QA－QH輸出端。真值表：表4-2表4-2真值表圖4-4實(shí)際連線圖4.6接口通訊單元max232資料簡(jiǎn)介：該產(chǎn)品是由德州儀器公司〔TI〕推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0+5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。主要特點(diǎn)：

1、單5V電源工作2、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4、±30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883〔方法3015〕標(biāo)準(zhǔn)的2000V51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比方電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。在本設(shè)計(jì)中采用了三線制連接串口，也就是說(shuō)和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠使用了，電路如下列圖所示，MAX232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接，串口通訊具體如圖4-5圖4-5通訊接口連線圖5電源輸入局部控制系統(tǒng)主控制局部電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖6-1所示，把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的5V直流電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過(guò)電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來(lái)起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會(huì)影響到負(fù)載電路的正常工作。需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓根本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓?jiǎn)栴}。圖5-1電源局部連線圖6程序設(shè)計(jì)6.1程序結(jié)構(gòu)分析主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。鍵盤掃描電路及按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識(shí)別及進(jìn)入相應(yīng)的程序。溫度信號(hào)處理程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示局部。繼電器控制程序：控制繼電器動(dòng)作串口通訊程序：實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊，將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。圖6-1程序結(jié)構(gòu)圖6.2主程序程序開(kāi)始的時(shí)候先設(shè)置初始化，然后就控制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。接著就判斷F1、F2按鍵是否被按下。按下F1進(jìn)入溫度控制點(diǎn)1的程序、按下F2進(jìn)入溫度控制點(diǎn)2的程序。程序控制設(shè)置溫度的兩個(gè)數(shù)碼管閃爍的，此時(shí)鍵盤輸入有效。有按鍵按下的時(shí)候進(jìn)入按鍵處理程序。按下“確定”按鍵后，程序進(jìn)入判斷程序和繼電器控制程序。繼電器動(dòng)作后，程序回到顯示當(dāng)前程序，并開(kāi)始循環(huán)。7.測(cè)設(shè)分析1、測(cè)試環(huán)境環(huán)境溫度28攝氏度，室內(nèi)面積20平方米測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表，溫度計(jì)0----100攝氏度2、測(cè)試方法使系統(tǒng)運(yùn)行，采用溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量室內(nèi)度變化情況，得出系統(tǒng)測(cè)量的溫度。3、測(cè)試結(jié)果設(shè)定溫度由0攝氏度到40攝氏度標(biāo)定溫差<=1攝氏度調(diào)節(jié)時(shí)間15s〔具體視現(xiàn)場(chǎng)情況〕靜態(tài)誤差<=0.5攝氏度最大超調(diào)量1攝氏度4、通過(guò)測(cè)試分析，對(duì)于實(shí)際室內(nèi)的溫度控制，可以再提出以下2點(diǎn)方法：Ⅰ增加傳感器個(gè)數(shù)，對(duì)各個(gè)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行求算術(shù)平均，可得到較為準(zhǔn)確的溫度值。Ⅱ?qū)?shí)際室內(nèi)的溫度控制，可采用功率較大的電爐，并且通過(guò)風(fēng)扇對(duì)箱內(nèi)溫度進(jìn)行充分?jǐn)嚭停禍卦O(shè)備可采用空氣壓縮機(jī)等制冷設(shè)備。5、通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)雖然傳感器的溫度采集精度最高可得到0.06℃，但測(cè)試得到的數(shù)據(jù)最小間隔為0.03℃。通過(guò)分析，當(dāng)對(duì)浮點(diǎn)數(shù)求平均處理時(shí)，遇到同一時(shí)刻兩個(gè)傳感頭采集的溫度相差不大，使0.06℃結(jié)論在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。在論文中簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)方法。本系統(tǒng)的測(cè)溫范圍為-10℃～4089S51的時(shí)鐘最高可達(dá)12M，I/O口可達(dá)32個(gè)，高的時(shí)鐘頻率和豐富的I/O，都為我們實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時(shí)也因?yàn)殚_(kāi)發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。本制作的設(shè)計(jì)中使用了繼電器控制的只是插座電路，因此，該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性很強(qiáng)。隨著插入插座的電器的不同，可以實(shí)現(xiàn)許多其它功能的電路。參考文獻(xiàn)1曹巧媛主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第二版).北京:電子工業(yè)出版社,20022全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)編.第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編(2001),北京:北京理工大學(xué)出版社，20033何力民編.單片機(jī)高級(jí)教程.北京:北京航空大學(xué)出版社,20004金發(fā)慶等編.傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京機(jī)械工業(yè)出版社,20025王錦標(biāo)，方崇智．過(guò)程計(jì)算機(jī)控制．北京：清華大學(xué)出版社，1997；36～406邵惠鶴．工業(yè)過(guò)程高級(jí)控制．上海：上海交通大學(xué)出版社，1997；58—62，78—1017胡壽松．自動(dòng)控制原理．北京：國(guó)