单片机恒温箱温度控制系统的结构设计

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1、单片机恒温箱温度控制系统的结构设计一、本课程设计系统概述1、系统原理选用AT89C2051单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20寸恒温箱进行温度采集，将采集到的信号传送给单片机，在由单片机对数据进行处理控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动恒温箱的加热或制冷。2、系统总结构图总体设计应该是全面考虑系统的总体目标，进行硬件初步选型，然后确定一个系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。总体方案经过反复推敲，确定了以美国Atmel公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统的核心，并选择低功耗和低成本的存储器、数码显示器等元件，总体方案如下图：图1系统总体框图二、硬件各单元设

2、计1、单片机最小系统电路单片机选用Atmel公司的单片机芯片AT89C2051,完全可以满足本系统中要求的采集、控制和数据处理的需要。单片机的选择在整个系统设计中至关重要，该单片机与MCS-51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在接近零频率下工作等诸多优点，而广泛应用于各类计算机系统、工业控制、消费类产品中。AT89C2051是AT89系列单片机中的一种精简产品。它是将AT89C51的P0口、P2口、EA/VppALE/PROGPSENH线省去后，形成的一种仅20引脚的单片机，相当于早期Intel8031的最小应用系统。这对于一些不太复杂的控制场合，仅有一片AT89C2051就足够了，是真正意义

3、上的“单片机”。AT89C2051为很多规模不太大的嵌入式控制系统提供了一种极佳的选择方案，使传统的51系列单片机的体积、功耗大、可选模式少等诸多弱点不复存在。该型号单片机包括：（1）一个8位的微处理器（CPU）。（2）片有2K字节的程序存储器（ROM和128/256字节RAM（3）15条可编程双向I/O口线。（4）两个16位定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。（5）五个中断源的中断控制系统。（6）个全双工UATR通用异步接收发送器）的串行I/0口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。（7）片含模

4、拟比较器。（8）低功耗的闲置和掉电模式。+5VAT89C205是一个20脚的双列直插封装（DIP）芯片。最小系统电路包括晶体振荡电路和手动复位电路，如图2。本设计使用一片AT89C205就代替了原来的8031、EPROM2732地址锁存器74LS373,因为AT89C205部的2KBEPRO和128B的RAM对智能化温度传感器测试系统已能满足设计要求，而且降低了成本，结构设计也较精巧。2、温度传感器采用数字温度传感器DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750m完成9位和12位的数字量,

5、并且从DS18B2读出的信息或写入DS18B2的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B2供电，而无需额外电源。因而使用DS18B2可使系统结构更趋简单,可靠性更高，成本更低。测量温度围为55C+125C。C,在一10C+85C。C围，精度为土0.5C。DS182的精度较差为土2C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其引脚分布如图3所示!MNC几MDSI8B20图3DS18B20引脚图（1）引脚功能如下：NC（1、2、6、7、8脚）：空引脚，悬空不使用。VDDG脚）:可选电源脚，电源电压围35.5V。D

6、Q（4脚）：数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。DS18B20测温原理DS18B2的测温原理如图4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测

7、温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B2在正常使用时的测温分辨率为0.5C,如果要更高的精度，则在对DS18B2测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B2部暂存寄存器的方法，将DS18B2的测温分辨率提高到0.10.01C。图4测温原理图DS18B20与单片机接口电路P1.3口和DSI8B20的引脚DQS接，作为单一数据线。U2即为温度传感芯片DS18B20,本设计虽然只使用了一片DSI8B20，但由于不存在远程温度测量的考虑所以为了简单起见，采用外部供电的方式，如图2.6所示。测温电缆采用屏蔽4芯双绞线,其中一对线接地线与信号

8、线,另一对接VC（和地线,屏蔽层在电源源端单点接地。3、键盘显示电路LED控制器的连接有并行和串行方式。由于串行方式占用较少接口，因此得到广泛应用。显示电路中选用MAX721作为LEQg动芯片。MAX721是一个高集成化的串行输入/输出的共阴极LE耶动显示器。每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管。片包括BCD?码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8X8静态RAM外部只需要一个电阻设置所有LEE显示器字段电流。MAX721和控制器只需要三根导线连接，每位显示数字有一个地址由控制器写入。允许使用者选择每位是BCD译码或不译码。使用者还可以选择停机模式、数字亮度控制、从18位选择扫描位数和对所有

9、LEE显示器的测试模式。引脚功能MAX7219是24引脚芯片，它的引脚排列如图2.7所示。各引脚功能如下：1）DIN（1脚）:串行数据输入端，当CLI为上升沿时数据被载入16位部移位寄存器。2）CLK（13脚）：串行时钟脉冲输入端，最大工作频率可达10MHz3）LOAD（12脚）：片选端，当LOA为低电平时，芯片接收来自DIN的数据，接收完毕，LOA回到高电平，接收的数据将被锁定。4）DIG0DIG7（2、3、5、6、7、8、10、11脚）：吸收显示器共阴极电流的位驱动线，最大值可达500mARINp齢、rrfelNETdigcTLX：3TDIG7|RFjrVy叵DKi177liadQFMLT

10、厨SEGDPzT|5EGEF|rnr：7v*TF|5WG刃SECJ.R固心F7T|se77gin图6MAX7219引脚图5）SEGASEGGSEGDR14、15、16、17、20、21、22、23脚）：驱动显示器7段及小数点的输出电流，一般为40mA可编程调整。6）ISET（18脚）：硬件亮度调节端。7) DOUT(24脚)：串行数据输出端；V+,正电源。8) GND(9脚)：接地。1) MAX7219与单片机和LED及键盘的接口电路MAX721啲3个输入端DIN、CLK和LOA与单片机的三个I/O口连接，DIG0DIG7分别与八个共阴极LED勺公共端连接，SEGSEGGSEGD分别与每个LE

11、Dt段动和小数点驱动端相连。电路图如图7所示。2) 键盘功能介绍采用独立式按键设计，如图上图所示。由于只有四个按键，因此按键接口电路的设计比较简单，单片机P1.4P1.7端口设定为输入状态，平时通过电阻上拉到Vcc,按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平。这样就可以通过查询P1的高4位来判断有门有按键按下按键各接一根输入线，一根输入线的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。通过读I/O口，判断各I/O口的电平状态，即可识别出按下的按键。4个按键定如下：A、P1.4:S1功能键，按此键则开始键盘控制。B、P1.5:S2加，按此键则温度设定加1度。C、P1.6:S3减，按此键则温度设定减1

12、度。DP1.7:S4发送，按此键将传感器的温度传送到上位机。DS7DSOa10abc85e4g3Dp7DPYaA89efgdpfdpecdOGDDpyAmber-CARSTVCC(RXD)P3.0P1.7(TXD)P3.1P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4(INT0)P3.2P1.3(TNTT)P3.3P1.2(T0)P3.4P1.1(AIN1)(T1)P3.5P1.0(AIN0)-GNDP3.7U123456710AT89C2051+5V2019R55.1KR55.1KR55.1KR55.113gdpDPYAaAbAdpDpyAmber-CAGDS2+5V1T213DIG0G11D

13、IG2DIG3DIG4DIG5DIG6DIG7U22匚67305824sbitTSOR=P1A7;/温度测试端sbitDIN=P1A2;/MAX7219串行数据输入sbitLOAD=P1A1；/MAX7219装载数据输入sbitLCK=P1A0；/MAX7219时钟输入sbitSCL=P3A2;/AT24C32信号线sbitSDA=P3A3;/AT24C32数据线sbitOUT0=P3A4;/控制制冷光耦sbitOUT1=P3A5;/控制加热光耦sbitweidog=P3A7;/看门狗/*A*#defineucharunsignedchau;#defineuintunsigneduint;uc

14、hartemp1,temp2;/温度的整数和小数ucharsetb,sets,setg,setx;/预设定温度的百、十、个位和小数位ucharxianb,xians,xiang,xianx;/显示温度的百、十、个位和小数位ucharadd_1,add_10;/ucharcount;/T0中断计数ucharpid;/PID数值bitoutflag;/升温降温标志位bitalert;/*函数声明*/voidInitInterupt();/*键盘扫描*/ucharkey();/*MAX7219子程序*/voidsend(ucharadd,dat)/*温度传感器子程序voidDelay15();/vo

15、idDelay60();/voidDelay100ms();/voidWrite0TS();/voidWrite1TS();/voidReadTS();/voidResetTS();/voidWriteBTS();/voidReadBTS();/延时15us延时60us延时100ms写DS18B2数据位0写DS18B2数据位1读DS18B2数据位复位DS18B20写1字节读1字节voidInitTS();/初始化DS18B20voidGetTempTS();/读取测得的温度程序Voidcompare();voidmain()uchari,j;ucharaa;/PID值sp=0x50;TSOR=

16、1;/1wire总线释放Delay(500);/延时500msInitInterupt();/初始化中断设置setb=Ox00;sets=Ox02;setg=Ox03setx=Ox05;/预设值23.5Ccount=0;P1=0xff;InitTS();/初始化DS18B20send(Ox0c;Ox01);/send(Ox0b;Ox07);/send(Ox0a;Oxf5);/send(Ox09;Oxff);/while(1)GetTempTS();/i=temp1;if(i=0xianb=i/100;设定停机方式扫描7位亮度等级译码方式读取测得的温度i=100)j=i%100;xians=j/

17、10;xiang=j%10|0x80;xinx=temp2;send(0x01;xianb);/send(0x02;xians);/send(0x03;xiang);/send(0x04;xianx);/显示测得的温度send(0x05;setb);/send(0x06;sets);/Send(0x07;setg);/send(0x08;setx);/显示预设定的温度elsealert=1;警告voidkey();/调按键扫描voidcompare();/调比较程序if(outflag=1)pid=_a_func();/调PID算法for(i=0;i1;i+;elseif(outflag=-1

18、)pid=_a_func();for(i=0;i1;i+;elseOUT0=0;/停止压缩机OUT1=；0/停止电加热初始化中断设置VoidInitInterupt()TOMD=0x21;/TL1=0xFD;/设置波特率TH1=0xFD;/PX0=1;/设置中断优先级EA=1;/中断允许ES=1;/串行通讯中断允许PCON=0;/SCON=0x50;/TL0=0x00;TH0=0x4C;/定时50msET0=1;/TR0=1;/启动定时器0*定时器0中断*/Timer0_process()interrupt0using0EA=0;/关中断TRO=0;/关定时器0TL0=0x00;TH0=0x4

19、C;/重置定时常数定时累计达1.5dcount+;if(count=30)/weidog=0;weidog=1;/输出看门狗信号四、设计小结经过这两周的课程设计，使我受益匪浅，不仅可以巩固了以前所学过的知识，比如一些画电路图的软件：protelse99、visio等等。更复习到了单片机的知识以及C语言而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在设计的过程中遇到的问题，也通过各种方式的查资料以及老师、同学的帮助下一一解决。在这次设计中老师十分关心我们的设计论文，多次提出宝贵的修改意见，给予了我莫大的精神鼓励和技术支持，使我能顺利的完成这次论文的设计。但是也正是通过这次设计我发现我还有许多不足之处

20、,所学到的知识还远远不够,以至于还没能做到最好。对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂C语言的编程等。2 总的来说，这次的课程设计不仅巩固了自己平时学的知识，而且也让自己学到了许多的上课学不到的知识，对自己的专业知识有相当大的帮助！五、参考文献1长德.单片机原理与应用M.：机械工业,1996毅刚等.单片机应用设计M.：工业大学,1997丁元杰.单片微型计算机及其应用M.:机械工业,1994.何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.:航空航天大学，1990.石曙光，石雄武.基于数字PID和数字电位器的恒温控制系统.汉工业学院报，2005,第24卷第1

21、期附录：总原理图J212V3RXDTXDPCDB92183780515948C80.1uFC310UFVCCR11K1TXD34C40.01C5+10uF5C6+TXD14U6VCCPF1MRWDIWDoPF0GNDRESETMAX813LV+VC1+VC1-V-C2+GNDC2-T1OUTT1INT2OUTT2INR1INR1OUTR2INR20UTMAX232RXD11TXD10uF1Y112MHHZ33pFDSOa10d51e4eabcdU1RST6n7ipC1833pF9105(INT0)P3.2(INT(T0(T1(RXD)P3.0仃XD)P3.1XTALXTALa10de4b9K2

22、0VCC19P1.718P1.617P1.516P1.415P1.3R55.1AAR55.1KR55.1KR55.1KDPYagdpDpyAmber-CAT)P3.3)P3.4)P3.5U2P1.P1.P1.DPY1(AIN10(AIN014112131312DIG2DIG3DIG4GNDP3.7RESETAT89C205108+5V24R?3VoutRES2J3D28LED27CON265R1010k接P3.4330Triac+5VR1510k9AOptoTRIAC74070.01uF12DIG5DIG6DIG7R123.9k9411C1010uFMAX7219CNGIC9I0.1uFR98A7407R154.7KNCNCNCNCVDDNCDQGNDDS18B20360OptoTRIACR1Q1g3Dp-7R16360接P3.5R17330DpyAmber-CAS4OO-S3mS2ModS1koo-+5VDINV+LOADCLKISETDIG0SEGADIG1SEGBDIG2SEGCDIG3SEGDDIG4SEGEDIG5SEGFDIG6SEGGDIG7DOUTSEGDPGNDGND制冷系统5.5K1814aT6-b20.2321*15f17-g22DP1C110.11uFV1220V加热系统1Q2HR183.9kTriac*C12V1220V