【毕业论文】通信工程专业论文 基于单片机的温度控制系统WORD档P73

《【毕业论文】通信工程专业论文 基于单片机的温度控制系统WORD档P73》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【毕业论文】通信工程专业论文 基于单片机的温度控制系统WORD档P73（73页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、本科毕业设计（论文）基于单片机的温度控制系统2012年6月本科毕业设计（论文）基于单片机的温度控制系统学 院： 专 业： 通信工程 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 2012.6.17 XX大学毕业设计（论文）任务书学院： 里仁学院 系级教学单位：电子工程系 学号学生姓名XX专 业班 级通信工程4班题目题目名称基于单片机的温度控制系统题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（

2、）自选题目（ ） 主要内容采用单片机技术进行温度控制系统设计，系统采用DS18B20作为温度传感器，LCD1602液晶作为显示模块，以AT89S51单片机为处理器，具有现场温度采集并显示，超过上限报警，超过下限自动加温的功能，并可通过键盘自主设置温度上下限值。基本要求根据设计的要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时（40），打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内。当温度低于设定的温度时（35），打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。同时要求能设定温度。参考资料(1) 单片机C语言与PROTUES仿真技能实训。(2) 单片机应用开发与实践。(3) Protel实用教程。(4

3、) 51单片机应用程序开发与实践。周 次第1 2 周第 3 4 周第5 7周第 8 10周 第11 14 周应完成的内容查阅资料、掌握单片机设计系统方法。学习DS18B20及LCD1602资料。进行系统方案论证。进行系统硬件设计，并绘制原理图。采用C51进行系统软件设计。系统优化。指导教师：职称：教授 2012年 3 月 1 日系级教学单位审批： 2012 年3月 10 日摘要摘要本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。并且从热力学角度对本设计的控制环境进行简单分析，了解温度场进而确定传感器的合

4、理检测位置。文中介绍了该控制系统的硬件部分，其中温度检测电路的检测精度可达到1。温度控制电路由三极管的导通与否来驱动继电器的开关，进而对升降温设备进行控制。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：LCD液晶显示程序、键盘及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。关键词 AT89S51单片机；DS18B20温度芯片；温度控制；键盘和显示IAbstractthis design as the core of the AT89S51 temperature control system of the

5、working principle and design method. Temperature signal chip DS18B20 collection by the temperature, and the way to digital signal transfer to the microcontroller. And from the Angle of the design of thermodynamics this simple control environment analysis, understand the temperature field and then de

6、termine the reasonable detecting position sensor. The paper introduces the hardware part of the control system, including temperature detection circuit detection accuracy can reach 1 . Temperature control circuit of the transistor by conduction or not to drive the relay of the switch, and then to ri

7、se cooling equipment control. SCM through to signal processed, so as to achieve the purpose of temperature control. This paper has mainly introduced the software design part, here the modularized structure, main module has: LCD display, keyboard and a key program procedures, temperature signal proce

8、ssing program, relay control procedures, super temperature alarming program.Keywords AT89S51 Monolithic Integrated Circuit；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Keyboard and Demonstration目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 目的及意义21.1.2 内容及其要求2第2章 方案论证42.1 题目分析42.1.1 对浴室环境的设定42.1.2 浴室温度场分析52.

9、1.3 整体工作原理92.2 温度传感器的选择112.2.1 采用模拟集成温度传感器112.2.2 采用数字单片智能温度传感器122.3 显示器的选择132.3.1 LED显示器132.3.2 LCD液晶屏132.4 核心芯片的选择142.4.1 采用凌阳单片机142.4.2 采用AT89S51单片机142.5本章小结21第3章 系统的硬件设计223.1 系统的设计223.2 温度传感单元设计233.3 温度控制单元的设计253.4 键盘单元的设计273.5 显示单元的设计273.6 本章小结28第4章 系统的软件设计304.1 系统程序结构304.2 系统软件流程304.3 本章小结31结论

10、33参考文献35致谢36附录137附录242附录346附录451附录56435第一章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度

11、高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活、医疗、工业生产等方面的温度测量及控制。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数

12、字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测室内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。1.1.1 目的及意

13、义 随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机AT89S51设计了温度实时测量及控制系统。单片机AT89S51能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是在工农业生产过程中一个很重要而且很普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用、由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术的发展和生产的不断发展，

14、温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度，控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控制参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可以广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭试问测量及工业设备测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术原件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。1.1.2 内容及其要求 (1) 内容 本次的毕业设计的题目是基于单片机的温度

15、控制系统。它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用于电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点1。本设计主要介绍了对浴室温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。浴室温度的控制部分，提出了用DS18B20、AT89S51单片机及LCD的硬件电路完成对室温的实时监测及显示，利用DS18B20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热暖灯的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。(2) 要求 具体指标要求正常工作温度范围为3540，温度误差为1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个

16、16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU

17、的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位14。AT89S51引角功能说明Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉

18、电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表2-1为P1口第二功能。表2-1 P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在

19、上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访问位地址的外部数据存储器（如执行：MOVX Ri 指令）时，P2口线上的内（也即特殊功能寄存器，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2也接收高位地址和其它控制信号。）P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流I。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，P3口的第二功能如下表2-2。表2-2 P3口的第二功能端口功能第二

20、功能端口引脚第二功能RXD（P3.0）串行输入口T0（P3.4）定时/计数器0外部输入TXD（P3.1）串行输出口T1（P3.5）定时/计数器1外部输入INT0（P3.2）外中断0WR（P3.6）外部数据存储器写选通INT1（P3.3）外中断1RD（P3.7）外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡工作时，RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位。WDT益出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用

21、于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目地，要注意的是：当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位禁位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚伎被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，高有两次有

22、效的PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU访问外部程序存储器（地址0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。AT89S51单片机内部构造及功能：中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。图2-7为AUXR辅助寄存器。图2-7 AUXR辅助寄存器双时钟

23、指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器，提供了两个16位数据指针寄存储器：PD0位于SFR区块中的地址82H、83H和DP1位于地址84H、85H，当SFR中的位DPS=0时选择DP0,而DPS=1时选择DP1。在使用前初始化DPS。图2-8 双时钟指针寄存器电源空闲标志：电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4），电源打开时POF置“1”，它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。程序存储器：如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外

24、部存储器。在AT89S51，假如接至Vcc（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。看门狗定时器（WDT）：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，必按顺序将01H和0E1H写到WDTRST寄存器，当启动了WDT

25、，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。引脚图详见图2-9。图2-9 AT89S51单片机引脚图2.5本章小结本章我对课题进行方案分析，对比各种选择的优缺点，并最终选定合适的器件。尤其要说明的是对浴室环境的设定，在不考虑物体反射等原因的情况下，浴室视为封闭的具有单点热源的辐射模型。第3章 系统的硬件设计第3章 系统的硬件设计3.1 系统的设计 目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。其应用特点是：（

26、1） 全部I/O口线均可供用户使用。（2） 内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。（3） 应用系统开发具有特殊性。图3-1 最小系统图单片机最小系统如图3-1所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的

27、自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的，我们选用时钟频率为12MHz，C1取47f。3.2 温度传感单元设计 DS18B20的性能特点：(1)采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输

28、出被测温度值（9位二进制数，含符号位）。(2)测温范围为-55+125，测量分辨率为0.0625。(3)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM。(4)适配各种单片机或系统机。(5)用户可分别设定各路温度的上、下限。(6)内含寄生电源。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图3-2所示。 图3-2 DS18B20管脚图在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片

29、机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。我们采用的是第一种连接方法，如图3-3所示：把DS18B20的数据线与单片机的13管脚连接，再加上上拉电阻。图3-3 温度传感电路图DS18B20有六条控制命令，如表3-1所示：表3-1 DS18B20控制命令指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20

30、发送电源供电方式的信号给主CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。3.3 温度控制单元的设计实际电路如图3-4所示,通过键盘设定温度的上下限。把实际测量的温度和设定的上下限进行比较,来控制P0.0、P0.1、P0.2端口的高低电平。把P

31、0.0、P0.1、P0.2端口分别与三极管的基极连接来控制温度和报警。当测量的温度超过了设定的最高温度，P0.0由高电平变成低电平，就相当于基极输入为“0”，这时三极管导通推动小风扇和控制电路工作，反之当基极输入为“1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。只要控制单片机的P0.0、P0.1、P0.2口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。单片机通过三极管控制继电器的通断，最后达到控制电热器的目的。当温度未达到要求时，单片机发送高电平信号使三极管饱和导通，继电器使电源与电热器接通，电热器加热，温度慢慢升高。图3-4 温度控制电路当温度上升到预定温度时，单片机发送低电平信号三极管进入截止状态

32、，继电器的弹片打到另一侧，使电热器与电源断开，电热器停止加热。继电器电路中有一个三极管8050的保护电路，即将一个二极管反向接到三机管的两端。连接方法如图3-5所示。图3-5 单片机控制信号3.4 键盘单元的设计如图3-6所示，用AT89S51的并行口P1接独立式键盘独立式按键的电路配置灵活，软件简单。但是每个按键需占用一根输口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场所。以下为键盘电路：图3-6 键盘电路此为查询方式的独立式按键工作电路，按键直接与8051的I/O口线相接，通过读I/O口线，判断I/O口线的电平状态，即可识别出按下的按键

33、。键开关状态的可靠输入：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。3.5 显示单元的设计液晶显示器是一种将液晶显示器件、连接器件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构器件装配在一起的组件。根据显示内容和方式的不同可以分为、数显LCD、点阵字符LCD、点阵图形LCD在此设计中我们采用点阵字符LCD，这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块。1602采用标准的14脚接口，其中第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚。