第一組_溫度控制設(shè)計(jì)報(bào)告

1、溫度控制系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)采用一塊單片機(jī)（AT89C52）作為溫度控制系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)人工設(shè)定溫度，自動控制溫度，顯示水室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，自動控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，人工控制電機(jī)轉(zhuǎn)速等功能。室溫測試方式采用 DS18B20 溫度傳感器感知室內(nèi)的溫度，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號直接送給單片機(jī)，同時(shí)用數(shù)碼管動態(tài)顯示室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，最小區(qū)分溫度 0.1 ，同時(shí)數(shù)碼管動態(tài)顯示水的實(shí)時(shí)溫度。采用鍵盤掃描方式對目標(biāo)溫度（2030）進(jìn)行人工設(shè)定，并用數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度。同時(shí)系統(tǒng)還通過分立器件電路控制直流電機(jī)的導(dǎo)通，關(guān)閉及其轉(zhuǎn)速，達(dá)到轉(zhuǎn)速隨著溫度的變化而變化。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動控制 單片機(jī) 溫控 直流電機(jī)目錄1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì) .21.1 設(shè)計(jì)要求.21.2 系統(tǒng)基本方案.22 單元電路的設(shè)計(jì)單元電路的設(shè)計(jì) .42.1 溫度采集、溫度設(shè)定及復(fù)位電路的設(shè)計(jì).42.2 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì).52.3 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì).63 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) .63.1 程序設(shè)計(jì)功能說明.63.2 程序流程圖.73.3 源程序.74 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 .75 結(jié)束語結(jié)束語 .7參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .8附錄附錄 .8附錄 1.8附錄 2.121 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1.1.1 基本要求基本要求（1）該系統(tǒng)具有自動和手動控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，顯示的溫度的最小區(qū)分度為 0.1。（3）系統(tǒng)

3、可以人工設(shè)定溫度，最小區(qū)分度為 1。（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用 12V 的直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。1.1.2 發(fā)揮部分發(fā)揮部分（1）采用報(bào)警裝置，檢測溫度傳感器的好壞。（2）溫度控制的靜態(tài)誤差0.2。（3）手動切換控制數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度。1.2 系統(tǒng)基本方案系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為控制器模塊，溫度測量模塊，電機(jī)控制模塊，顯示模塊。模塊框圖如圖 1.2.1 所示。為了實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。1.2.1 溫度控制的基本方框圖溫度控制的基本方框圖溫度傳感器DS18B20單片機(jī)AT89S52數(shù)碼管顯示控制電路被控對象（電機(jī)）人工控制 圖 1.2.11.2

4、.2 各模塊的方案選擇和論證各模塊的方案選擇和論證（1） 控制器模塊方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA 可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以利用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA 采用并行的輸入方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。但是由于本設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高，F(xiàn)PGA 高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的操作。方案二:采用

5、 ATMEL 公司的 AT89C52 作為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉等有點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。綜上所述，選擇方案二，采用單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。（2）溫度測量模塊 方案一：采用單總線可編程溫度傳感器測溫度。DS18B20 數(shù)字可編程溫度傳感器可測溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5?？删幊痰姆直媛蕿?912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最

6、多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。另外該器件與單片機(jī)的接口電路簡單，編程也容易實(shí)現(xiàn)。方案二：采用集成模擬溫度傳感器。集成溫度傳感器 LM35 靈敏度為 10mV 每攝氏度，常溫下測量精度為5以內(nèi)，消耗電流最大也只有 70UA,自身發(fā)熱對測量精度的影響也只在0.1以內(nèi)，因此基本上能滿足我們的設(shè)計(jì)需要。而且，該器件連接電路簡單，不需要編程，傳感器輸出的模擬信號直接交給 AD 轉(zhuǎn)換器處理，也易于實(shí)現(xiàn)。綜上所述，選用方案一，利用 DS18B20 溫度傳感器測量室內(nèi)溫度。（3

7、）電機(jī)控制模塊方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD0832 控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度值送出相應(yīng)數(shù)字量到AD0832，由 AD0832 產(chǎn)生模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而配合無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)溫控時(shí)的自動無級風(fēng)力調(diào)節(jié)。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)也能無級調(diào)速，但是 D/A 轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。方案二：采用分立器件控制，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度值在相應(yīng)管腳送出高/低電平，即 PWM 脈沖波，同時(shí)通過編程自動控制 PWM 脈沖波的脈寬，進(jìn)而通過光耦隔離器件，三極管的放大控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該方案接入電路簡單，所需器件比較常見，易于實(shí)現(xiàn)。綜上所述，選用方案二，采用分立器

8、件控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（4）顯示模塊方案一：使用液晶顯示屏顯示水溫。液晶顯示屏（LED）具有輕薄短小，低耗電量，無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但是由于只需顯示溫度這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用比較多，而且其成本也比較高。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。傳統(tǒng)數(shù)碼管具有：低能耗，低損耗，壽命長，防火，防潮，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)等優(yōu)勢。同時(shí)數(shù)碼管采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯簡單，資源占用比較少。綜上所述，選擇方案二，采用數(shù)碼管動

9、態(tài)顯示溫度，節(jié)省了內(nèi)部資源。2 單元電路的設(shè)計(jì)單元電路的設(shè)計(jì)2.1 溫度采集、溫度設(shè)定及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)溫度采集、溫度設(shè)定及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)這一部分主要是由 DS18B20、五個(gè)按鍵、一個(gè)電解電容和相應(yīng)的電阻等構(gòu)成。溫度采集電路主要是由 DS18B20 構(gòu)成，它可以把采集的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過單片機(jī)處理后輸出送數(shù)碼管顯示。溫度設(shè)定主要是通過按鍵 S2、S4、S5 來設(shè)定的，按鍵 S2、S4、S5 分別接入單片機(jī)的 P3.2、P3.4、P3.5 腳。S3 是設(shè)定調(diào)速鍵，用于對電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)按下 S2 后，按下 S4，數(shù)碼管顯示的設(shè)定溫度值可以加 1，按下 S5，設(shè)定溫度值可以減1。當(dāng)

10、按下 S3 后，按下 S4，電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，按下 S5，轉(zhuǎn)速減小。電路如 2.1.1 圖所示。 圖 2.1.12.2 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)顯示部分包括： 3 個(gè)八段（共陰）數(shù)碼管、2 個(gè) 74HC573 等。其連接方式如下：應(yīng)用單片機(jī) P1 口連接八段數(shù)碼管，用 P1 口的 P1.0-P1.7 作為數(shù)碼管的段選信號輸出端口。顯示的數(shù)據(jù)通過鎖存器送給數(shù)碼管顯示，通過 P2 口的 P2.1 和 P2.2 分別對鎖存器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制數(shù)碼管的位選信號。其間斷時(shí)間十分短，掃描周期在 20ms 以下，利用人眼視覺暫留，我們基本看不出它們的閃爍。其電路如圖 2.2.1 所示。 圖 2

11、.2.12.3 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)接受 DS18B20 溫度傳感器輸入的數(shù)字信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理和運(yùn)算，以控制控制電流或者控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路。單片機(jī)通過編程控制 P2.3 口輸出一定周期的 PWM 脈沖波，脈沖波的占空比是隨著實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度的差值變化而變化，占空比越大，被控對象電機(jī)的轉(zhuǎn)速越大。電路如圖 2.3.1 所示。圖 2.3.13 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用 C 語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在 Window XP 環(huán)境下采用 Keil uision 2 軟件進(jìn)行編寫的。3.1 程序設(shè)計(jì)功能說明程序設(shè)計(jì)功能說明程序

12、實(shí)現(xiàn)的功能是上電復(fù)位時(shí)檢測溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當(dāng)不存在或工作不正常時(shí)從蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲,提示用戶檢查DS18B20,安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復(fù)位與檢測子程序RESET完成。當(dāng)檢測到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令及讀取溫度值命令，將從DS18B20讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在LED上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序?qū)崿F(xiàn)。在溫控自動狀態(tài)，本系統(tǒng)可由用戶根據(jù)需要自由設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，從而控制室內(nèi)溫度的上升還是下降，硬件設(shè)計(jì)上為通過3個(gè)按鍵，由按鍵掃描子程序提供軟件支持。按下一次設(shè)置鍵S3，電機(jī)調(diào)速設(shè)置狀態(tài)，此時(shí)按下“加”鍵S4，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，

13、按下“減”鍵S5，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小。按一次設(shè)置鍵S2退出電機(jī)調(diào)速設(shè)置狀態(tài)，進(jìn)入到當(dāng)前溫度設(shè)定狀態(tài)。在當(dāng)前溫度設(shè)定狀態(tài)，按下“加”鍵S4一次,設(shè)定值加“1”，按下“”鍵S5一次，設(shè)定值減“1”.要實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前溫度實(shí)時(shí)的控制電機(jī)的狀態(tài)，需要在程序中不時(shí)的判斷當(dāng)前溫度值是否超過設(shè)定的動作溫度值，此部分功能由比較控制子程序來完成。由于單片機(jī)的工作頻率高達(dá)12MHz，在執(zhí)行程序時(shí)不斷將當(dāng)前溫度和設(shè)定動作溫度進(jìn)行比較判斷，當(dāng)超過設(shè)定溫度值范圍時(shí)及時(shí)的轉(zhuǎn)去執(zhí)行超溫處理和欠溫處理子程序，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)和工作狀態(tài)，進(jìn)而控制電機(jī)實(shí)時(shí)的變動轉(zhuǎn)速的大小。該比較控制程序又由溫度比較程序、超溫處理子程序和欠溫處理子程序構(gòu)成。

14、顯示驅(qū)動程序查詢DS18B20溫度傳感器取得各數(shù)碼管應(yīng)顯數(shù)字，逐位掃描顯示。3.2 程序流程圖程序流程圖主程序和主要子程序的流程圖如附錄1所示。3.3 源程序源程序源程序如附錄 2 所示。4 安裝調(diào)試安裝調(diào)試將本電路用硬件做出來，用編程器將KEIL軟件對源程序編譯生成的.HEX文件燒入AT89C52單片機(jī),將單片機(jī)插入到目標(biāo)板中,連好線。將“控制模式”開關(guān)選擇在“溫控”，打開電源，溫度設(shè)定在28攝氏度，數(shù)碼管正常顯示當(dāng)前的溫度34.5攝氏度，出現(xiàn)超溫狀態(tài)。單片機(jī)執(zhí)行超溫子程序，驅(qū)動電機(jī)工作，并且通過比較控制程序自動控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。按“設(shè)置”鍵及“加”“減”鍵，單片機(jī)中斷程序啟用，進(jìn)入手動控制電

15、機(jī)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)，用書對著DS18B20扇動，顯示溫度逐漸降低，當(dāng)達(dá)到28攝氏度以下時(shí)，電機(jī)停止工作。然后用手握著DS18B20，顯示溫度逐步上升，當(dāng)達(dá)到28攝氏度以上時(shí)電機(jī)再次工作，此調(diào)試過程數(shù)碼管一直顯示室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度和手動設(shè)定的溫度，并且實(shí)時(shí)現(xiàn)實(shí)的溫度最小區(qū)分度為0.1攝氏度。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能。5 結(jié)束語結(jié)束語本設(shè)計(jì)制作完成了題目要求的基本部分的全部要求，發(fā)揮部分的要求，由于時(shí)間和能力有限，在電路中未考慮。在本次設(shè)計(jì)中，遇到了許多突發(fā)事件和各種困難，設(shè)計(jì)制作曾陷入瓶頸，但通過隊(duì)員之間的仔細(xì)分析和自我狀態(tài)的調(diào)整后解決了一些問題。在這個(gè)過程中，我們深刻的體會到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性

16、，提高了分析問題，解決問題的能力。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 羅亞非.凌陽 16 位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003 年2 蘇小林.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.北京:中國電力出版社，2004 年3 劉金琨.先進(jìn) PID 控制及其 MATLAB 仿真M.北京:中國電力出版社，2003 年4 徐建軍.MCS-51 系列單片機(jī)應(yīng)用及接口M.北京:人民郵電出版社，2003 年5 薛鈞義.凌陽十六位單片機(jī)原理M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003 年6 王建華，黃河清.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M. 北京:高等教育出版社,2003 年7 張國范,顧樹生,王明順.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M. 北京：冶金工業(yè)出版社,2

17、004 年8 雷思孝.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004 年9 朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:電子工業(yè)出版社,2001 年10 王衛(wèi)東.模擬電子電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2002 年附錄附錄附錄附錄 1主程序流程圖開始初始化溫度不讀取檢測 DS18B20正常?溫度轉(zhuǎn)換命令讀溫度溫度處理顯示溫度按鍵掃描及處理溫度對比及處理NY 主程序流程圖溫度顯示子程序流程圖取掃描字入口掃描字P1輸出取顯示數(shù)據(jù)查段碼表從 P1 口輸出小數(shù)點(diǎn)處理延時(shí)指向下一位ACC.3=0？P1，P3 復(fù)位返回NY 溫度顯示子程序流程圖鍵盤掃描子程序流程圖 鍵盤掃描子程序

18、流程圖附錄附錄 2源程序#includesbit DQ=P20;sbit dula=P22;sbit wela=P21;sbit pwm=P23;sbit pl=P35;sbit mi=P34;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint she=25;uint aa,bb;uint t=0,flag=0,zd=0;uint code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7c,0 x07,0 x7f,0 x67;uint code table1=0 xbf,0 x86,0

19、xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfc,0 x87,0 xff,0 xe7;void tt( );void keydelay();/void shezhi1();void delayms(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=250;i0;i-);void delayw(uint i) while(i-); void Initw( ) uchar x=0; DQ=1; delayw(8); DQ=0; delayw(80); DQ=1; delayw(4); x=DQ; delayw(20); unsigned char Readw(void)uc

20、har i=0; uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; dat=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0 x80; delayw(4); return(dat);void Writew (uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0 x01; delayw(5); DQ = 1; dat=1; void Readt()uchar temp1,temp2,a=0;uchar b=0;Initw(); Writew(0 xcc); Writew(0 x44); delayw(100); Initw(); Writew(0 xcc); Writew(0 xbe); delayw(100); a=Readw(); b=Readw(); temp1=b4; temp2=a&0 x0f; aa=temp1*0.0625; bb=temp2*0.0625*10; void smg()uint shi,ge,xisu;uint shi0,ge0;wela=0;dula=0;shi=aa/10;g