基于單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：這次綜合設(shè)計，主要是設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，用STC89C52單片機控制，用智能溫度傳感器DS18B20對溫度進行采集，用LCD1602液晶顯示屏將采集到的溫度顯示出來。系統(tǒng)可以有效的將溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。如果實際溫度超出了控制范圍，則系統(tǒng)會有自動的提示信號，并且相應(yīng)的繼電器會動作。我們的實際生活離不開對溫度的控制，在很多情況下我們都要對我們所處的環(huán)境進行溫度檢測，然后通過一定的措施進行調(diào)節(jié)，從而達到我們自己想要的溫度，使我們的生活環(huán)境更加適宜。關(guān)鍵字：單片機；液晶顯示屏；溫度傳感器；繼電器；提示信號Abstract:Thisintegrateddesign

2、isthedesignofatemperaturecontrolsystem.AsmarttemperaturesensorDS18B20isusedtocollecttemperatureandaLCD1602LiquidScreenisusedtodisplaythecollectedtemperature.ThesystemcontrolledbySTC89C52caneffectivelycontrolthetemperaturewithinthesettinglimits.Iftheactualtemperatureexceedsthesettingrange,thesystemwi

3、llautomaticallygivesignal,andthecorrespondingRelaywilltakerelatedactions.Itisnecessaryforustocontrolthetemperaturebecauseinmanysituationsthetemperaturearoundusisnotproperforus.Soweneedtodetectitandtakesomeactionstoadjustittothetemperaturewewanttomaketheenvironmentaroundusbetter.KeyWords:DS18B20;LCD1

4、602;STC89C52;Relay;Signal引言目前，測控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中起著把關(guān)者和指導(dǎo)者的作用，它從生產(chǎn)現(xiàn)場到各種參數(shù)的獲取，運用科學(xué)規(guī)律和系統(tǒng)工程的做法，綜合有效地利用各種先進技術(shù)，通過自動手段和裝備，使每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，進而保證生產(chǎn)規(guī)范化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，滿足需要，保證安全生產(chǎn)。傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)主要由“測控電路”組成，所具備的功能較少，也比較弱。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變化，即采用微型計算機作為測控系統(tǒng)的主題和核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)測控系統(tǒng)的常規(guī)電子線路，從而成為新一代的微機化測控系統(tǒng)。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是

5、其中的C51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運算精度，推動了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會.而今，空調(diào)等家用電器隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高越來越普及，一個簡單，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)能更好的適應(yīng)市場。為了滿足當(dāng)前社會市場需求，我設(shè)計了此溫度控制系統(tǒng)，以STC89C52為核心，以及液晶顯示器，電磁繼電器，電阻，按鍵等元件作為輔助，以電路分析作為理論指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)，設(shè)計出此系統(tǒng)，將被控對象的溫度控制在一定的

6、范圍內(nèi)，通過液晶顯示器直觀的顯示出來，并且通過發(fā)光二極管，蜂鳴器等不同的信號告訴我們現(xiàn)在的溫度在什么范圍內(nèi)，以便于我們做出相應(yīng)的處理措施。1設(shè)計方案及原理1.1系統(tǒng)總體的設(shè)計方案首先由智能傳感器(DS18B20)采集到溫度,通過單片機的P3.7口將采集到的數(shù)據(jù)信息輸送到單片機中，經(jīng)過微處理器對其進行運算，并且和設(shè)定的值進行比較然后根據(jù)比較的結(jié)果,即根據(jù)溫度信號所在的范圍,微處理器執(zhí)行相對應(yīng)的操作由于我們所處的環(huán)境對溫度的這個系統(tǒng)還具有溫度范圍調(diào)節(jié)功能。例如：若檢測到的溫度在最高溫度和最低溫度之間,則黃燈亮,若檢測到的溫度比最低溫度低則綠燈閃爍,蜂鳴器發(fā)出聲音,繼電器閉合開始加熱,若檢測到的溫度

7、高于最高溫度,則紅燈閃爍,并且蜂鳴器發(fā)出警報。1.2系統(tǒng)組成框圖本系統(tǒng)組成主要有以下部分：溫度采集部分、數(shù)據(jù)運算處理部分、溫度顯示部分以及相應(yīng)的提示信號部分。圖1總體結(jié)構(gòu)圖1.3系統(tǒng)原理組成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這個智能溫度控制系統(tǒng)由溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度比較模塊、處理模塊等四大模塊組成。系統(tǒng)具體運行過程如下：首先由智能溫度傳感器DS18B20從外界環(huán)境中采集到被測溫度信號，將此信號發(fā)送到STC89C52單片機,然后單片機執(zhí)行相應(yīng)的指令，使繼電器，發(fā)光二級管，蜂鳴器做出相應(yīng)的動作。2硬件設(shè)計此系統(tǒng)的硬件電路包括以下部分，STC89C52單片機、LCD1602液晶顯示屏、DS18B20、蜂鳴器、發(fā)

8、光二極管、電磁繼電器、加熱裝置、電阻、直流電壓源、貼片按鍵以及晶振、導(dǎo)線等部分組成。系統(tǒng)總體來說由四大部分構(gòu)成：溫度范圍設(shè)定，溫度采集，數(shù)據(jù)處理，溫度顯示，處理機構(gòu)等。最初溫度范圍設(shè)定在軟件中，但是可以通過按鍵對其進行調(diào)整。溫度采集采用的是溫度智能傳感器(DS18B20)，這個智能傳感器和單片機接口只需要一個I/O口，硬件電路連接比較方便，并且具有極強的抗干擾糾錯能力。數(shù)據(jù)處理采用的是STC89C52單片機，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時，綠燈會閃爍，并且蜂鳴器發(fā)出響聲，繼電器會閉合，進行加熱；當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時，紅燈會閃爍，蜂鳴器發(fā)出警報；當(dāng)溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時，黃燈亮。溫度顯示采用的是1602液晶顯

9、示器。顯示器上會顯示出當(dāng)前溫度、最高溫度、最低溫度。圖2晶振電路：為單片機提供時鐘信號圖3復(fù)位電路ioo1kC3|L15V原理：當(dāng)單片機P2.4引腳輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，則繼電器線圈中會有電流流過，電流會產(chǎn)生電磁場，在電磁場的作用下，開關(guān)會被吸合。當(dāng)P2.4為高電平時，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，則線圈中沒有電流流過，因此開關(guān)因失去磁場的吸合力而斷開。繼電器電路中二極管的作用：由于當(dāng)P2.4由低電平突然變?yōu)楦唠娖綍r，繼電器線圈中的電流會突然消失，根據(jù)電磁感應(yīng)原理以及楞次定理，線圈兩邊會產(chǎn)生一個瞬時的反向高壓，為了防止線圈產(chǎn)生的瞬時高電壓形成閉合回路，產(chǎn)生大電流，因此，在中間加一個反向二極管，起到抑

10、制反向電流的作用。D1圖5溫度范圍指示燈依次為綠、紅、黃原理：當(dāng)P1.0為低電平時，三極管導(dǎo)通，則蜂鳴器中有電流流過，因此蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)P1.0為高電平時，三極管截止，蜂鳴器由于沒有電流通過，因此停止發(fā)聲。U2VCCDQGND/3*i1210k1DS18B20圖7溫度傳感器電路原理：DS18B20在出廠時默認(rèn)配置為十二位，其中最高位是符號位，因此溫度值共11位，單片機在讀取數(shù)據(jù)時，一次會讀2字節(jié)共十六位，讀完后將低11位的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)再乘以0.0625便為所測的真實值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。前五位數(shù)字是符號位，這五位同時變化，我們只需要判斷11位就可以了。前五位為1時，讀取溫度

11、為負(fù)值，則測量到的數(shù)值需要求出補碼（求反加一），再乘以0.0625才得到實際溫度值。前五位為0時，讀取溫度為正值，只要將測得數(shù)值乘以0.0625即可得到實際溫度值。LCD1LM016LillDDDDDDDD12345678911234圖8顯示部分原理：此溫控系統(tǒng)的顯示采用的是LCD1602液晶顯示器，各個引腳的功能和作用如下：VSS連接電源地，VDD連接電源正極，VO是液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端,RS是數(shù)據(jù)/命令選擇端，RW是讀寫選擇端，E是使能信號端。D0D7是數(shù)據(jù)端。通過RS確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。寫命令包括液晶光標(biāo)顯示不顯示、光標(biāo)閃爍不閃爍、需不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指

12、要顯示什么內(nèi)容。讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。將數(shù)據(jù)或命令送達數(shù)據(jù)線上。給E一個高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶顯示器，完成寫操作。圖9按鍵電路圖原理：由電路圖可知某個按鍵被按下的標(biāo)志是這個按鍵所對應(yīng)的引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖?。因此，微處理器只需要檢測Pl.2、P1.3以及P1.4的電平變化然后經(jīng)過去抖動后，若對應(yīng)的引腳依然為低電平，則表示此鍵被按下。若電平由低變成高，則表示按鍵彈起。3軟件設(shè)計開始1r獲取溫度1r溫度顯示1判斷按理;二;丄YF去抖1r再次判斷qiYT調(diào)節(jié)設(shè)定值1T溫度比較1r相應(yīng)提示動作3結(jié)束4系統(tǒng)仿真及調(diào)試我的程序是在KeilC軟件中編寫的，經(jīng)過在軟件中不斷地調(diào)試，修改，最終

13、終于編譯通過。編譯通過后，生成hex文件。然后打開Proteus軟件，將生成的hex文件下載到單片機中，液晶顯示屏上就顯示出了如圖所示的效果。由于測到的溫度是四十五度，而設(shè)定的范圍是四十度到九十度，因此實際檢測到的溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)，自己期望的效果是液晶屏上顯示最高溫度、最低溫度、測到的實際溫度，并且黃色的發(fā)光二極管發(fā)光。從仿真結(jié)果來看，實際效果達到了自己所期望的效果。LCD1LM016L圖10系統(tǒng)仿真結(jié)果總結(jié)本次單片機課程設(shè)計一共是兩周的時間，在這忙碌的兩周時間，我學(xué)到了很多東西?，F(xiàn)在依然記得很清楚當(dāng)時剛剛拿到題目時的那種茫然，感覺題目有一定的難度，而自己卻無從下手，不知道從什么地方開始

14、做起。在高老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，我那種消極的情緒漸漸的消失了，漸漸的明白了應(yīng)該去做哪些準(zhǔn)備工作，應(yīng)該去查閱哪方面的資料。就這樣我又重新找回了自己的自信心，開始通過網(wǎng)絡(luò)和書籍查找自己所需元件的特性和使用方法。查清楚所需要的元件資料大概花費了四天的時間，我便開始設(shè)計自己的電路圖，搭建電路圖可不是一件容易的事，不過在同學(xué)和老師的幫助以及自己的努力下，大概花了一天的時間，我的電路設(shè)計圖就完成了。接下來的主要任務(wù)就是根據(jù)自己的電路編寫程序，如果說設(shè)計電路不容易，那么編寫程序我就只能用“非常難”這三個字來形容了。由于我們上學(xué)期學(xué)的是匯編語言單片機，而我自己之前自學(xué)過C語言單片機，對于我自己來說，我感覺用C語

15、言來編寫比較方便一些，于是，我便開始了自己的編程。編程需要耐心，因為我們編寫出來的程序難免會有錯誤之處，在編譯時不能通過，因此需要不斷地去調(diào)試，直到編譯通過為止。經(jīng)過幾天反復(fù)的編寫，在軟件中編譯調(diào)試，糾錯，最終編譯結(jié)果終于通過。接下來就是仿真了，需要在Proteus中將自己的硬件電路和軟件結(jié)合起來，看能不能達到自己預(yù)期的效果。第一次仿真時，非常期待結(jié)果馬上就能出現(xiàn)，并且能夠達到預(yù)期的效果?？墒乾F(xiàn)實和期待值總是存在一定的差距。電路圖難免會出現(xiàn)連接失誤，連接不完全等等之類的問題，經(jīng)過我的努力修改，最終我的電路終于達到了我預(yù)的期望值，當(dāng)我看到液晶顯示屏上的結(jié)果，發(fā)光二級管閃爍，以及繼電器，蜂鳴器按照

16、我的要求動作時，我的心中有說不出的高興和愉悅。通過這次的課程設(shè)計，我懂得了如何將自己學(xué)過的東西用于實踐，即理論和實踐相結(jié)合。增強了我和同學(xué)之間的互動能力，使我能夠更好地和各個班的同學(xué)相互交流，相互學(xué)習(xí)共同進步。在以后的學(xué)習(xí)中，我會更加努力，堅持理論和實踐相結(jié)合的思想，去探索，去追求。參考文獻1 王振紅綜合電子技術(shù)與實踐M北京:清華大學(xué)出版社,2005.2:28-33.2 梅麗鳳單片機原理及接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2006.8:63-72.3 徐愛華單片機應(yīng)用技術(shù)教程M機械工業(yè)出版社,2003.7:128-156.4 謝宜仁，謝東辰單片機實用技術(shù)問答M.人民郵電出版社,2003.2:2

17、35-269.何立民單片機應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.10:20-35.6郭天祥.51單片機C語言教程M電子工業(yè)出版社,2009.1:343-349.附錄源程序代碼：#include#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitcgq=P3人7;/18B20接口sbitd1=P2A0;/高于上限時，紅燈閃爍sbitd2=P2A1；/低于下限溫度時，綠燈閃爍sbitd3=P2A2;/黃燈正常時發(fā)光sbitfeng=P1A0；/不在正常范圍內(nèi)時蜂鳴器響sbitsw=P2A4;當(dāng)?shù)陀谙孪?/p>

18、時，繼電器吸合，升溫開始工作sbitrs=P2A6;/1602控制位選擇sbitrw=P2A5;sbiten=P2A7;bitflag;bitflag_f;chartemph,templ;/上限溫度下線溫度變量定義ucharcodetable1=CT:C;ucharcodetable2=H:+90.0L:+40.0;charhf=+,hs=9,hg=0,hd=0,lf=+,ls=4,lg=0,ld=0;溫度調(diào)整全局變量voiddelayus(uintus)/延長時間為11*us+3微秒while(-us)_nop_();voiddelayms(uintms)/延時函數(shù)1秒uintx,y;for

19、(x=ms;x0;x-)for(y=0;y110;y+);voidlcd_write_com(ucharcom)/寫扌旨令delayms(5);維持信號穩(wěn)定rs=0;rw=0;en=0;delayms(1);en=1;P0=com;en=0;voidlcd_write_date(uchardate)/寫數(shù)據(jù)delayms(5);維持信號穩(wěn)定rs=1;rw=0;en=0;delayms(1);en=1;P0=date;en=0;rs=0;voidlcd_init()液晶初始化uchari;delayms(15);lcd_write_com(0x38);delayms(5);lcd_write_c

20、om(0x38);delayms(5);lcd_write_com(0x38);delayms(1);lcd_write_com(0x01);delayms(1);lcd_write_com(0x06);delayms(1);lcd_write_com(0x0f);delayms(1);lcd_write_com(0x80);delayms(1);for(i=0;i14;i+)lcd_write_date(table1i);delayms(1);lcd_write_com(0x80+0x40);for(i=0;i17;i+)lcd_write_date(table2i);delayms(1);

21、voidds18b20_init()/18B20初始化ucharx;cgq=1;delayus(8);cgq=0;delayus(50);cgq=1;delayus(20);x=cgq;delayus(5);voiddsl8b20_write_date(uchardate)/向DS18B20中寫入一個字節(jié)uchari;for(i=0;i=1;delayus(5);uchards18b20_read_date(void)從18B20中讀出一個字節(jié)uchari,date;TR0=0;for(i=0;i=1;cgq=1;if(cgq)date|=0x80;delayus(5);TR0=1;retur

22、ndate;voidds18b20_start()啟動溫度轉(zhuǎn)換ds18b20_init();ds18b20_write_date(0xcc);跳過讀取序列號ds18b20_write_date(0x44);啟動溫度轉(zhuǎn)換delayus(200);uintds18b20_temperature(void)讀取溫度uchara;uintb,t;ds18b20_init();ds18b20_write_date(0xcc);跳過讀取序列號ds18b20_write_date(0x44);啟動溫度轉(zhuǎn)換delayus(200);ds18b20_init();ds18b20_write_date(0xcc)

23、;ds18b20_write_date(0xbe);讀取溫度寄存器，共九個節(jié)a=ds18b20_read_date();b=ds18b20_read_date();b=10)hs=0;lcd_write_date(hs+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+3);if(k=3)hg+;if(hg=10)hg=0;lcd_write_date(hg+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+4);if(k=4)hd+;if(hd=10)hd=0;lcd_write_date(hd+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+6);if(k=

24、5)if(lf=+)lf=-;elself=+;lcd_write_date(lf);lcd_write_com(0x80+0x40+11);if(k=6)ls+;if(ls=10)ls=0;lcd_write_date(ls+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+12);if(k=7)lg+;if(lg=10)lg=0;lcd_write_date(lg+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+13);if(k=8)ld+;if(ld=10)ld=0;lcd_write_date(ld+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+16);if(k3=0)delayms(10);if(k3=0)while(!k3);delayms(10);if(k=1)if(lf=+)lf=-;elself=+;lcd_write_date(lf);lcd_write_com(0x80+0x40+2);if(k=2)hs-;if(hs0)hs=9;lcd_write_date(hs+0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+3);if(k=3)hg-;if(hg0)hg=9;lcd_write_date