本科毕业论文-基于89c52单片机的温度控制系统设计

山东英才学院本科生毕业设计（论文）山东英才学院毕业设计（论文）题目基于89C52单片机的温度控制系统学生姓名学院机械设计制造及自动化工程学院专业电气工程及其自动化学号指导教师年月日目录摘要1ABSTRACT21绪论311概述312温度控制的发展与现状313本文主要工作及章节安排5131本文主要工作5132章节安排52系统总体设计方案721系统性能要求及特点7211系统性能要求7212系统特点722系统硬件方案分析723系统软件方案分析83硬件设计1031系统硬件总体结构1032主控模块器件选型及设计11321单片机的选用11322单片机介绍11323主控模块设计1333温度采集模块的选型及设计13331温度传感器的选用13332温度传感器介绍14333温度采集模块设计1634电源电路1735按键电路1736显示电路1837蜂鸣器报警电路1938可控硅加热电路2039风扇降温电路214软件设计2341软件的总体设计流程图2342温度采集模块2443显示模块2844按键消抖295实验3151调试环境3152系统调试3553实现功能3854结果分析38结论39参考文献40致谢41附录1系统硬件原理图42附录2设计实物图43附录3软件程序清单44基于89C52单片机的温度控制系统基于STC89C52单片机的温度控制系统摘要随着技术的发展，各类温度控制系统已经被广泛地应用到工农业的生产以及人们的生活当中，它们所检测的温度各不相同，而且还具有一定的滞后性。因此在保证精度的前提下如何快速、有效对待测温度实施检测与控制，是当下人们所关注的一个重要话题。本文研究设计了一种基于单片机的温度控制系统，利用这个系统对待测温度进行实时地检测与控制，主要通过硬件组成、软件设计以及相关接口的连接来实现，通过硬件调试和软件调试得出的数据表明，该系统在0100的温度范围内时，可以快速、有效地对温度进行检测与控制，其控制精度为05。其温度范围是通过按键输入的，这是人机交互的具体体现。本文所阐述的温度控制系统通过合理地设计具有较强的实用性，只需要改变相应得元器件就可以应用到各种温度控制领域中。关键词温度控制；单片机；人机交互89C52MICROCONTROLLERBASEDTEMPERATURECONTROLSYSTEMSTC89C52MICROCONTROLLERBASEDTEMPERATURECONTROLSYSTEMABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFTECHNOLOGY,TEMPERATURECONTROLSYSTEMHASBEENWIDELYAPPLIEDTOVARIOUSINDUSTRIALANDAGRICULTURALPRODUCTIONANDPEOPLESDAILYLIVES,THEYTESTTHETEMPERATUREVARIES,BUTALSOHASACERTAINLAGTHUS,UNDERTHEPREMISEOFENSURINGTHEACCURACYOFHOWFAST,EFFECTIVELYTREATTEMPERATUREDETECTIONANDCONTROLIMPLEMENTATION,ISANIMPORTANTTOPICOFCURRENTCONCERNTHISPAPEREXPOUNDSTHECOMPOSITION,SOFTWAREDESIGNANDRELEVANTINTERFACECIRCUITDESIGNBASEDONMICROCONTROLLERTEMPERATURECONTROLSYSTEMHARDWARE,CONSTITUTEACOMPLETESYSTEMOFTEMPERATURECONTROL,REALTIMEDETECTIONANDCONTROLOFTEMPERATURETOBEMEASUREDBYTHESYSTEMTHROUGHTHEHARDWAREDEBUGGINGANDSOFTWAREDEBUGGINGDATAINDICATESTHAT,THESYSTEMAT0TO100DEGCWHEN,CANQUICKLY,EFFECTIVELYTHETEMPERATUREDETECTIONANDCONTROL,THECONTROLPRECISIONIS05CTHETEMPERATURERANGEISINPUTBYAKEY,THISISTHEEMBODIMENTOFHUMANCOMPUTERINTERACTIONREASONABLEDESIGNWITHSTRONGPRACTICABILITYBYTHETEMPERATURECONTROLSYSTEMDESCRIBEDINTHISPAPER,ONLYNEEDTOCHANGETHECORRESPONDINGCOMPONENTSCANBEAPPLIEDTOVARIOUSFIELDSOFTEMPERATURECONTROLKEYWORDSTEMPERATURECONTROLMICROCONTROLLERHUMANCOMPUTERINTERACTION1绪论11概述温度是一个非常重要的衡量指标，无论是在产品生产还是在化工方面对温度的要求都比较高，只有在所规定的温度范围内才能使这些过程正常进行。比如在测试产品的耐高温程度，那么就需要对温度进行精准的控制，只有这样才能提高产品的性能及质量。不仅如此，温度在人们的日常生活中也变得越来越重要，炎热的夏天人们都喜欢生活在温度较低的环境下，而到了寒冷的冬天人们又都喜欢生活在温度较高的环境下，空调、加热器、冰箱等产品都是适应人们的需要以及社会的发展所研发出来的产品，所以温度成为当今社会研究讨论的一个热门话题。在温度控制系统中，控制的前提是温度的监测，而监测必然离不开温度传感器，目前应用比较完善成熟的温度传感器是热电式温度传感器，它主要包括热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结温度传感器。它们的结构特点如下（1）热电偶该温度传感器是具有简单的结构，使用起来十分方便；在对待测对象进行测量时，其可以达到很高的精度；其测量的温度范围很宽，可以很好地进行远距离的传输并且具有较低的损耗；改温度传感器自带电源，方便特殊场合下的测量。（2）热电阻热电阻测量温度时的稳定性很高，并且其测量时具有很高的精度，在温度要求不高的场合，比较有广阔的应用前景。该温度传感器的缺点就是不能用于较高温度的测量。（3）热敏电阻热敏电阻是由半导体制成的，是一种感温元件，当所测环境的温度变化时，其电阻的阻值也随之发生变化。热敏电阻的体积小并且集成度很高，因此它的灵敏度也很高，同时它可以在较高的温度下进行工作。但是它也存在一些不可避免的缺点，如相同规格产品的性能参数有很大差异，所不能很好的互换。而且其热电特性有很大的非线性，使用起来很大的不便。（4）PN结温度传感器当用该PN结温度传感器进行温度测量时是PN结的结该温度传感器的灵敏度很高，能够适用在各种精密温度的测量。该温度传感器主要是对控制对象进行检测、控制、补偿等操作。PN结温度传感器还能够和电子元器件进行组合用于测量温度。12温度控制的发展与现状随着文明社会的进步以及科研技术的飞速发展，各种控制系统正在向微型化、自动化和智能化方面发展，各种生产和生活都离不开温度的测量与控制，所以目前科研专家正在研究设计更精密的温度测量控制系统，来满足社会各方面的需求。但在当下，理论大于应用，许多比较完善成熟的温度控制系统还停留在理论上，温度测控系统在实际应用当中，精度是其进行控制的前提，在保证精度的前提下如何快速、有效、实时地对温度进行采样，确保相关数据传输的正确性，并能对待测对象进行精确的温度调节，仍然是现代人们需要面临和解决的问题。在对温度进行测量时，按是否接触测温方式主要分为接触式测温和非接触式测温两种方式。发展比较早的是接触式测温，该测温方式具有简单易用、成本低、精度高、稳定性好等优点，能够较为精确地测出待对象所具有的实际温度；由于它和待测对象是相互接触的，那么必然会受到热惯性的影响，那么测量温度的时候其响应所需要的时间会很长，该方式只适用于耐热、不易腐蚀的物体，对耐热性比较小的物体很难对其进行精确的测量。非接触测温方式是通过辐射来实现对温度进行测量的，它不会破坏所测的温度场，可以测量耐热性比较小的物体以及更适合测量运动物体的温度，其测量温度所需要的时间也很短。在对温度进行控制中，根据控制对象的不同主要分为两大类一类是控制变化的温度；另一类是控制恒定的温度。随着现代信息科学新技术的突飞猛进，现代检测技术、传感器应用技术、测控系统应用技术的结合使得温度控制系统的研究趋于更加灵活、方便、高效。为了满足人类的生活要求，很多与新型科技结合的温度控制系统也被科学家们研究出来。如下图11所示为目前较为先进的温度控制系统。用微型化计算机控制系统代替模拟式控制系统是今后科研专家研究的主要方向。这种微型计算机控制系统较以往方式的优越性有很多，如适应能力、简单的操作能力、无噪声污染、精度高、强大的功能等。目前国内温度控制系统的研究与发展，相对于国外而言还存在很大的差距，它们之间主要的差距主要是在控制算法上面，具体表现在国内温度控制系统所测范围有限并且控制精度还比较低，适应环境的能力很差。因此，在以后的发展中，我们需要加大对温度控制系统的研究与设计的力度。图11单片机温度控制系统13本文主要工作及章节安排131本文主要工作（1）在明确设计任务书要求以及所要完成的成果，选择总体设计方案；（2）对系统进行硬件设计，主要包括主控制电路、温度采集电路、可控硅调温电路等的设计；（3）对系统进行软件设计，包括主程序、温度采集程序、显示程序等的设计；（4）对整个温度控制系统进行软件和硬件调试。132章节安排第一章为本研究课题的绪论，对温度进行了整体的概述，阐述了温度控制的发热电偶检测被控对象触发器单板计算机A/D变换器放大滤波D/A变换器电阻丝展与现状，概括的介绍了本文的主要工作及章节安排。第二章为本研究课题的系统总体设计方案，规划出系统总体的设计方案，指出了系统的性能要求及特点，对硬件方案和软件方案进行了合理的分析。第三章为本课题的硬件设计，主要是对各功能模块以及各功能模块的接口线路的连接进行详细的研究与设计第四章为本研究课题的软件设计，主要是对各功能模块进行编程工作，以便在实物中可以实现所要求的功能。第五章为本课题的实验调试，主要是对程序的调试与修改，并且把调试好的程序下载到51开发板上，通过具体的实物可以更好地观察其所能够实现的功能，同时也可以进行相应的结果分析。最后为本课题研究的总结部分，主要是对本课题设计的整体性的评价，以及自己在设计中的感受。2系统总体设计方案本文要求设计一个温度智能控制系统，只有在系统总体设计方案确定的情况下，才能合理有序、主次分明的进行详细的研究与设计。本系统要求设计一个基于89C52单片机的温度控制系统，那么我们应该首先确定控制模块所用到的单片机，温度控制系统必然离不开温度的检测，那么就要选择符合本系统要求的以及能更好地实现温度采集与转换功能的温度传感器，然后用该温度传感器实时检测待测对象的温度，然后转换成数字信号传送给单片机，在显示屏上显示所测得的温度进而驱动报警电路和加热电路或者放热电路工作。从而达到本课题设计所要求的对温度的智能控制。21系统性能要求及特点211系统性能要求（1）该温度控制系统可以用四位LED显示器显示0100温度值；（2）该温度控制系统可以通过键盘人为的预置温度的上限和下限，并且系统能够通过加温或降温自动将温度调节到所设定的范围内；（3）该温度控制系统可以利用可控硅对温度进行调节；（4）该温度控制系统要求为其闭环控制系统；（5）该温度控制系统要求其控制精度为05。（6）该系温度控制系统要求用PROTEL绘出温度智能控制系统电路图,完成主电路、控制电路元器件参数选择以及控制精度计算分析。根据需要来选择图样大小。212系统特点根据系统性能要求可以看出，该温度控制系统应该能够实时检测与控制温度并且具有精度高、体积小、易操作、成本低等特点，因此本系统的硬件设计有如下特点本系统的主控制单元主要以STC89C52单片机为控制核心，该单片机在进行控制的时候具有响应时间短、运行速度快的优势，同时该单片机具有丰富的内部资源及众多引脚方便功能扩展，完全可以实现本系统的控制要求。根据测温范围，该温度控制系统选择DS18B20进行温度采集，由于该温度传感器输出的直接是数字信号，不需要A/D转换器等转换元件，节省了内部资源的占用空间，同时也减少了传输过程中的损耗和时间，在很大程度上提高了温度测量的精度。为了使硬件系统更加趋向简单化，加热模块利用双向可控硅输出，不需要D/A转换这一环节。为了提高该温度控制系统的通用性，主要芯片都是选择典型、常用的芯片，为能够应用到各个领域打下了良好的基础。22系统硬件方案分析温度控制系统的硬件电路大多采用模拟控制电路和单片机控制电路两种形式。模拟控制电路主要由模拟集成电路、运算放大器、电容和电压比较器等组成。它能够实时地对系统进行控制，并且该系统的响应速度很快。在自动控制系统中，系统采集信号的速率越快越好，这样样有利于提高系统的稳定性和测量精度，同时，信号的采集速率与控制系统的响应特性有关。除此之外，模拟控制电路要想实现高精度的测量与控制，那么就得依赖于复杂的算法设计，这种算法及其复杂，在短时间内很难实现其精确的控制。单片机控制电路，顾名思义其核心器件就是单片机，在结构上它把中央处理器（CPU）、输入接口和输出接口电路等功能集成在一块超大规模集成电路芯片上，计算机所拥有的功能模块它都有，简单的说就是一个微型计算机。在控制功能方面，因为单片机具有非常丰富的指令，而且还具有非常强大的拓展功能，因此可以满足工农业的生产以及人们的生活需求，单片机的运行速度也非常的快，除此之外它还具有简便易携带、成本较低、性价比高、损耗较低以及正常工作对电压的要求比较低等特点。利用单片机进行系统设计，具有简单、易操作等功能，使系统内部功能模块得到充分利用，其控制算法是利用软件编程实现的，可以在很大程度上提高了系统的性能。综上分析与论证，该系统选择单片机控制电路对温度控制系统实施控制。通过单片机控制系统的硬件设计与软件调试，设计出一个精度高，并且能够实时对温度检测与控制的温度系统。23系统软件方案分析温度的实时检测与控制并不是连接好接口电路就能实现的，还要需要给其提供控制程序，就像人一样，不仅仅有躯体，还要有思想。因此，软件是整个控制系统的灵魂。所以在进行软件编程时要遵循以下几点（1）在精度方面精度是一个控制系统的前提保证，只有在保证精度的前提下才能使后面的过程顺利进行。精度的提高主要是通过软件编程实现的，所以我们要合理地进行软件编程。（2）在响应速度方面一般情况下控制系统都会要求能够实时、快速有效的对温度进行检测与控制，也就是所设计的系统能够及时响应外部所发生的事件，并且能够迅速地下达控制指令。（3）在稳定性方面软件设计的重要指标之一是可靠性，如果系统想要能够稳定的运行，其必须具有一定的抗干扰能力，就是当软件收到外界的干扰时，系统能够恢复并且正常工作。（4）在程序编写方面所编写的程序要层次分明，条理清晰，最好分成多个子模块，这样很容易理解，并且方便修改。现代发展中，开发单片机主要用到两种语言汇编语言和C语言。与汇编语言相比，C语言具有以下的特点（1）C语言的控制语句是具有结构化的。结构化的语句能使程序调理清晰，并且层次分明，便于进行调试和修改。（2）C语言的适用范围很广和并且具有较好的可移植性。同其他高级语言一样，C语言不依赖于任何控制元件,其所编写源程序具有很好的复制性。综合C语言的特点，本文的温度控制系统采用C语言进行编程，为了便于进行软件调试与修改，该温度控制系统的软件部分又分成了许多小的模块，从而可以有效地进行控制。3硬件设计31系统硬件总体结构通过对温度智能控制系统方案的研究与设计，研究设计出温度控制系统的总体结构，系统总体设计框图如图31所示，主要由主控制模块、温度采集模块、按键输入模块和显示模块等部分组成。其中，温度采集模块主要用来于实时采集现场的温度信号，并将采集到的温度信号转换成数字信号传输到到单片机中，后经过单片机处理后在数码管上显示出检测到的温度。将所测得的温度值与预设值进行对比，当检测到的温度低于预设温度的下限时，单片机控制蜂鸣器及时发出报警，并控制可控硅电路进行自动加热操作；当检测到的温度高于预设温度的上限时，单片机控制蜂鸣器及时发出报警，并控制风扇电路进行自动降温，从而维持系统的正常运行，最终达到智能调节温度的目的。在温度智能控制系统中，为了使系统能够实时有效地检测当前的温度，提高测量的精确性，解决工农业生产等领域中存在的温度控制问题，采用十进制的数码来进行温度值的显示，可以很好地帮助人们完成操作，从而使温度控制变得更加简单、方便和快捷，为实现温度控制系统自控提供可参考依据。方案总体设计框图如图31所示。图31系统总体框图8位暂存器STC89C52单片机降温系统蜂鸣器报警加温系统温度采集显示按键32主控模块器件选型及设计321单片机的选用单片机的选用是由其应用的对象决定的，当应用的对象确定时，如果所选用的单片机功能过少，则无法满足系统的控制要求，很难完成控制任务；如果所选用的单片机功能过强，那么就会浪费单片机本身所具有的资源，使该产品的性价比降低。随着微型化对人们观念的影响逐渐加深以及科研技术的不断创新与发展，各式各样的单片机被研发出来，这些单片机适用于不同的场合，因此具有不同的功能。所以我们选择单片机时需要考虑以下因素1片机存储器的存储容量；2单片机的运行速度；3单片机的响应时间及中断能力；4单片机的抗干扰性能是否强大；5单片机的价格的成本价格是否合理；6不同场合下，能使单片机正常工作的电压范围；7单片机的扩展功能是否强大，例如其I/O引脚数量的多少；8在一个系统中，存储器可以使用的次数来选择该单片机所使用的存储器；综上所述，根据系统的性能要求，该温度控制系统选择STC公司生产的STC89C52单片机作为主控制单元。322单片机介绍本系统选用STC公司生产的一种52系列单片机中的STC89C52，是该公司推出的一种较之以往的功耗较低、运行速度更快、抗干扰能力更强的单片机，它与MCS51指令代码和引脚完全兼容，同时它还具有51系列单片机所没有的功能，也就是说，STC89C52单片机是51系列单片机的升级版，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，STC89C52单片机的主要特点有（1）工作电压为5V或者3V；（2）其工作频率的范围为040MHZ（3）用户应用程序空间为8K字节；（4）有32个通用I/O口；（5）不需要专用的编程器；（6）具有EEPROM功能和看门狗功能；STC89C52单片机的功能非常强大，各个端口的功能如下P0口是8位双向I/O口线，既可以用来作为地址/数据总线使用，又可以用来作为通用的I/O口使用。当中央处理器访问片外存储器时，P0口分时间段首先作低8位地址总线，然后用来作为双向数据总线，在这个时候，P0口不能作为I/O口使用。P1口的8个引脚都是8位准双向I/O口线，通常是作为通用的I/O口使用的，但是P1口中的P10和P11还具有第二功能，如表321所示。表321P10和P11的第二功能表引脚号功能特性P10T2定时/计数器2外部计数脉冲输入,时钟输出P11T2EX定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制P2口的8个引脚都是8位准双向I/O口线，除了作为通用的I/O口来使用之外，还可以用来作为片外存储器的高8位地址总线来使用，它可以与P0口进行组合，构成16位的外存储器单元地址。P3口的8个引脚都是8位准双向I/O口线，除了作为通用的I/O口使用以外，这8个引脚也具有第二功能如表322所示。表322P3口第二功能表端口引脚第二功能P30RXD串行输入口P31TXD串行输出口P32外中断0P33外中断1P34T0定时/计数器0P35T1定时/计数器1P36外部数据存储器写选通P37外部数据存储器读选通RST该引脚是用来作为复位信号的引脚。单片机的复位操作是通过该引脚保持两个机器周期的高电平信号来实现的。ALE/PROG这两个引脚是地址锁存允许信号输出和编程脉冲输入引脚。当中央处理器访问外部存储器时，地址锁存器输出的信号用来控制锁存口所输出的低8位地址，这样就可以实现数据和低位地址的分时复用。编程脉冲输入引脚是用来作为编程脉冲的输入端，可以对单片机内部的EPROM进行编程写入。PSEN该引脚是片外ROM读选通信号端。当读取片外存储器时，该引脚为低电平有效。EA/VPP这两个引脚是外部程序存储器地址允许输入端和编程电压输入端。当外部程序存储器地址允许输入端接高电平时，中央处理器将执行片内存储器指令；相反当接低电平时，将执行片外存储器指令。323主控模块设计主控模块的设计主要是对单片机最小系统的设计，单片机最小系统电路图如图323所示，所谓的单片机最小系统，就是单片机系统能够正常工作时所用到的最少的元器件，该单片机最小系统主要由单片机芯片、晶振电路和复位电路三大模块组成。本单片机最小系统中复位电路中极性电容的容值为10UF，该极性电容容值大小对单片机的复位时间有着直接的影响，通常来说，如果要求复位的时间很短暂，那么久要求极性电容的容值越大越好。在单片机最小系统中晶振的震荡频率为可120000MHZ，在不同的环境条件下可以采用不同频率的晶振，晶振的振荡频率对单片机的处理速度有直接影响，它们之间成正比例的关系晶振的振荡频率越大单片机处理的速度越快。本设计单片机最小系统的两个起振电容容值为22PF。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCC图323单片机最小系统33温度采集模块的选型及设计331温度传感器的选用温度传感器，是温度检测与控制必不可少的元件，在工农业的生产及人们的生活中发挥着非常重要的作用。根据测温范围以及适用场合的不同，许多类型的温度传感器被研制出来，因此选择温度传感器需要考虑很多因素。以下就是温度传感器的选用需要考虑的因素（1）是否需要记录所测温度；（2）所需测量温度的范围；（3）测量温度是对精度的要求；（4）所需温度传感器的大小；（5）被测对象的温度是否随时间变化；（6）待测温度的环境是否会损害温度传感器；（7）测量温度时距离和传送的远近；（8）价格是否合理，操作是否方便。综上所述，根据温度控制系统的性能要求，该系统选用数字温度传感器DS18B20，直接输出数字信号，不需要再经过转换器转换，节省了内部资源占用空间，提高了测量精度与响应时间。332温度传感器介绍数字温度传感器DS18B20的接口简单，它可以通过一个单线接口发送和接收信息，实现数据的通信，比如数字温度传感器DS18B20可以与单片机通过一个接口进行直接通信，不需要其他任何转换器就可以读取所测得的温度数据，这样使结构比较趋向简单化，节省了单片机的内部资源，而且具有较高的可靠性。数字式温度传感器DS18B20与其他温度传感器相比，它能够直接读出被测量的温度，它在测量精度、转换时等方面带来了令人满意的效果，而且还有一个更为特别的特性是当电源极性接反时，数字温度传感器DS18B20不会因为接反发热而烧毁但是当接反是该温度传感器不能正常工作。温度传感器DS18B20凭借其转换速度快、体积小、接口简单等优点，被广泛地应用到各种温度控制领域。图331给出了DS18B20的主要部件，DS18B20主要包括温度传感器、64位激光ROM、和温度报警触发器TH和TL三个部件，此外这种温度报警触发器是非易失性的。该器件用如下方式可以获取量当信号处于高电平时把能量存储在内部所自带的电容里，当信号处于低电平时消耗电容上的能量进行工作。图331DS18B20方框图DS18B20的测温原理如图332所示计数器是在一个门周期内用来计数的，而这个门周期是由高温度系数振荡器确定的,低温度系数振荡器是用来产生脉冲的，在这个门周期内用计数器对所产生的脉冲进行计数，从而可以测得当前环境的温度值。预置一个值给计数器，使这个值所对应的温度值为50，当计数器达到0的时候如果门周期还没有结束，那么温度寄存器的值也随之增加，通过这个说明所测得的温度值大于50。接着使计数器复位到一个值，这个值是通过斜坡累加器来确定的，同时斜坡累加器也可以实现补偿感温振荡器的抛物线特性。只要这一门周期没有结束，那么计数器开始计数直到0的这一过程将不断进行重复。接着计数器开始计数直到0为止。通过斜坡累加器可以用来实现补偿感温振荡器的非线性这一特性可以在测量温度的时候获得更高的分辨力。分辨力获得的原理是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，如果想获得想要的分辨力，就必须知道在设定温度下计数器的值和每一度的计数值。64位ROM和单线端口暂存器存储器和控制逻辑下限触发TL温度传感器上限触发TH8位CRC产生器图332DS18B20测温原理图333温度采集模块设计本文的温度控制系统采用的是由达拉斯半导体公司生产的一种数字集成温度传感器DS18B20来实现温度采集的，数字温度传感器DS18B20在范围0100之间的测量精度为05并且分辨率可达00625，电路图如图333所示,DS18B20的端口与单片机的P22端口连接进行数据传输，通过软件编程是DS18B20所采集到的温度值传输到单片机在数码管上显示出来。0高温度系数振荡器计数器0温度寄存器低温度系数振荡器斜坡累加器预置比较预置计数器123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCCR3110KVCC图333DS18B20电路图34电源电路本毕业设计供电系统需要外接供电口提供35V电源，这样总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平，可以很方便的进行操作。电路图如图34所示，该供电系统的功能不仅仅是用来供电的，而且还是下载的端口，通过这个系统可以把编写好的程序下载到开发板上。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILECUSERSADMINISTRATORDESKTOP业业业业业业业业业DYDDBDRAWNBYVIN1GND2VOUT3U257805D23J37C23VEEGNDGND图34电源电路35按键电路在本次课题设计中，需要输入温度的上限值和下限值，以便将检测到的温度与预设的温度进行比较。本单片机开发板上有四个独立按键，本控制系统中只需要用到其中的三个按键就可以完成控制，电路图如图35所示，其中一端分别和单片机的P34、P35和P36连接，另一端接地。当按下任意按键时，P20口读取低电平有效，工作流程如下KEY1用来调试模式，KEY2进行数值加运算，KEY3进行数值减运算；第一次按KEY1调到模式1进行下限值设置；第二次按KEY1调到模式2进行下限值设置；第三次按KEY1调到模式三，实现对温度的检测与智能控制并且在数码管上显示当前的温度值；第四次按KEY1回到初始时刻，就这样循环往复实现检测调节功能，也是人机交互的具体体现。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCCKEY1KEY2KEY3图35独立按键电路图36显示电路本课题要求用四位LED数码管显示温度，硬件电路设计如图36所示。本系统所用到的数码管数管为共阴极数码管，它的工作电压范围为2V到6V,而该单片机控制系统提供5V的工作电压，可以使数码管正常工作。该数码管由两个74HC573锁存器进行锁存，通过段选和位选从而可以对数码管进行驱动，再通过温度的显示程序从而可以在数码管上显示出所测得到温度值。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业SHUMAXIANSHIDDBDRAWNBYABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDP74HC573ABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDP74HC573VCCVCC123457891011121314151617181920123456789101112131415161718D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D71920DULAWELAABCDEFGDPOC1D2D3D4D5D6D7D8DGNDVCC1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QCOC1D2D3D4D5D6D7D8DGNDVCC1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QCGND图36数码管显示电路37蜂鸣器报警电路本温度控制系统是利用蜂鸣器电路进行报警的。蜂鸣器报警电路如图37所示。该蜂鸣器报警电路主要由蜂鸣器和PNP三极管9012组成的，该三极管的基极外接一个电阻，然后电阻另一端与单片机的P23引脚进行连接，蜂鸣器报警电路低电平有效，在该温度控制系统中，当所测温度高于上限或者下限时，给端口低电平，从而蜂鸣器开始发声；当在所设定的范围内时，给予其高电平，则蜂鸣器不报警。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCCRRES2FM1SPEAKERQPNP1VCC图37蜂鸣器报警电路38可控硅加热电路温度加热电路是利用可控硅系统进行加热的,加热系统电路图如图38所示，本加温系统是用直流信号控制交流负载的通电和断电，直流控制单元采用三极管和光耦二级隔离，双向可控硅BTB04串在220V交流电源和负载电路中，当单片机给其高电平信号时，220V的交流电流过负载，负载通电工作；当单片机给其低电平信号时，220V交流电与负载断开，负载停止工作，从而实现温度的调节。本模块工作电压为5V，由单片机提供，带负载功率小于等于100W，可控硅驱动器光电耦合器MOC3022集光电隔离、过零检测功能于一身。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCCR3390RR739RR110KR6330RP23022Q1C1815C1103Q2ABTB04R2390R5VGNDVCC5V220VP1PCS17业业业7809L图38可控硅加热电路39风扇降温电路考虑到本系统的成本性和实用性，本设计选择带有扇叶的直流电机作为温度控制系统的降温模块。该直流电机是通过驱动器芯片ULN2003来驱动的，该驱动器芯片ULN2003应用电路如图391所示。根据采集的实时温度，当所采集到的温度高于预设温度的上限值时，系统会自动启动风扇降温模块来实现降温，使温度在预设温度的范围内，达到控制温度的目的。直流电机的连接电路图如图392所示，直流电机的两个端口与J47的两个引脚相连，然后通过驱动器，J26上的PWM引脚与单片机的P15引脚相连，从而达到控制直流电机的目的。图391驱动器芯片ULN2003应用电路图123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE5MAY2015SHEETOFFILEF业业业业业业业业业业业业业业业ZTDDBDRAWNBY12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940P10P11P12P13P14P15P16P17RESTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2GNDRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VDDALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20STC89C52RCU23STC89C52C2622PFC3022PF123J20C2710UFC2910UFY5RESET21R3010KR2610KVCCVCC12345678910111213141516ULN2003123456J26VCCVCC12J47U20业业业业图392直流电机控制电路4软件设计本温度控制系统的软件设计主要是通过C语言对单片机进行编程操作，以实现各项功能。首先需要对各模块进行初始化操作，接着温度采集、温度转换、温度显示和按键等子模块的编程，最后把这些子程序添加到主程序当中，从而完成软件的编程操作。在实际应用过程中，主程序主要是负责读取温度的实时显示，处理单片机测量的当前温度值，调用各子程序等；同时，数字温度传感器DS18B20测量出来的温度值经模拟数字转换转换后转换为数字量，再传送到单片机内，然后经过一段的时间间隔，对测量的温度进行采样，将采集到的温度值与预设的温度值进行对比和分析。根据分析结果，如果实际测量的温度与系统预设的温度有一定差异，则系统会自动进行调节和控制，使其恢复到正常的温度范围内，即按照原先设定的温度预定值开启自动恢复功能。41软件的总体设计流程图如图41所示，是软件设计的总体流程图，首先给单片机进行上电操作，然后分别对单片机、显示模块、温度传感器进行初始化操作，然后通过按键输入温度范围，开始进行温度采集，将采集到的温度在数码管上显示来，与预设值进行比较，然后经过判断所测温度是否在预设温度的范围内，如果在温度范围内，则整个温度控制系统结束，如果不在温度范围内，那么开启温度调节系统对温度进行调节，然后将调节好的温度再传给温度采集模块进行重新采集，这样循环往复，直到所测温度在预设的温度范围内为止。图41总体设计流程图42温度采集模块温度采集是软件设计的主要部分，该设计关系到系统的响应时间及控制精度，只用经过温度采集与转换才能输出数字信号，然后与预设温度值进行比较，温度采完成初始化单片机是否超过温度范围DS18B20初始化显示模块初始化降温加温与预设值比较检测键盘操作温度信号采集数码管显示开始报警是否集主要由初始化温度程序、写入数据和读取数据等部分组成。（1）首先对温度进行初始化操作如图42所示。图42初始化温度流程图（2）写入数据流程图如图43所示清零FLAG标志位完成DS18B20初始化CLRDQ向DS18B20发出RESET脉冲等待480US置位FLAG标志位并延时200USDQ是否变低初始化结束否否是是图43写入数据流程图DS18B20初始化完成8位数据发送完成写入CCH、SKIPROM写入44H发送数据转换指令CLRDQ准备发送延时15US写入1位数据置位DQ，完成1位数据发送延时1545US完成是否（3）读取数据流程图如图44所示图44读取数据流程图（4）A/D转换流程图如图45所示。首先初始化，然后开始进行A/D转换，判断转换是否完成，如果没有完成，则继续进行转换，直到转换完成为止。然后将结果送到50H，经过滤波后转换成BCD码，放到60H63H中。1CLRDQ准备发送读取1位数据延时1545US延时1US以上写入CCH、SKIPROM开始DS18B20初始化等待480US完成SETBDQ写入BEH发送转换延时1US以上1是否图45A/D转换流程图43显示模块该显示模块所用到的数码管是共阴极数码管，在程序中通过建立共阴型的数组来实现显示功能，如图46所示，为显示程序流程图。开始放到60H63H结果进行BCD编码完成初始化转换是否结束开始A/D转换滤波结果送到50H是否图46显示程序流程图44按键消抖本文如果不对按键进行消抖，则很难对温度进行较为准确的输入，按键消抖分为硬件消抖和软件消抖，在这里选择通过软件进行消抖如图47所示，首先判断是否有无按键按下，然后通过延时程序，给予其一定的延时，防止其变化过快，难以进行温度范围的设置。开始功能设值延时等待数据四位LED显示图47按键判断程序流程图有键按下开始去键盘抖动同一键按下根据键值执行功能功能循环YESNOYESNO5实验51调试环境一、本毕业设计的软件编程与调试主要是通过KEILC51软件实现的，KEIL提供了一个完整的开发方案如图611所示，它通过集成开发环境把编译器、库文件、库管理和实时操作系统等部分合理的组合在一起，从而进行软件的仿真与调试。图611KEILC51整体开发结构二、下面开始简单的介绍一下软件的使用方法。（1）运行KEILC51软件如图612所示。图612运行软件（2）如图613所示，使用鼠标左击PROJECT，然后选择NEWUVISIONPROJECT，这时会弹出对话窗口，输入所要建立项目的“文件名”，比如TEXT1，然UVISION/ISHELL集成开发环境OH51转换器BL5连接C51编译器LIB51库管理C库文件RTX51实时操作系统A51编译器后点击“保存”，保存后的文件扩展名为UV2，如果以后用到该文件，直接打开这个扩展名为UV4的文件。图613新建文件（3）选择单片机的型号如图614所示，首先选择生产该单片机的公司名称，本设计用到的是STC89C52单片机，由于本软件里没有STC公司，但是它和AT89C52基本上相同，所以我们选择ATMEL公司，然后选择AT89C52，这样就把单片机型号选择好了。图614单片机型号（4）新建一个程序文件，编写好程序点击保存，这里的保存名必须以“C”的形式，比如TEST1C，保存在所规定的目录中。如图615所示，用鼠标右击SOURCEGROUP1文件夹图标，然后选择ADDFILESTOGROUPSOURCEGROUP1，紧接着会弹出一个文件对话窗口，选择刚刚保存的文件，按下ADD，这样程序文件就添加到项目中了。图615添加C文件（5）开始进行编译运行。下面三个图都是编译按钮，不过他们有一定的区别，图6161是编译单个文件，图6162是编译当前项目，图6163是重新编译。在REBUILD右边是停止编译按钮，只有点击了TRANSLATE、BUILD、REBUILD中的任一个按钮，停止按钮才会生效。编译好之后进行保存，然后开始进行下一步骤。图6161编译单个文件图6162编译当前项目图6163重新编译（6）如图617所示生成HEX文件。如图所示单击OPTIONFORTARGETTARGET1，弹出项目选项设置窗口，点击TARGETOUTPUT选项，然后选择“CREATEHEXFILE”，点击确定就生成了HEX文件。最后再重新编译运行一次，然后点击保存关闭就可以了。这样就可以用单片机专用下载软件下载到单片机中，启动单片机查看实验结果。图617生成HEX文件52系统调试对系统进行调试是做任何研究设计都不可或缺的环节，刚做好的系统只有不断进行调试才能使研究成果逐渐完善，调试精确到每一个步骤，程序需要用KEILC51软件进行不断调试，然后将所调试的程序下载到51开发板上进行验证，以下图片是调试的最终状态。（1）下载程序本设计利用STCISP下载软件将编写好的程序，通过数据传输线传输到开发板，然后启动，观察其结果。STCISP下载软件如图621所示。（2）初始化刚启动开发板，直接显示当前环境的温度，如图622所示。图622初始化（3）下限调节第一次按下KEY1键进入MODE1模式，然后通过KEY2和KEY3设置下限值，如图623所示。图623下