基于单片机的水浴温度检测系统的软件设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 31 页 基于单片机的水浴温度检测系统的软件设计 摘要： 温度在工农业和现代科学研究开发的各个领域中是一个非常普遍和常用的测量参数。 例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行控制和检测。 本次设计以 片机作为检测核心 ,通过硬件电路的制作和软件程序的编制，实现一个温度测控系统 样后的电信号通过 大，再将信号通过 行 换后传入单片机进行处理。 本论文给出了各个系统模块的设计思想和硬件框图，详细介绍了系统的软件设计。 这个温度 检测 系统能够准确地进行数据的采样转换，稳定进行恒温的 检测 过程，并且能够较好地满足对系统精度的要求。 关键词 ： 片机 水浴温度 检测 指导老师签名： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 31 页 of is a in in of n as to on to of in to a a to to to a of to or an to it of of to on to a of to of on D,in to to a of of of of to of of to of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 31 页 目 录 1 前言 . 1 2 系统的组成及功能 统的组成 . 2 统的功能 . 2 3 硬件电路设计 片机模块 . 3 度采集模块 . 4 度检测模块 . 4 盘显示模块 . 5 光报警 模块 . 6 4 系统软件设计 件系统概述 . 8 统软件设计 . 9 程序流程图 . 温度采样流程图 . A/D 转换子程序流程图 . 键盘显示 流程图 . 温度检测子程序流程图 . 软硬件调试 件调试 . 单片机系统调试 . 15 ：电路原理图 . 21 附录 B：最小系统原理图 . 22 附录 C：程序清单 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 31 页 基于单片机的水浴温度检测系统的软件设计 1 前 言 当今社会是一个高速发展的信息社会 。 单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。单片机主要应用于各检测领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的检测。由于单片机扩展了各种检测功能，如A/D、 数器的捕获 /比较逻辑、高速 I/O 口、 ，已突破了微型计算机传统的内容，所以对水浴温度能更好的检测。 温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量。其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。尤其本设计，温度是用户沐浴时最关心的，水浴温度高了用户受不了，低了容易感冒。温度检测不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。目前，在很多场合下，水浴温度检测已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化 都直接反映在温度的升降上，因此对水浴温度的监测的意义越来越大。 随着社会的发展， 水浴温度 检测 系统对 各 设备的要求越来越高， 水浴温度 检测 设备受到人们的重视，其可靠性、稳定性受到 用户 的关注 。 水浴作为一种温度校核设备，广泛地应用在温度传感器、温度测量器具的检测及校核中，是化工、航天、生产等领域中有关计量单位的主要设备。国产的水浴一般采用传统的 测方法，存在以下主要缺陷 :一是达到设定温度并且进入稳定状态所需的时间长，一般情况下，从开机到进入稳定状态需要 1境条件有变化时过渡过程时间会更长。造成了 时间和能源的浪费，降低了工作效率。二是检测精度低，往往不能满足高精度检测的要求。三是由于没有制冷设备，所以不能进行 0 至室温范围内的温度校核。目前国外的同类设备，性能较好，但价格十分昂贵，不能满足广大用户的需求。针对上述存在的问题， 应该 采用 现对水浴温度的检测。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 31 页 2 系统的组成及功能 统的 组成 本系统是基于单片机的水浴温度检测系统的研究，主要实现的系统功能和技术指标有：能实时检测显示水浴温度；测温范围 25 100，精度为 1；检测检测的同时能实现自动声光报警。 本次设计的水浴温度检测系统 由单片机检测模块、温度采集模块、温度检测模块、声光报警模块 以及键盘显示模块构成， 其 总的水浴温度检测系统原理图如图 示。 统的功能 本系统的主要功能是通过单片机检测 实现了温度的显示 ，从而 完成了对温度的采集，实现了 水浴温度的检测 。 各部分功能如下： 1）单片机检测电路：是整个系统的核心部分。通过中央处理器 本身接口，能够实现对外部数据的读出、处理、写入。 2）温度采集电路：利用 铂热电阻的电压进行放大，然后通过 行采样，再采集到的数据进行处理。 3）温度检测电路：主要是由 升温 装置、降温装置，通过单片机检测构成。 4）键盘显示电路：由 驱动 8 个数码管和 16 个键盘。 5）声光报警电路：由发光二极管和蜂鸣器来完成声光报警的。 图 水浴温度检测系统原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 31 页 3 硬件电路设计 本次研究的是 一种 以 片为核心 的 水浴 温度检测装置， 该装置不但 能对 水浴 温度进行测量，根据 其 温度 值与设 定值 进行对比 给出调节量，实现 水浴 温度 检测的 目的 ，而且能够对水浴温度进行监控，水浴温度过高时就会 声光报警 。 在研究过程中采用 片机，完成水浴温度检测系统的检测，实现设定温度的上限值，下限值，并对水浴温度进行实时采集。 测温系统中 铂热电阻输出的电压信号由运放器 行放大 。本系统借助于电桥电路、放大电路、 A/D 转换电路、单片机。在温度检测中，过程的实时参数由电桥电路、 算放大器和A/D 转换器实时采集，并由微型计算机记录在内存单元 ,然后再通过 D/A 转换器输出检测信号，检测执行机构动作，进行调节和检测。并通过 7279 对温度值进行设定和示，这样能更清楚的看到当水浴温度发生 的变化。 硬件部分主要包括 单片机检测模块、温度采集模块、温度检测模块、 声光报警模块 以及键盘显示模块。 片机模块 单片机模块是以 核心的水浴 温度检测装置 ， 片机属8051 系列的 单片机。内有面向检测的 8 位 4K 字节的 序存储器； 128 字节的内部 据存储器； 2 个 16 位定时器 /计数器； 1 个全双工的异步串行口； 5 个中断源、 2 个中断优先级的中断检测器；时钟电路，12片机引脚图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 31 页 图 脚图 度采集模块 温度采集电路的工作原理：由铂热电阻组成的电桥输出的较小的电压信号经过终传入到单片机。其中 精度运算放大器 ， 它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。 温度采集电路的原理图如图 图 温度采集电路原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 31 页 度检测模块 系统所要检测的 电路，主要是当采集的水温不等于设定的温度时，单片机检测被控对象去执行相应的处理。此部分电路主要由 片机来检测加热水阀和加冷水阀。 系统用单片机 为检测口， 测加冷水的加水电磁阀， 测加热水的加水电磁阀。采集的温度与设定的温度相比较，当采温大于设定温度时，这时通过软件编程来检测 予其低电平，经反向驱动后光敏二极管截止，三极管导通继电器吸合， 继电器接通降温设备，将温度检测在规定的范围内， 达到了检测加冷水阀的目的。同理， 检测加 热水的加水电磁阀的，不再熬述。 本系统的温度检测模块电路如图 示。 图 温度检测电路原理图 盘 显示 模块 系统需要将用户想要达到的温度和采样的温度同时显示出来，通过分析可由 8个数码管来完成。前四个数码管是用来显示采集的温度，其中第三个显示个位而且为买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 31 页 小数点位，后四个数码管是用来显示设定的温度。另外还要设定 6 个按键，其具体功能如下： 设定 ； 确认； 启动； 清除； 结束。当按下设定键时，人工可以在默认的 25 （软件编程一上电就显 示 25 ）基础上设定温度值， 加 1 键， 减 1 键；当按下确认键时，设定温度可以保存（在断电后仍将其设定的值存在存贮器中不会丢失）；当按下启动键时， 始进行采样；当按下清除键时，会将设定的温度值清除掉，以便重新设定温度值；当按下结束键时，整个系统全部停止工作。本设计所需的数码管和键盘不多，这些功能的实现完全可由 驱动完成。 一片具有串行接口的，可同时驱动 8 个共阴极的数码管（或 64 只独立的 能显示驱动芯片，该芯片还可以同时连接多达 64 键的键盘矩阵，单片即可完成 示、键盘接口的全部功能。 有片选信号，可方便地实现多于 8 位的显示或多于 64 键的键盘接口。如图 示。 图 键盘 显示电路 光报警模块 根据系统所要达到的要求，在检测温度的同时，当温度超标时要警报。经过从硬件电路的总体来考虑，采用一个 7407 来驱动一个发光二极管和蜂鸣器实现，以减少买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 31 页 硬件电路。 目的主要是静态显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时， 执行一次显示更新子程序，这样大大节省了 时间，提高了 工作效率。声光报警模拟电路如图 示。 图 声光报警模拟电路 用 来检测这部分电路，当选中的 为低电平时，经过 7407 正向驱动，发光二极管正向导通，相应的二极管点亮，实现了光报警；同时蜂鸣器这一路导通，蜂鸣器中有电流流过就会发出蜂鸣声，实现了声音报警。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 31 页 4 系统软件设计 件系统概述 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件 的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个检测系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。 本课题是基于 片机为核心的水浴温度检测系统，采用温度采集。对于温度的测量，显示电路都已经是很成熟的技术。在设计时，有以下需要加以说明： （ 1）入口地址 0000H，显 缓区地址 50H54H。 （ 2） 内存单元定义，如表 示： 表 存 单元分配表 地址 内存单元功能说明 50H 存放显示温度位（个位） 51H 存放显示温度位（十位） 52H 存放显示温度位（百位） 53H 存放显示存储单元 54H 存放显示存储单元 58H 键值暂存单元 5放数字滤波后的存储单元 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 31 页 40H 存放采样数据首地 41H 十进制转换的百位 42H 十进制转换的十位 43H 十进制转换的个位 34H 存放温度限的单元 03H 按键按下标志位 统 软件 设计 系统主要负责对水浴温度的采集和显示，并把所测得的温度数据通过 动数码管显示。在具体设计中，主要实现温度的显示、温度的采集和温度的检测 。 因此程序应由主程序、显示子程序、温度采集子程序和温度检测子程序组成。各个程序完成各自的功能。 程序流程图 主程序作为软件设计的核心，其主要作用是能及时的响应来自系统或仪器内部的各种服务请求，有效的管理自身软硬件及人 在编主程序时，考虑到系统功能中有设置温度（默认值为 25 存在 34 单元中 ） 和确认设置值的需要，所以 主程序中应有键扫部分，当有键按下时，先调读键子程序，再根据不同的键值，去执行各功能模块，实现系统功能和要求。 主程序入口地址为 0000H，它的主要功能是设置温度和检测水温：设置温度有两个键，对 34H 单元加一的温度加 1 键（键值为00H），还有对 34H 单元减一的温度减 1 键（键值 01H），一个水温检测键也即确认键（键值为 02H）。 主程序主要的功能是完成温度采集和显示。把铂热电阻组成的电桥采集到的电压信号通过 数字化的温度在数码管上显示，并与设定的温度值比较，从而决 定升温或降温。 水浴温度检测系统的主程序流程图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 31 页 图 主程序流程图 度采样流程图 在设计采样程序时，考虑到系统对精度和稳定性的要求，所以要对采样值进行滤波处理，本设计采用中位值平均滤波，先连续采样十次，去掉最大值和最小值，然后求平均值，这个滤波值就是采样值。 采样次数计数器，在启动采样后，延时 100 再存放到十个固定 40元中，再加以滤波。 入口地址是 7度 采样流程图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 31 页 图 温度 采样流程图 ，它的 脚接到单片机过来的“ 0”信号后开始工作， A/D 转换后把数据进行使十进制调整后送到单片机的存储单元进行显示。 A/D 转换子程序流程图如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 31 页 图 A/D 转换子程序流程图 盘显示 流程图 由于显示的数码管和 7279 相连，所以在设程序时，还要考虑到 7279 的功能，在本系统中，有采样温度的实时显示，采样值存在 5元中，还有设置温度的键盘显示 ，设置 值存在 34H 单元中，显缓区为 50键盘显示 流程图 如图 示。 图 键盘显示 流程图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 31 页 其中显示子程序的编写是 由于数码管的显示要经过 驱动，从而实现对温度数据的显示。 显示子程序流程图如图 示。 图 显示子程序流程图 开始 选中 时 25用发送数据子程序 延时 8置查表参数 调用发送数据子程序 显示的 位数 表 延时 85? 关闭 回 N Y 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 31 页 度检测子程序 流程图 温度检测子程序主要是根据设定温度与当前环境温度的差值来检测升温装置或降温 装置的运行。若当前温度高于设定温度且差值大于设定的温控范围，则启动降温装置；若当前温度低于设定温度且差值大于设定的温控范围，则启动升温装置；在当前温度达到设定温度后，关闭升温装置或降温装置。 图 Y N N Y 降温 图 温度检测子程序流程图 入口 读入设定值 设置值 =采样值？ 设置值 采样值 ? 升温 返回 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 共 31 页 5 软硬件调试 件调试 在完成了本设计的硬件组装和软件设计之后，便进入系统的调试阶段。这个阶段的任务是排除设计中的硬件故障和纠正软件设计的错误，并解决硬件和软件之间的不协调问题。本次调试分为两个部分：硬件调试和软件调试。 在硬件上电之前，先用万用表等工具，根据硬件逻辑设计详细检查硬件电路的正确性。最重要的是注意电源系统检查，防止电源短路和极性错误，并重点检查了系统总线是否存在相互之间短路或与其他信号线短路。检查完硬件电路连接准确无误之后，结合软件进行调试。开始将整个调试过程分成几个小部分，分别进行调试。本次调试分成以下几个部分调试 ：单片机系统调试、 A/D 采样电路调试、 键盘显示电路调试 。 片机系统调试 最小系统板是系统的核心，必须保证它的正常工作。首先得保证线路连接正确和导通，有时系统板工作不正常往往是这方面的原因；另外 P 口必须得正常工作，其调试方法是：将 P 口与调试好的显示电路连接起来，再利用仿真器编写简单的程序，比如说让 的某一位输出方波，然后用示波器去检查波形是否正确；或者让 的某一位置高电平 /低电平，然后用万用表去检查引脚上的电平。还可以测试外部中断口和内部定时器的 工作情况，测试方法是：在 P 口正常工作的情况下，可以通过改变外部中断和定时中断到来前后 P 口的电平来检测外部中断和定时中断的工作情况。 ，主要是看基准电压和选通信号线，读写信号线是否正常工作。也可以通过调节其输入的变化，用万用表测量其最低位，看看表的值是否会有高低电平的交替变化，如果有的话，表示 正常工作的。通常情况下， 基准电压为 +5V。经过用软件编程来检测 选通片选信号，给它一低电平或高电平，如果用万用表测得 1 脚是 低电平或高电平，说明这块芯片是好的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 31 页 盘显示电路调试 显示部分的调试相对于其他电路的调试要简单一些，首先要检查数码管是否能被点亮，上电前，用万用表测量，简单的方法：把万用表的红表笔接到数码管的 3 或 8脚上（系统采用共阴极数码管），黑表笔接到其余的脚，如果每一段都被点亮，则说明数码管功能正常。 再编写一个小程序使每个数码管都显示“ 8”，如果每个数码管的各段都点亮后，证明显示电路工作正常。源程序如下 ： 000h 0关显示 关显示 选择第一个数码管 显示“ 8” 调延时子程序 0 fh 0 fh 250；延时子程序 1 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 共 31 页 件调试 在软件 调试过程中，首先要有清晰的软件结构流程图，采用子程序调用的形式，分块调试，如调试显示子程序，键扫子程序，求键号子程序，数字键处理，功能键处理，状态显示子程序，清状态显示子程序， A/D 采样子程序。模块化设计有利于程序的调试和扩展。硬件电路检查无误后，就开始对软件进行调试，软件调试是按照子程序及主程序的顺序进行的 。 合调试 此过程是建立在硬件与软件单独调试成功基础上的，如硬件调试应达到的要求：键盘显示电路能够正确显示初始话设定值以及个按键功能实现。在以上的前提下，将软硬件结合调试，首先将采温，键盘 显示程序结合在一起，通过传输线传送至单片机系统，硬件电路先是将温度采集电路与单片机以及键盘显示电路联合在一起进行采温与显示调试，刚开始由于软件设置的逻辑与地址跟硬件电路不相符，结果显而易见。而后根据硬件电路的连接，对软件进行更改主要是对地址与逻辑上的修正。再次结合调试，功能键的实现仍有问题，再更改程序直到所有功能的以实现。接着进行单片机系统的调试。对此，采用了分步调试：第一步，先汇编程序使系统能有数据传送，并且使得单片机能够得到所设定的初值，也就是要求能够通过按键来接收数据；第二步，再进行命令发送调试；第三 步，再一步一步的实现各种要求以及功能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 共 31 页 6 结 论 本系统实现了利用键盘设定温度值，能实时显示采集温度和设定温度，测量温度过高时还能 控制 加冷水阀，测量温度过低时 控制 加热水阀，同时还可以进行报警，完成了全部任务，实现了所要实现的全部功能。不过在设计中还有一些不完善的地方，有待于今后来改进 该系统具有测量精度高、硬件电路简单、可测试多点温湿度等特点，可以应用在大型 工业及民用常温多点监测场合。如塑料（蔬菜）大棚 、 恒温厂房 、 大中型粮仓 、 库房等场合。 通过近四个月的努力 , 圆满完成了从方案的构思 到调试以及各个子程序的调试，再到整体软硬件的调试的各个过程。通过本次对水浴温度检测系统的软件设计，掌握了水浴温度检测系统的工作原理，了解各个模块的功能，同时也学到了很多东西，归纳为以下几点： 1、在进行方案设计前，应对相关原理有着相当的理解和掌握，同时要查阅相关资料，以选择出最佳方案。另一方面也要注意到与硬件电路的密切结合。 2、各部分模块在编译通过后，便进入了调试。在调试中，应注意到各方面的问题。语法错误相对易于检查和修改。如果是逻辑上的错误，则需要相当仔细的分析和调试。 3、本次毕业设计从原理图设计到实 践的过程是从理论知识到工程实践的过程，在这个过程中巩固了基础知识，并培养创新意识，发现配合在设计中起着非常重要的作用。一个设计产品的最终实现，需要有效的配合。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 22 页 共 31 页 参 考 文 献 11994 2988 3 B& 997 4单片微机测控系统设计大全 北京航空航天大学出， 1998 5传友 件连接及软件编程 J. 传感器世界， 6单片机微机检测技术 复旦大学出版社 ,1994 7 微机通信原理与实用技术 清华大学出版社， 1994 8志英、涂时亮 用与实验 . 上海：复旦大学出版社， 2000 9单片微型计算机原理及接口技术 国水利水电出版社， 2002 10红莉、陆子杰 J)：4711敏亮、魏长军 85 串行通讯转换器电路 12微机检测与检测应用系统设计 北京交通大学出版社， 2001 13继红 及其接口技术 中国石化出版社， 1998 14单片机原理及接口技术 北京航空航天大学出版社， 1999 15刚等 北京： 机械工业出版社， 2000 16志英 用与实验 旦大学出版社， 1999 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 23 页 共 31 页 致 谢 在本次毕业设计中，特别感谢叶爱华老师的指导 ，她在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为学生们指导。设计过程中，指导老师帮忙分析遇到的种种困难。一直支持，鼓励学生要有解决问题的信心， 使设计得以顺利的完成。在开发的同时，和同学们之间的相互探讨也使本人获益匪浅。在此，对叶老师表示由衷的感谢！ 还要感谢 电子信息工程学院 的其他老师。感谢老师们为学生提供了毕设的场地及必要的元器件和设备，给了本人在大学毕业之前的一次很好的锻炼机会。在此还要感谢在设计中帮助过同学，尤其是同组搭档同学。毕设中，两人密切合作，共同参与了两部分的设计和调试。在此对同组搭档给予的帮助表示衷心的感谢！ 电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上水平有限，所以本次设计肯定存在许多不尽如人意的地方，欢迎广大 老师和同学批评指正。 最后，要感谢电子信息工程学院所有老师，老师们的精心栽培为学生以后的学习工作打下了坚实的基础。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 24 页 共 31 页 附录 A： 电路原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 25 页 共 31 页 附录 B： 最小系统原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 26 页 共 31 页 附录 C： 程序清单 000H ；入口地址 ；跳转到主程序 01 ；定事器 断源服务程序入口地址 ；中断模块 ；现场保护 08H 80H ；定时器初始化 00H E,#80H ；关中断 ；调用采样子程序 A ；调用滤波子程序 ， 5A ；温度值送累加器 A A， 64H， 超过 100 度报警 ；恢复现场 ；中断返回 0,#40H ；赋数据显缓区首址 6,#0 ；采集十次 7 ；选通 0804 ；启动 0804 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 27 页 共 31 页 2,#100 ； 延时 200 2, , ；采样值送数据显缓区 0 ；数据显缓区加一 6, ；减一不会零转 A: ；求最大值 ；求最 小值 ；求平均值 ,34H ；检测模块 ,5 ；温度相等停止加热 ,5 ；小于采样值加热水 ；大于采样值