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毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 i 电电 子子 科科 技技 大大 学学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 专 业： 电子工程 考生姓名： 何腾 准考证号 010811310054 单 位： 电子工程学院 电子科技大学自学考试办公室制电子科技大学自学考试办公室制 20122012 年年 5 5 月月 2525 日日 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 ii 电子科技大学电子科技大学 毕业设计（论文）任务书 题目：基于单片机的温度控制系统 任务与要求：设计基于单片计算机的温度控制器， 用于控制温度 时间：从 2012 年 5 月 1 日至 2012 年 8 月 10 日共 14 周 专业：电子工程 专业代码：y080705 考生姓名：何腾 准考证号：010811310054 单位：电子科技大学电子工程学院 指导单位或教研室： 指导老师（签名）： 职称： 2012 年 6 月 5 日 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 iii 毕业设计进度计划表 日期工作内容执行情况指导教师签名 2012 年 5 月进行毕业资料的收集和整理 2012 年 56 月系统方案的设计与实现 2012 年 67 月 经中断检查后，对系统方案的设计与 实现进行修改及完善 2012 年 67 月论文的构思、修改及撰写 2012 年 7 月论文的打印及装订 2012 年 6 月 20 日 前 将论文由网上发给指导教师 2012 年 6 月 20 日论文提交 指导教师对 进度计划实 施情况总评 签 名： 年 月 日 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 i 目目 录录 摘要摘要i abstractabstracti 第一章第一章 方案设计与论证方案设计与论证1 1.1 设计要求1 1.2 工作原理1 1.3 主控制部分2 1.4 测量部分3 第二章第二章 各单元的设计各单元的设计10 2.12.1 键盘单元键盘单元10 2.2 温度控制及超温和超温警报单元.11 2.3 温度控制器件单元.11 2.4 温度测试单元.12 2.5 七段数码管显示单元.12 2.6 接口通讯单元.14 第三章第三章 电源输入单元电源输入单元16 第四章第四章 程序设计程序设计17 4.1 程序结构分析.17 4.2 主程序.18 4.3 程序代码19 第五章第五章 测试分析测试分析20 5.1 环境测试.20 5.2 测试方法.20 5.3 测试结果.20 5.4 测试结论.20 结结 论论22 致致 谢谢23 参考文献参考文献24 附录附录 a a：使用说明：使用说明.25 附录附录 b:b:程序清单程序清单.25 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 i 基于单片机的温度控制系统的设计基于单片机的温度控制系统的设计 何腾 电子工程学院 10 级 电子工程 1 班 指导教师：甘露 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。文中 介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、pc 机与 单片机串口通讯电路和一些接口电路 。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：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理 程序、继电器控制程序、超温报警程序。 关键词关键词：at89s51 单片机 ds18b20 温度芯片 温度控制 串口通讯 basedbased temperaturetemperature controlcontrol systemsystem designdesign heteng electronic engineering college 10electronic engineering class1 instructor:ganlu abstract: :this design take at89s51 monolithic integrated circuit as core temperature control systems principle of work and design method. the temperature signal by the temperature chip ds18b20 gathering, and transmits by digital signals way for the monolithic integrated circuit. in the article introduced this control systems hardware part, including: temperature examination electric circuit, temperature-control circuit, pc machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. the monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. in the article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 ii disposal procedure, temperature signal processing procedure, black- white control procedure, excess temperature warning procedure. keywordskeywords：at89s51 monolithic integrated circuit ；ds18b20 temperature chip；temperature control；serial port communication 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 iii 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 1 第一章第一章 方案设计与论证方案设计与论证 1.1 设计要求 设计基于单片计算机的温度控制器，用于控制温度。具体要求 如下 : 1. 温度连续可调，范围为0-40 2. 超调量%20% 3. 温度误差0.5 4. 人 -机对话方便 1.2 工作原理 温度传感器 ds18b20 从设备环境的不同位置采集温度，单 片机 at89s51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一 个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热 和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度 的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器 ) 。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障， 或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到 规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接pc 机 存储温度变化时的历史数 据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。 键盘电路 ds18b20 温度芯片 数据传输 继电器 2加热器 pc 机 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 2 工作原理图 1.3 主控制部分 ds18b20 是 dallas 公司生产的一线式数字温度传感器，它具 有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特 别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将 温度转化成串 行数字信号（按9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线 上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚to-92 小体积封 装形式，温度测量范围55 125，可编程为9 12 位 a/d 转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩 展的16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业 可采用寄生电源方式产生，多个ds18b20 可以并联到三根或者 两根线上，cpu 只需一根端口线就能与多个ds18b20 通信， 占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可 以看出ds18b20 可以 非常 方便的被用于远距离多点温度检测系 统 。 综上，在本系统中我采用温度芯片ds18b20 测量温度。该 芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形 at89s51 8bit cpu 数据显示 继电器 1 n 压缩制冷器 max232 电平转 换芯片 片 超温报警 输入电源 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 3 较好。在0100 摄氏度 时，最大线形偏差小于1 摄氏度 。 该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。 图 1-1 温度芯片ds18b20 1.4 测量部分 at89s51 是一个低功耗，高性能cmos 8 位单片机，片内 含 8k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写 1000 次的flash 只读程序存储器，器件采用atmel 公司的高 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51 指令系统及 80c51 引脚结构，芯片内集成了通用8 位中央处理器和isp flash 存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51 可为许 多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89s51 具有如下特点：40 个引脚，4k bytes flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ram）， 32 个外部双向输 入 /输出（ i/o）口， 5 个中断优先级2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗 （ wdt）电路，片内时钟振荡器。 此外， at89s51 设计和配置了振荡频率可为0hz 并可通过 软件设置省电模式。空闲模式下，cpu 暂停工作，而ram 定 时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器 而保存ram 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复 位。同时该芯片还具有pdip、 tqfp 和 plcc 等三种封装形式， 以适应不同产品的需求。 由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 4 单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 a tmel 公司的 a t89s51 单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由 于 a t89s51 芯片内含有4 kb 的 e2prom ,无需外扩存储器 ,电 路简单可靠 ,其时钟频率为 0 24 mhz ,并且价格低廉 , 批量价在 10 元以内。 其 主要功能特性： 兼容mcs-51 指令系统 4k 可反复擦写 (1000 次） isp flash rom 32 个双向i/o 口 4.5-5.5v 工作电压 2 个 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 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。 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 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 5 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1-1 为 p1 口第二功能。 表 1-1 p1 口第二功能 端口引 脚 第二功能 p1.5 mosi（用于isp 编程） p1.6 miso（用于isp 编程） p1.7 sck（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。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 6 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1-2。 表 1-2 p3 口的第二功能 端口功能第二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：第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 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 7 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，高有两次有效的psen 信号。 ea/vpp：外部访问允许。欲使cpu 公访问外部程序存储器 （地址0000h ffffh）， 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。 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： 特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的片内空间分存如下图1-2 所示。 图 1-2 auxr辅助寄存器 双时钟指针寄存器：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。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 8 图 1-3 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 部存储器。在at89s51,假如接至vcc（电源），程序首先执 行从地址0000h 0fffh（ 4kb）内部程序存储器，再执行地址为 1000h ffffh（ 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，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1-4 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 9 图 1-4 at89s51 单片机引脚图 第二章第二章 各单元的设计各单元的设计 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 10 2.1 键盘单元 在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理 程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按 键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两 种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反 转法。 首先辨别键盘中有无键按下，有单片机i/o 口向键盘送全 扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 00h，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器a 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行 线不全为1。键盘共有16 个按键，用于方便设定温度。 数字按键，输入数字0-9； ， 设置的确认，修改设置温度时进行确认； 设置的清除，修改设置温度时进行删除； 开启电源； 关闭电源； 显示及设置转换到温度点1，按此按键后，显示预设 置温度的数码管闪烁； 显示及设置转换到温度点2，按此按键后，显示预 设置温度的数码管闪烁。 2.2 温度控制及超温和超温警报单元 当采集的温度经处理后超过规定温度上限时，单片机通过 f1 确认 清除 f2 09 关闭 开启 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 11 p1.4 输出控制信号驱动三极管 d1 ，使继电器 k1 开启降 温设备 ( 压缩制冷设备 ) ：当采集的温度经处理后低于设定 温度下限时，单片机通过 p1.5 输出控制信号驱动三极管 d2 ，使继电器 k2 开启升温设备 ( 加热器1) 。当由于环 境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感 头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限 内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。具体电路连 接如图 2-1 所示。 图 2-1 具体电路连接图 2.3 温度控制器件单元 采用温度芯片ds18b20。使用集成芯片，能够有效的减小外 界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。 2.4 温度测试单元 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 12 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。 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，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2-2 所示。 图 2-2 单片机控制信号 其原理是：当继电器突然断电时，继电器产生很大的反向电流。 二极管的作用是将反向电流分流，使流过三级管8050 的电 流比较小，达到保护三极管8050 的作用。 2.5 七段数码管显示单元 本部分电路主要使用七段数码管和移位寄存器芯片 74ls164。单片机通过i2c 总线将要显示的数据信号传送到移位 寄存器芯片74ls164 寄存，再由移位寄存器控制数码管的显示， 从而实现移位寄存点亮数码管显示。由于单片机的时钟频率达到 12m，移位寄存器的移位速度相当快，所以我们根本看不到数据是 一位一位传输的。从人类视觉的角度上看，就仿佛是全部数码管同 时显示的一样。具体见实际连线图如图5-3。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 13 当清除端（clear）为低电平时，输出端（qa qh）均为 低电平。 串行数据输入端（a， b）可控制数据。当 a、 b 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端 （ clock）脉冲上升沿作用下 q0 为低电平。当 a、 b 有一 个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 clock 上升 沿作用下决定 q0 的状态，逻辑封装图如图2-3： 图 2-3 逻辑封装图 引出端符号：clock 时钟输入端；clear 同步清除输入端 （低电平有效）； a， b 串行数据输入端；qa qh 输出 端。真值表：表2-1 表 2-1 真值表 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 14 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:22-sep-2004sheet of file:e:documents and settings 89s51-.ddbdrawn by: a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds6 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds7 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds8 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds9 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds13 a bf c g d e vcc 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 ds16 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u16 74ls164 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u13 74ls164 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u12 74ls164 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u14 74ls164 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u15 74ls164 a 1 b 2 qa 3 qb 4 qc 5 qd 6 clk 8 clr 9 qe 10 qf 11 qg 12 qh 13 u9 74ls164 +5v+5v+5v+5v+5v+5v r1r2r3r4r5r6 +5v+5v+5v+5v+5v+5v sda scl 图 2-4 实际连线图 2.6 接口通讯单元 max232 资料简介： 该产品是由德州仪器公司（ti）推出 的一款兼容rs232 标准的芯片。由于电脑串口rs232 电平是 -10v +10v，而一般的单片机应用 系统的信号电压是ttl 电 平 0 +5v,max232 就是用来进行电平转换的,该器件包含2 驱 动器、 2 接收器和一个电压发生器电路提供tia/eia-232-f 电平。 该器件符合tia/eia-232-f 标准，每一个接收器将 tia/eia-232-f 电平转换成5-v ttl/cmos 电平。每一个发送 器将ttl/cmos 电平转换成tia/eia-232-f 电平。 主要特点 ： 1、单5v 电源工作 2、 linbicmostm 工艺技术 3、 两个驱动器及两个接收器 4、 30v 输入电平 5、低电源电流：典型值是8ma 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 15 6、符合甚至优于ansi 标准 eia/tia-232-e 及 itu 推荐标准 v.28 7、 esd 保护大于mil-std-883（方 法 3015）标准的2000v 5 1 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之 间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件， 比如电脑的串口是rs232 电平的，而单片机的串口是ttl 电 平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我采用了专用芯片 max232 进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是 还是用专用芯片更简单可靠。 在本设计中采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的 9 针串口只连接其中的3 根线：第5 脚的gnd、第2 脚的 rxd、第3 脚的txd。这是最简单的连接方法，但是对我来说已经 足够使用了，电路如下图所示，max232 的第10 脚和单片机 的 11 脚连接，第9 脚和单片机的10 脚连接，第15 脚和单 片机的20 脚连接 ，串口通讯具体如图2-5 图 2-5 通讯接口连线图 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 16 第三章第三章 电源输入单元电源输入单元 控制系统主控制部分电源需要用5v直流电源供电，其电路 如图 3-1所示，把频率为50hz、有效值为220v的单相交流电压 转换为幅值稳定的5v直流电压。其主要原理是把单相交流电经 过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流 电压。 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和 电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到 降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转 换成直流电压。 由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到 负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。 稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电 阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。本电路使用集 成稳压芯片7805解决了电源稳压问题。 d1 t1 220uf c5 220uf c8 0.1uf c6 0.1uf c7 7805 1 2 3 出220v 出出5v出出出出 5v 470 r3 res2 d2 vcc 出出出出 图 3-1 电源部分连线图 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 17 第四章第四章 程序设计程序设计 4.1 程序结构分析 主程序调用了5 个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫 描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、单片机 与 pc 机串口通讯程序。 键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及 进入相应的程序。 温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行 判断和显示。 数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。 继电器控制程序：控制继电器动作 串口通讯程序：实现pc 机与单片机通讯，将温度数据传送 给 pc 机。 图 4-1 程序结构图 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电 网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降 压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换 成直流电压。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 18 由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负 载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。 稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电 阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。 4.2 主程序（流程图） 程序开始的时候先设置初始化，然后就控制数码管显示当前温 度。接着就判断f1、 f2 按键是否被按下。按下f1 进入温 度控制点1 的程序、按下f2 进入温度控制点2 的程序。程 序控制设置温度的两个数码管闪烁的，此时键盘输入有效。有按 键按下的时候进入按键处理程序。按下“确定 ”按键后，程 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 19 序进入判断程序和继电器控制程序。继电器动作后，程序回到显 示当前程序，并开始循环。 4.3 程序代码（详见附录 程序清单） 第五章第五章 测试分析测试分析 5.1 环境测试 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 20 环境温度28 摄氏度 ，室内面积20 平方米 测试仪器：数字 万用表，温度计0-100 摄氏度 5.2 测试方法 使系统运行，采用温度计同时测量室内度变化情况，得出系统测 量的温度。 5.3 测试结果 设定温度由0 摄氏度 到 40 摄氏度 标定温差=1 摄氏度 调节时间 15s（具体视现场情况）静态误差=0.5 摄氏度 最大超调量1 摄氏度 5.4 测试结论 通过测试分析，对于实际室 内的温度控制，可以再提出以 下 2 点方法 ： 增加传感器个数，对各个温度传感器采集的数据 进行求算术平均，可得到较为准确的温度值。 对实际 室 内的温度控制，可采用功率较大的电炉，并且通过风扇对箱内温度 进行充分搅和，降温设备可采用空气压缩机等制冷设备。 通过实验测试和分析，发现虽然传感器的温度采集精度最高可得 到 0.06 ，但测试得到的数据最小间隔为 0.03 。 通过分析，当对浮点数求平均处理时，遇到同一时刻两个传感头 采集的温度相差不大，使 0.06 时求出平均温度变为 0.03 为了解该数据是否真实，可采用一个高精度的数字温度计 测试，发现读出的值与其基本一致。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 21 结结 论论 在 工业 生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保 证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速 性要求不高。在论文中简单分析了单片机温度控制系统设计过程 及实现方法。本系统的测温范围为-10 40， 温度检测系 统根据用户设定的温度范围完成一定范围的温度控制。 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 22 89s51 的时钟最高可达12m， i/o 口可达32 个，高的时钟 频率和丰富的i/o，都为我们实现电路功能提供了非常有利的条 件。同时也因为开发环境友好，易用，方便，大大加快本系统设计 开发。 本制作的设计中使用了继电器控制的只是插座电路，因此，该系 统的可扩展性很强。随着插入插座的电器的不同，可以实现许多其 它功能的电路。 致致 谢谢 两年 的 电子科大专升本自考读书生活在这个季节即将划上一 个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开 始。 在这两年的求学生涯中 师长、亲友给与了我大力支持， 在这个翠绿的季节我将迈开脚步走向远方，怀念，思索，长长的问 号一个个在求学的路途中被知识的举手击碎，而人生的思考才刚刚 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 23 开始。感谢我教书育人的老师，我不是 你们 最出色的学生， 而 你们 却是我最尊敬的老师。大学时代的老师治学严谨，学 识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。 授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不 仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了对待知 识，走向社会的思考方式。在这里尤其要感谢刘建林老师，从论 文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思 考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村” 。 感谢 父母 ，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报； 感谢同学在我遇到困境时向我伸出援助之手，同窗之谊我们社会再 续；感谢这段时间对我帮助给与关怀的叔叔，阿姨，是你们让我看 到了人间真情暖人心，激励我时时刻刻努力，奋发向上，排除万难 勇往直前。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进 入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我 无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最 后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学， 以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 参考文献参考文献 1.曹巧媛主编. 单片机原理及应用(第二版 ). 北京 :电子 工业出版社,2002 2.全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子 设计竞赛获奖作品选编(2001), 北京 :北京理工大学出版 社， 2003 3.何力民编. 单片机高级教程. 北京 :北京航空大学出版社, 2000 4.金发庆等编. 传感器技术与应用.北京机械工业出版社, 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 24 2002 5.王锦标，方崇智过程计算机控制北京：清华大学出版社， 1997； 36 40 6.邵惠鹤工业过程高级控制上海：上海交通大学出版社， 1997； 5862， 78101 7.胡寿松自动控制原理北京：国防工业出版社， 2000； 103124 8.刘伯春智能pid 调节器的设计及应用电子自动化， 1995； (3)： 20 25 9.katsuhiko ogata moden control engineering publishing house of electronics industry， 2000： 1 96202 10. 周润景，张丽娜基于proteus 的电路及单片机系统设计 与仿真 m北京 :航空航天大学出版社 ,2006.p321 p326 11. 王忠飞，胥芳mcs-51 单片机原理及嵌入式系统应用 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4ah ds18ads equ 4bh ds18dq equ p1.0 ;30h,31h,32h,33h: 确认温度控制箱上 的开关全部打到关 的状态 接上温度芯片，连 接好电路，接上电 源，打开开关 按 f1 或 f2 进行 温度点 1 或温度 点 2 的设定 系统开始工作， 直至工作结束， 关闭电源 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 26 x 个位 十位 x mod7: mov sp,#60h lcall get_temper ;调用读温度子程序 lcall readcode ajmp mod7 init_1820: ;ds18b20 初始化 setb ds18dq clr ds18dq ;延时 ,500us 低 mc mov r7,#250 djnz r7,$ mov r7,#150 djnz r7,$ setb ds18dq ;释放总线 lcall delay60us ;15-60us 的等待时间 mov r6,#4 setdsdq: lcall delay60us jnb ds18dq,setdsdqfh ;60-240us 内是否有返回信号,为 0 跳 djnz r6,setdsdq mov r7,#250 djnz r7,$ clr ds18fig ret setdsdqfh: setb ds18fig mov r7,#250 djnz r7,$ mov r7,#100 毕业设计论文基于单片机的温度控制系统 27 djnz r7,$ ret; 数据处理程序： temp0: inc a ajmp temp1 tempcov: mov a,ds18sl ;数据处理子程序 tempcov mov b,#16 div ab jb b.3,temp0 temp1: mov 34h,a ;将 ds18sl 的高四位右移四位,存入 34h 中（温度值） mov a,b ;将 ds18sl 的低四位x10/16 得小数后 一位数 . mov b,#10 mul ab mov b,#16 div ab mov 30h,a ;将小数后一位数.存入30h 中 mov a,ds18sh ;ds18sh 中存放高8 位数 ,权 重 16