(精品)基于AT89S52单片机的温度控制设计(2013年优秀毕业设计)

亮坤科技专业提供电子类毕业论文和课程设计，QQ：1374402648；邮箱：1374402648电 子 信 息 与 电 气 工 程 系课程设计报告设计题目： 温室控制系统设计 系 别： 电子信息与电气工程 年级专业： 学 号： 指导教师： 2009 年 12 月 30 日计算机控制系统综合实践设计任务书设计题目温室控制系统设计设计类型工程设计类导师姓名主要内容及目标（1） 以at89s52为控制器，对温度实时采集，经ADC0809转化成数字量送入控制器，在通过驱动电路控制电机和灯泡降温或加热，用LCD1602显示。（2）采集不同的温度，执行不同的加热和降温动作，实行P调节。（3）当温度高于TH时，会有声、光提示，当温度低于TL时，会有声、光提示。（4）可通过按钮设置植物适宜的温度范围TL和TH。（5）处理温度数据采用中值和平均值滤波法。具有的设计条件1 PC机一台；2 AT89S52单片机最小系统版一片；3 Keil和proteus软件；4 Protel Dxp 2004；计划学生数及任务学生数：3人（1）：明确课题对程序功能，运算精度等方面的要求及硬件条件（2）：把复杂问题分解为若干模块，确定各模块处理方法，画出流程图；（3）：编制程序，根据流程 图精心选择合适的指令和寻址方式来编制源程序；（4）：对程序进行汇编，调试和修改，直到程序运行结果正确为止；（5）：尽量做出实物。计划设计进程第一周设计任务：（1）：明确课题对程序功能，运算精度等方面的要求及硬件条件（2）：把复杂问题分解为若干模块，确定各模块处理方法，画出流程图。第二周设计任务：（3）：编制程序，根据流程图精心选择合适的指令和寻址方式来编制源程序（4）：对程序进行汇编，调试和修改，直到程序运行结果正确为止。（5）：尽量做出实物，是整个系统在硬件上可以实现。参考文献1于海生 等 计算机控制技术 机械工业出版社2顾栤 赵伟军 王泰 单片机计算机原理开发应用 高等教育出版社3张洪润 蓝清华 单片机应用技术教程 清华大学出版社摘要 随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计以保质、节能、安全和方便为基准，设计了一套温室温度控制系统，能实现在535范围内设定控制温度，当温室温度高于35时高温时，采用声、光报警；当温度低于5低温时，采用声，光报警提示；可通过按键设置温室适宜温度范围TL和TH；当温度不在TL和TH范围内可自动通过加热器或降温器自动补偿，用pwm控制占空比，实行各种动作，并用LCD1602显示。整个系统控制器为AT89S52，前向通道包括温度采集电路、A/D转换电路及按键输入电路；后向通道包括三部分：LCD显示电路，声光报警电路以及控制加热器或降温器的驱动电路及执行器。利用8位A/D转换器，完成对温室温度的实时采样与模数转换，通过数字滤波消除扰动干扰，并对温度值进行P运算处理，以调节加热或降温功率大小。同时通过LCD1602显示当前温度，可以直接观察温度的变化，并根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对温度的采样和控制。关键词：AT89S52 ADC 数字滤波 LCD1602目录摘要2正文41.引言41.1本课程设计的目的与意义41.1.1 设计的目的41.1.1 课程设计的与意义41.2 设计任务51.2.1 设计内容51.2.2 设计要求52.温室控制系统总体设计63温室控制系统硬件设计63.1 微处理器电路63.2电源模块设计73.3温度传感器选择83.3.1温度传感器AD590基本知识83.3.2 AD590的电路设计83.4 AD转换器的选择93.4.1 ADC0809的内部逻辑结构103.4.2 引脚结构103.4.3 ADC0809应用说明113.5按键输入和显示模块123.5.1 按键输入123.5.2 显示模块123.6 输出控制电路133.7温室控制系统硬件原理图144 .温室控制系统软件设计144.1 程序设计思想144.2 主程序流程图154.3 中断程序流程图154.4平均中值滤波法165.系统测试175.1温室系统仿真测试175.2功能测试185.2.1温度采集显示185.2.2自动升温降温显示185.2.3声光报警显示195.2.4温室温度调整显示195.3测试总结206.设计总结21参考文献21附录22正文1.引言工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机AT89S52数字钟的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。1.1本课程设计的目的与意义1.1.1 设计的目的通过该课程的学习使我们对计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。1.1.1 课程设计的与意义计算机控制系统课程是我们自动化专业在这个学期学的一门专业课程。通过该课程的学习使我们对微机系统有一个基本的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法。而通过计算机控制系统课程设计还进一步锻炼了同学们在计算机应用方面的实际工作能力。计算机科学在自动化控制应用上得到了飞速发展，因此，学习这方面的知识必须紧密联系实际,掌握这方面的知识并更要强调解决实际问题的能力。我们要着重学会面对一个实际问题，如何去自己的收集资料，如何自己去学习新的知识，如何自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地提高分析和解决问题的能力。1.2 设计任务1.2.1 设计内容设计一温室温度控制系统，该系统能准确测量温室温度，能实现在535范围内设定控制温度，当温室温度高于35时高温时，采用声、光报警；当温度低于5低温时，采用声，光报警提示；可通过按键设置温室适宜温度范围TL和TH；当温度不在TL和TH范围内可自动通过加热器或降温器自动补偿，用pwm控制占空比，实行各种动作，整个系统用LCD显示，便于操作。1.2.2 设计要求 1. 总体方案设计2. 控制系统的建模和数字控制器设计3. 硬件的设计和实现1) 选择计算机字长(选用 51内核的单片机)2) 设计支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等)；3) 设计输入信号接口电路；4) 设计信号输出控制电路；5) 其它相关电路的设计或方案(电源、通信等)。4. 软件设计1) 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；2) 编写A/D转换和位置检测子程序框图；3) 编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；4) 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)框图。5、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图2.温室控制系统总体设计根据任务书分析可知，该系统需要人机界面（按键输入、LCD1602显示），AD采样，驱动电路，执行器件，报警部分以及单片机控制部分等模块组成，并且可以得到以下硬件系统框图2-1所示：图2-1 系统结构框图3温室控制系统硬件设计3.1 微处理器电路 选用AT89S52单片机。该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4K FLASH工艺的程序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为12MHz，一个指令周期为1S。使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统电路如下图3-1： 图3-1 AT89S52最小系统电路3.2电源模块设计采用220V交流电供电，使用变压器、整流桥、滤波电路及稳压电路设计出12V电路和5V电路。具体电路如图3-2所示： 图3-2 12V和5V电源电路3.3温度传感器选择 根据任务要求我们选择了AD590作为温度传感器，根据电阻分压，实现由温度到电压值的转换，在AD590接口串接一个10K的电阻在接地，即可产生10（273.2+T）mV，为了避免负载效应，这个电压需经过一个运算放大器所组成的缓冲器。同时根据运算放大器的讲法功能设计一个电路，使得0时，经过10K对应的电压为0V。然后再把电压值送到AD采样的输入端进行AD采样。3.3.1温度传感器AD590基本知识 AD590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4V30V，检测的温度范围为55150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1uA，AD590温度与电流的关系如表1所示。摄氏温度AD590电流经10K电压0273.2 uA2.732V10283.2 uA2.832 V20293.2 uA2.932 V30303.2 uA3.032 V40313.2 uA3.132 V50323.2 uA3.232 V60333.2 uA3.332 V100373.2 uA3.732 V表 1 3.3.2 AD590的电路设计 为了避免负载效应，这个电压需经过一个运算放大器所组成的缓冲器。同时根据运算放大器的减法功能设计一个电路，使得0时，经过10K对应的电压为0V，使得AD590温度与电流的关系如表2所示。摄氏温度AD590电流经10K电压00uA0V1010uA0.1 V2020uA0.2 V3030uA0.3 V4040uA0.4V5050uA0.5 V6060uA0.6V100100uA1 V表2具体温度传感器设计电路如图3-3所示：图3-3 AD590温度采集电路3.4 AD转换器的选择 因为温度变化范围是-50-50度，理论上AD位数只要7位（128级）就够了，所以系统采用了经典的ADC0809（8位AD）作为AD采样芯片。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。3.4.1 ADC0809的内部逻辑结构8路模拟量开关8路A/D转换器三态输出锁存器地址锁存与译码器IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ABCALEVREF(+)VREF(-)OEEOCD0D1D2D3D4D5D6D7CLKST 图 3-4ADC0809的内部逻辑结构由图3-4可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图3-5 ADC08093.4.2 引脚结构IN0IN7：8条模拟量输入通道引脚结构 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表3所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表 3数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.4.3 ADC0809应用说明 ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机。 ADC0809设计电路如图3-6所示： 图3-6 ADC0809电路图 3.5按键输入和显示模块3.5.1 按键输入 需用4个按钮对植物的最适宜温度范围进行设定，所以系统直接采用非编码方式，无需使用键盘，为了降低抖动所产生的噪声，采用RC电路来控制抖动电压，这种方式简单而又有效，所增加成本和电路复杂度都不高，是一种实用的硬件防抖电路。如图3-7所示：图3-7 RC按键输入电路3.5.2 显示模块系统采用LCD1602，显示当前温度，植物适宜温度TH和TL，及加热和降温的占空比，P0和P2.5-P2.7作为输出口，控制LCD显示器， 如图3-8所示： 图3-8 LCD1602显示电路3.6 输出控制电路 用两个LED指示加热或制冷的状态，51单片机的低电平驱动能力较强，LED可以直接连接单片机的I/O口；单片机输出PWM波经驱动电路从而控制加热或制冷的转速的大小，当温度过高过低时，产生声、光提示，其电路如下图3-9和3-10所示： 图3-9 驱动执行电路 图3-10 报警和提示电路3.7温室控制系统硬件原理图 有上述各个模块的硬件设计得出温室控制系统总体原理图见附录一。4 .温室控制系统软件设计4.1 程序设计思想由系统设计要求可得出任务需求，我们通过分析总结得出以下功能，如表4所示：工作模式适宜温度实际温度制冷电机加热灯泡红灯绿灯声光报警正常152520不工作不工作灭灭不报警加热152511不工作工作亮灭不报警 制冷152530工作不工作灭亮不报警高温报警152538工作不工作灭亮报警低温报警15250不工作工作亮灭报警 表44.2 主程序流程图主程序流程图如图4-1所示： 图4-1 主程序流程图主程序实现的功能是调用各个子函数，实现循环控制，对温度实时采集。4.3 中断程序流程图T0中断流程图如图4-2所示： 图4-2 T0中断流程图T0中断实现的功能是给ADC0809提供时钟信号，对温度信号采样。T1中断流程图如图4-3所示： 图4-3 T1中断流程图T1中断实现的功能是产生PWM控制信号，控制电机和灯泡的降温和加热程度。4.4平均中值滤波法平均中值滤波法是对某一参数连续采样N次，然后把N次采样值按从小到大的顺序排队，再去掉较大值和较小值，然后再给其余值求平均值。该滤波法适合于去掉偶然因素引起的波动及采样器不稳定而引起的脉动干扰，可以精确地采集到实时温度。具体程序流程图如4-2所示： 图4-2 滤波流程图5.系统测试5.1温室系统仿真测试通过各个模块的搭建，得出系统仿真测试图如下：图5-1系统仿真原理图5.2功能测试5.2.1温度采集显示当温度传感器采集到数据时会在LCD上显示当前温度，同时LCD上显示出温室温度适宜范围TH和TL且有当前温度占空比显示，如图5-2所示：图5-2温度显示R显示占空比，T显示当前温度，TH、TL显示温室温度适宜范围。5.2.2自动升温降温显示当温度低于TL的温度时，会有加热器加热且有灯光提示，如图5-3所示： 图5-3升温显示当温度高于TH的温度时，会有降温器降温且有灯光提示，如图5-4所示： 图5-4降温显示5.2.3声光报警显示当温度高于温室温度35和温度低于5低温时，不但有自动升温降温显示，同时还有声，光报警提示，如图5-5所示： 图5-5声光报警显示5.2.4温室温度调整显示通过4个按键分别控制温室温度适宜范围TH和TL，如图5-6所示： 图5-6温室温度调整显示5.3测试总结在硬件电路设计的时候考虑了很多实际上的问题，比如按键输入，采用RC去抖电路，但去不知道RC的参数如何去确定，通过自己的查找资料学习，通过按键去抖时间及RC充电常数，最终通过计算设计出R=10K，C=0.33uF。此外还有驱动电路的设计，考虑内阻，发热情况，驱动电流等综合因数来选择，每一个设计都要让理论和实际相结合。在软件上选择ADC芯片时要考虑其分辨率及采样时间，看是否吻合温度的采集。在写程序时，要先画好流程图，把每个模块弄好，然后再综合调试，采用自底而下的设计方案。在用一个芯片时，首先在掌握它的功能和用法，然后才可以如何去编写程序，去实现我们要完成的功能，在不断地学习和实践中完成。6.设计总结通过此次计算机控制技术的课程设计，我们学会了怎样把所学的书本知识应用于实践中去，并学会了如何使用仿真软件来调试程序。实践过程中我们遇到了一些困难，但在解决问题的过程中，我们学会了团队合作精神和怎样发现问题、分析问题，进而解决问题。此次课程设计不仅增强了我们学习专业课的兴趣，而且给了我们勇气和信心，更重要的是它为我们以后的学习指明了方向。在设计中我们遇到了很多问题，从一个任务书我们开始分析，首先我们开始分析硬件上设计，从各个模块设计，每一个部分我们都研究了很久，从电源模块，温度采集模块，ADC转换模块，微控制器，声光报警提示模块及驱动电机的执行模块都是精心的设计，在实行中我们遇到了很多困难，每一次都是通过查找资料，询问老师，自己研究得出了自己的方案，比如温度采集装置，我们采用AD590，首先加入了电压跟随器作缓冲器，实行阻抗变换，加大负载能力，然后就是存在一个问题就是由于AD590的工作原理决定，在0C时的电压是2.732V，这样感觉何不人性化，而且不符合设计的要求，我想通过自己，设计一个电路使在0C时对应的电压时0V，经过自己的查找资料和模电知识的学习，设计了减法的运放电路，完成了此次的标准。这让我明白学习是要不断地探究和努力而成的，要把自己所学的知识用在上面，在通过学习完善自己的知识体系。看着自己设计制作的东西能正常的工作，我们内心有了一钟非比寻常的自豪感和成就感，有本次课程设计我们学会了很多的东西。我们真心的感谢系领导能给我们这一锻炼自己动手能力的机会，更非常感谢丁健老师和干开峰老师的细心指导！参考文献1 于海生 编计算机控制技术 机械工业出版社 2007年5月2 谭浩强 编C程序设计 清华大学出版社3 康华光 编电子技术基础 模拟部分 高等教育出版社 1998年8月4 余锡存 编单片机原理与接口技术 西安电子科技大学出版社，2003年。附录附录一：硬件原理图附录2：程序清单/*=计算机控制技术课程设计=*/ 题目：温室控制系统的设计 组员：朱明亮 胡键 孙旺灯 功能：能实现在535范围内设定控制温度，且当温室温度高于35时高温时，采用声、光报警；当温度低于5低温时，采用声，光报警提示；可通过按键设置温室适宜温度范围TL和TH；当温度不在TL和TH范围内可自动通过加热器或降温器自动补偿。#include#include lcd_1602.h#include Ad0809.hunsigned char tt;bit tlflag,thflag;unsigned int dat;#include temperatureCtrl.h/*显示*/void DispInit()Lcd_DisplayString(0,0,R: % T: . C);Lcd_DisplayString(0,1,TL: C TH: C );void Display(unsigned int v,unsigned int th,unsigned int tl)/unsigned char temp;/temp=dat/162;Lcd_DisplayOneChar(2,0,dat/10+0x30); /占空比Lcd_DisplayOneChar(3,0,dat%10+0x30);/t=v*3/2;/温度公式设为：v*3/2Lcd_DisplayOneChar(11,0,v/100+0x30); /CurrentTemperatureLcd_DisplayOneChar(12,0,(v%100)/10+0x30);Lcd_DisplayOneChar(14,0,v%10+0x30);Lcd_DisplayOneChar(3,1,tl/100+0x30); /LowTemperatureLcd_DisplayOneChar(4,1,(tl%100)/10+0x30);Lcd_DisplayOneChar(12,1,th/100+0x30); /HighTemperatureLcd_DisplayOneChar(13,1,(th%100)/10+0x30);void main()unsigned int volt0,volt1,temp,a10=0;unsigned char flag;/键盘按下标志unsigned int TH,TL;/最适温度范围TL=150;TH=300;AdInit();Lcd_Init();DispInit();while(1)volt0=Ad0809Filter(a);if(volt1!=volt0)/当两次测温不等则显示，节省重复显示时间volt1=volt0;temperatureCtrl(volt1,TH,TL);Display(volt1,TH,TL);keyscan(&TH,&TL,&flag);if(flag)flag=0;/清按键标志位temperatureCtrl(volt1,TH,TL); /Display(volt1,TH,TL);/*ADC0809子程序*/#define AdData P1sbit AdClock=P20;sbit AdStart=P21;sbit AdEoc=P22;sbit AdOe=P23;/*T0中断服务程序产生时钟*/void time0(void) interrupt 1AdClock=AdClock;/*系统初始化*/void AdInit()EA=1;/开总中断TMOD=0x12;/设定定时器T0工作方式2T1为工作方式1TH0=216;/利用T0中断产生CLK信号TL0=216;TR0=1;/启动定时器T0ET0=1;AdStart=0;/AD0809初始化AdOe=0;/-TH1=(65536-20000)/256;/定时器T1定时20ms用来控制电机PWMTL1=(65536-20000)%256;ET1=1;TR1=1;/*AD0809读数据*/unsigned int Ad0809()unsigned int voltage;AdStart=0;AdStart=1;AdStart=0;AdStart=0;while(AdEoc=0);/转换等待AdOe=1;voltage=AdData;AdOe=0;return voltage;/*AD0809滤波函数*/unsigned int Ad0809Filter(unsigned int *a)unsigned char i,j;unsigned int temp;/a0=Ad0809();/采样一个数据放到a0中for(i=0;i10;i+)/采样10个数据ai=Ad0809();for(i=0;i9;i+) /数据排序for(j=i+1;jaj)temp=ai;ai=aj;aj=temp;temp=0;for(i=2;i8;i+)/取中间6位数据temp+=ai;return temp/3;/2倍数值/常用指令：0x18-屏幕左移 0x1c-屏幕右移#define Lcd_Data P0void Lcd_Init(void);/lcd显示void Lcd_Delay(unsignedintDelay_Time);void Lcd_DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void Lcd_DisplayString(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char *DData);sbit Lcd_RS=P25;sbit Lcd_RW=P26; sbit Lcd_E=P27;/*lcd延时函数*/voidLcd_Delay(unsignedintDelay_Time)while(Delay_Time-);/*Lcd读状态函数*/void Lcd_ReadStatus(void) Lcd_Delay(100);/*/*Lcd写数据程序*/voidLcd_WriteData(unsignedcharTempData)Lcd_ReadStatus(); Lcd_Data = TempData;Lcd_RS = 1;Lcd_RW = 0;Lcd_E = 0; Lcd_E = 0; Lcd_E = 1;/*/*Lcd写指令函数*/voidLcd_WriteCmd(unsignedcharTempData,unsignedcharBuysC)if (BuysC) Lcd_ReadStatus();Lcd_Data = TempData;Lcd_RS = 0;Lcd_RW = 0;Lcd_E = 0;Lcd_E = 0;Lcd_E = 1;/*/*Lcd初始化函数*/void Lcd_Init(void) /LCM初始化Lcd_Data = 0;Lcd_WriteCmd(0x38,0); /三次显示模式设置，不检测忙信号Lcd_Delay(6000);Lcd_WriteCmd(0x38,0);Lcd_Delay(6000);Lcd_WriteCmd(0x38,0);Lcd_Delay(6000);Lcd_WriteCmd(0x38,1); /显示模式设置,开始要求每次检测忙信号Lcd_WriteCmd(0x08,1); /关闭显示Lcd_WriteCmd(0x01,1); /显示清屏Lcd