基于单片机的温度控制

第一章 绪论株洲师范高等专科学校物理与电子工程系毕业论文基于单片机的温度控制姓 名： 李玉兰 指导老师： 肖利君 专 业： 应用电子技术 班 级： 07级应电班 学 号： 04207123 时 间： 2010-5-5至2010-5-28 25摘 要单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它具有低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展.的特点。采用单片机来控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用STC89C52RC单片机作为主控制芯片。板载键盘开关/LED显示器，程序员设定为温度测量电路的输入接口。温度控制电路是通过DS18B20单总线数字温度计温度器实现的。温度传感器是一种单总线型温度测量器件,具有直接的数字信号,可采用总线供电,在同一根总线上可接多个传感器,构成多点测温网络,是温度场监控系统的理想选择。本系统包括温度传感器，温度显示模块和温度调节驱动电路其中温度传感器为数字温度传感器DS18B20，包括了单总线数据输出电路部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 关键字：STC89C52RC主控制器、温度控制、显示电路AbstractMonolithic integrated circuits are on high performance and variety, it has a low TDP, small volume, large capacity and performance and low price and the external circuits, and within a few aspects of development. A monolithic integrated circuits to control is not only has a great convenience, flexibility and advantages, and can greatly increase was charged with the temperature of the indicators, and can greatly improve product quality and quantity This design adopts stc89c52rc monolithic integrated circuits as the control. the led display is a switch, the programmer to temperature measuring circuit of the input port Temperature control circuit is through ds18b20 the bus number to the thermometer the temperature. the temperature sensor is a simple linear temperature measuring device, has direct figures, but the bus and on buses can get more censors, constituting more temperature network, the temperature field in monitoring system is the ideal choiceThis system include temperature sensor and the module displays module and thermoregulation driven circuit from the sensors into figures of the temperature sensors ds18b20, including a list of the data output circuit. the text of every part of the functions and procedure at present.Keyword: TDP stc89c52rc the controller temperature control display circuit目 录摘 要IAbstractI目 录II第一章 绪论1第二章设计总框图与元器件介绍32.1基于单片机的温度控制系统控制总框图32.1.1 基于单片机的温度控制框图如图2.132. 2 8051系列芯片中STC89C52RC简介：42.2.1 STC89C52RC芯片如图2.242. 3 DS18B20传感器介绍：52.3.1 DS18B20的特性 962. 3.2 DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列6第三章各模块电路设计83. 1 电源电路设计83.1.1 电源电路的框图结构如图3.183.2数码管显示电路设计93.2.1 显示电路框图如图3.293.2.2 显示方式93.3晶振电路设计103.4复位电路设计11第四章 软件设计134.1温度控制总流程图134.1.1温度控制总流程图如图4.1134.2 各模块程序设计144.2.1 温度控制子程序144.2.2 温度显示子程序15第五章 总结16参考文献17致谢18附录19附录1：总电路图19附录2：程序20第一章 绪论第一章 绪论温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线麻烦，使单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。设计的目的：为了更好的实现仓库粮食或各类种子的收藏管理,特以一种面向这一方面的设计仓库温度检测器,来实现科学化管理提高管理效率.适宜的温度：各类种子的萌发一般都有最低、最适和最高三个基点温度。温带植物种子萌发，要求的温度范围比热带的低。如温带起源植物小麦萌发的三个基点温度分别为：05， 2531， 3137；而热带起源的植物水稻的三基点则分别为1013，2535，3840。还有许多植物种子在昼夜变动的温度下比在恒温条件下更易于萌发。例如小糠草种子在21下萌发率为53，在28下也只有72，但在昼夜温度交替变动于28和21之间的情况下发芽率可达95。种子萌发所要求的温度还常因其他环境条件（如水分）不同而有差异，幼根和幼芽生长的最适温度也不相同。 不同植物种子萌发都有一定的温度。高于或低于最适温度，萌发都受影响。超过最适温度到一定限度时，只有一部分种子能萌发，这一时期的温度叫最高温度；低于最适温度时，种子萌发逐渐缓慢，到一定限度时只有一小部分勉强发芽，这一时期的温度叫最低温度。了解种子萌发的最适温度以后，可以结合植物体的生长和发育特性，选择适当季节播种科学管理。附录第二章设计总框图与元器件介绍2.1基于单片机的温度控制系统控制总框图2.1.1 基于单片机的温度控制框图如图2.1图2.1系统总框图设计精简实用性强.通过我的温度控制仪调试，我们很明显的可以对仓库科学管理对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其数码管显示呈明显关系下降。因而可以利用外部反映信号做出相应反映，可使温度变化转变单片机驱动继电器动作.又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。2. 2 8051系列芯片中STC89C52RC简介：2.2.1 STC89C52RC芯片如图2.2 图2.2 STC89C52RC芯片STC89C52RC有PDIP封装和PLCC封装,本设计采用PDIP40封装型号,I/O口引脚-P0口,P1口和P2口P3口.(1) 电源和时钟引脚.VCC(40脚)GND(20脚)常压为+5V,低压为+3.3V.(2) XTAL1(19脚),XTAL2(18脚)-外接时钟脚.XTAL1为片内振荡电路的输入端. XTAL2为片内振荡电路的输出端.8051的时钟有两种方式,一种是片内振荡方式,需要在这两个引脚接石英晶体和振荡电容, 振荡电容的值一般选择为10P30P.另一种外部时钟方式即XTAL1接地,外部时钟信号从XTAL2脚输入.(3) RST(9脚)-单片机的复位引脚.P0口(39脚32脚)双向8位I/O口,每个口可以独立控制.51单片机PO口内部没有上拉电阻,为高阻状态,所以不能正常的输出高低电平,因此该组I/O口在使用的时候务必要接上拉电阻,一般我们采用接入10K的上拉电阻.P1口(1脚8脚)-准双向8位I/O口.每个口可以独立操作控制,内带上拉电阻,这种接口输出没有高阻状态,输入也不能锁存,固然不是真正的双向I/O口,之所以称它为” 准双向”是因为该口在作为输入使用前要先向该口进行写一操作,然后单片机内部才可以正确读出外部信号,也就是要使其先要有个准备过程,所以才称准双向口.对52单片机的P1.0引脚的第二功能为T2定时器的外部输入,P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉,重装触发,即T2的外部控制器.P2口(21脚28脚)-准双向8位I/O口,每个口都可以独立操作控制,内带上拉电阻,与P1口相似.P3口(10脚17脚)-准双向8位I/O口,每个口可以独立操作控制,内带上拉电阻,作为第一功能使用时就当作普通I/O口,与P1口相似.作为第二功能使用时,各引脚的定义如表:值得强调的是,P3口的每一个引脚均可以独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能P3口引脚第二功能定义标号引脚第二功能说明P3.010RXD串行输入口P3.111TXD串行输出口P3.212/INTO外部中断0P3.313/INT1外部中断1P3.414T0定时器/计数器0外部输入口P3.515T1定时器/计数器1外部输入口P3.616/WE外部数据存储器写脉冲P3.717/RD外部数据存储器读脉冲2. 3 DS18B20传感器介绍：传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。 同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小8。2.3.1 DS18B20的特性 9（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. 3.2 DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。 DS18B20的引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端(2)GND为电源地(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）2.4 74HC573八进制3态非反转透明锁存器高性能硅门CMOS 器件,SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上操作电压范围：2.0V6.0V低输入电流：1.0uACMOS 器件的高噪声抵抗特性管脚图： 输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZX=不用关心Z=高阻态图2.3 74HC573第三章各模块电路设计3. 1 电源电路设计3.1.1 电源电路的框图结构如图3.1排插变压器桥式整流三端稳压电容滤波图3.1 电源电路 电路原理：由外电路接入220V的电压，经变压器降压，桥式整流电路对降压后的电压进行整流，然后送入三端稳压LM78L05进行稳压，经LM78L05后输出5V左右的直流电压，最后经两个滤波电容对5V左右的电压进行滤波，将处理后的电压送入后面的控制电路。LM78l05的内部结构 由于它只有输入、输出 、公共引出端三端组成，因此称三端稳压器中。三端稳压器（LM78L05）由启动电路、基准电压早路、取样比较放大早路、调整电路和保护电路组成。启动电路主要是提供基极电流，使整个电路进入正常的工作状态，电路启动完毕后便自动切断与放大电路的联系，从而保证不影基准电压电路。保护电路主要是由减流式保护电路与过热式保护电路组成。减流式保护电路的目的是使调整管能在安全区内工作，并使其功耗不超过额定值。三端稳压器应用形式是多种多样的，只要能维持输出端与调整端的电压恒定和调整可控，就可设计出各种电路。由于稳压器的稳定性高和内部电路有完善的保护措施，又具有使用方便、可靠、价格低廉等优点，因此得到广泛应用。3.2 数码管显示电路设计3.2.1 显示电路框图如图3.2图3.2 显示电路图使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。TX实验板用共阴LED显示器，根据电路连接图显示16进制数的编码已列在下表。 共阴数码管码表 0x3f , 0x06 , 0x5b , 0x4f , 0x66 , 0x6d , 0 1 2 3 4 5 0x7d , 0x07 , 0x7f , 0x6f , 0x77 , 0x7c , 6 7 8 9 A B 0x39 , 0x5e , 0x79 , 0x71 , 0x00 C D E F 无显示3.2.2 显示方式静态显示方式LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。动态显示方式动态显示的特点是将所有的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位有效，这样一来就没有必要每个数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路，选亮数码管用动态扫描方式。所谓动态扫描即轮流向各数码管发送字形码和相应的位选。利用发光管的余辉和人眼视觉暂留的作用，使人的感觉好象各数码管同时都在显示。动态显示比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时，应略小于静态显示电路的。图2.3数码管3.3晶振电路设计图3.3 晶振电路晶体振荡电路分为串联与并联晶体振荡电路，图中的电路是以并联的形式出现的。电路原理：由电路可以看出晶体在电路中起电感的作用，它属于电容三点式的振荡电路，振荡由谐振回路的参数决定，晶体作为一个等效的电感，它的L很大，使得Q值很大，其他元件和杂散参数对振荡影响委很小，所以稳定性很高。晶体振荡电路的主要作用是产生正弦性号。例如它常应用与通信系统中的振荡电路，数字系统的时钟产生电路等。3.4复位电路设计图3.4复位电路1为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。 ISA总线的复位信号到南桥之间会有一个非门，跟随器或电子开关，常态时为低电平,复位时为高电平。IDE的复位和ISA总线正好相反，通常两者之间会有一个非门或是一个反向电子开关，也就是说IDE常态时为高电平，复位时为低电平，这里的高电平为5V或3.3V，低电平为0.5V以下的电位。 复位电路工作原理如右图所示，VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。 S松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。第四章 软件设计4.1温度控制总流程图4.1.1温度控制总流程图如图4.1图4.1温度控制总流程图基于单片机的温度控制的设计中，软件设计是本设计的主要内容之一，它采用的主要语言是C 语言，让人一看能够一目了然，C 语言通俗易懂，而且比一般的语言节省空间。设计中采用了一些常用的函数，例如：温度控制函数、温度显示函数、初始化函数、串口发送函数等，还采用了C 语言中一些常用的语句。程序主要是通过一些语句和函数调用来达到控制目的的。4.2 各模块程序设计4.2.1 温度控制子程序温度控制函数1的流程图图4.3温度控制流程图1温度控制函数2的流程图：图4.4温度控制流程图2温度控制采用了两个函数程序进行控制，主要是说明温度在什么范围内，数码管是如何作出相应的反应的，以及数码管在电路的控制过程中是怎样地进行显示了出相应的温度值，控制程序中对这两部分作了详细的说明，语句中已充分体现。程序中采用的都是基本的语法，大部分采用的都是顺序结构。4.2.2 温度显示子程序温度获取并显示函数的流程图：变量定义 除百得商为温度十位 第一个数码管显示 除百取余再除10得商为温度个位 第二个数码管显示 除百取余再除十取余得商为小数位 第三个数码管显示图4.5温度显示温度显示函数是程序的核心，虽然句语都十分简单，但却是必不可少的，算法是一个很敏感的字，温度显示函数对算法作了详细的说明，它详细的算法反应出数码管是如何对温度作出反应而进行显示的。第五章 总结毕业论文代表着大学的终结，完成它既有一种收获感又有一种失落感，可是无论如何它代表我大学的努力与付出，代表我的大学历程。它完工的时候让我想起了很多人，对于教我的老师，我想对你们说：“谢谢你们”。这次论文能够顺利完成，多谢了我的指导老师，没有你的细心指导就没这文章的顺利完成。本文设计的是基于单片机的温度控制，采用单总线数字温度传感器，被控对象温度直接以“单总线”的数字形式传输，大大提高了系统的抗干扰性。文中采用了AT89C51单片机和74HC573锁存器，设计中用到了一些常用的电路，例如：电源电路，复位电路等。通过这次的毕业设计，使我对89C51有了详细的了解和认识，并知道了许多以前不知道的，而74HC573锁存器虽是常用元件，可是我以前从没有用过，所以对它很陌生，但是这次的毕业设计让我对它有了全面的了解和认识，而且基本掌握了它所有的功能，对于一些常用电路也在原有基础了有了更深层的理解，知道了很多以前不知道的知识。一篇毕业论文可真的是让我受益不小，不仅知道了自己的不足，还学到了不小的知识，虽然在遇到不懂时有很多的无奈，还有一丝愁惆，可是从中学到知识的乐趣远远大于了无奈。这次的毕业设计让我深深地了解到电子领域的博大精深，深深地感到自己知识太小了，知道的太小了，也使我对电子行业的兴趣更进了一层。电子产品已经适用于各行各业，可是作为一个学电子专业的我来说，知道的还远远不够。这次的毕业设计让我了解到知识的可贵，也知道了自己的实力，很感谢这份毕业设计让我明白这么多，学到了这么多。在以后的日子里，不管做什么，我都会认真的对待，使自己做什么都有所收获。参考文献1郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M、电子工程出版社，2007年.2康华光. 电子技术基础模拟部分M. 第五版. 科学出版社. 2002年3李小坚. 赵山林. 冯小君. Protel DXP电路设计与制作实用教程M. 第二版. 人民出版社. 2009年4 谭浩强. 张基温. C语言程序设计教程第三版. 高等教育出版社. 2006年4月5 李朝青. 单片机原理及接口技术(第3版). 北京. 北京航天航空大学出版社.2005.6 汪吉鹏. 马云峰.微机原理与接口技术M. 北京 ：高等教育出版社. 20017 邱关源电路第五版 高等教育出版社.致谢在我论文即将完成之际,首先我要感谢我的指导老师肖老师，没有你的精心指导就没有它的顺利完成，生活虽然相处不久，却从你身上学到了许多，必将终身受益。感谢所有教授过我的老师，没有你们的教导，就没有我的今天，你们的支持与鼓励永远是我前进的最大的动力。伴随着青春的脚步，我将开启我人生的另一段旅程，不管将来的我是成为高大的乔木还是矮小的灌木，我都将以生命的绿色向老师祝福感谢我的朋友和同学对我的关心和帮助。感谢附录附录1：总电路图：附录2：程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ds=P22; /温度传感器信号线sbit dula=P26; /数码管段选线sbit wela=P27; /数码管位选线sbit beep=P23; /蜂鸣器uint temp; /定义整型的温度数据float f_temp; / 定义浮点型的温度数据uint warn_l1=270; /定义温度下限值uint warn_l2=250; / 定义温度下限值uint warn_h1=300; / 定义温度上限值uint warn_h2=320; / 定义温度上限值sbit led0=P10; /控制发光二极管sbit led1=P11; /控制发光二极管sbit led2=P12; /控制发光二极管sbit led3=P13; /控制发光二极管unsigned char code table = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, /带小数点的09编码 0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /不带小数点的09编码void delay(uint z) / 延时函数 uint x,y ; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void dsreset(void)/ ds18b20复位，初始化函数 uint i;ds=0;i=103;while(i0) i-;ds=1;i=4;while(i0) i-;bit tempreadbit(void) / 读一位数据函数 uint i;bit dat;ds=0; i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8; while(i0) i-;return (dat) ;uchar tempread(void) / 读1个字节数据函数 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1);/读出的数据最低位在最前面， 这样刚好一个字节在dat里 return(dat) ;void tempwritebyte(uchar dat) / 向DS18B20 写一个字节数据函数 uint i;uchar j;bit testb;for(j=1; j1; if(testb)/写1 ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while (i0) i-; else ds=0; /写0 i=8; while (i0) i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /ds18b20 开始获取温度并转换 dsreset(); delay(1); tempwritebyte(0xcc) ; / 写跳过读ROM指令 tempwritebyte (0x44); / 写温度转换指令uint get_temp() / 读取寄存器中存储的温度数据 uch