基于单片机的数字温度测控系统设计.pdf

匿丽琵夏薷葑丙丽琵酮单片机开发与应用窿的论文得到两院院士关潮单片机开发与应用 文章编号 1 0 0 8 0 5 7 0 2 0 0 9 0 9 2 0 0 9 3 0 2 基于单片机的数字温度测控系统设计 D e s i g no fD i g i t a lT e m p e r a t u r eC o n t r o lS y s t e mB a s e do nM C U 南京工业大学 郑金辉张齐李登红帅仁俊 Z H E N GJ i n h u iZ H A N GQ iL ID e n g h o n gS H U A IR e n j u n 摘要 本文提出了一种基于M C S 一5 1 系列单片机的低成本恒温控制设计方案 用A D S 9 0 进行温度采集 以A D C 0 8 0 4 为A D 转 换装置 通过L C M 液晶显示 还兼有整点提醒 临界温度预警的功能 电路以及模块化的程序编写方法 重点介绍了A D C 0 8 0 4 及相关应用 液晶显示模块W G l 4 4 3 2 B Y Y H N 的特点 使用方法及其与单片机的接口电路 关键词 单片机 L C M 温度 显示 中图分类号 T P 3 1 6 文献标识码 B A b s t r a c t I nt h i sp a p e r ad e s i g n w h i c hi sb a s e do nM C S 51s e r i e so fl o w c o s tM C U h a sb e e np u tf o r w a r dt oc o n t r o lt e m p e r a t u r e A D S 9 0f o rt h et e m p e r a t u r ec o l l e c t i o n i no r d e rt ot h eA Dc o n v e r t e r a n dd i s p l a yo nl i q u i dc r y s t a ld i s p l a ym o d u l e I th a st h ef u n c t i o n o fb o t hr e m i n d i n gt h ew h o l ep o i n t a n dw a r n i n gt h ec r i t i c a lt e m p e r a t u r e C i r c u i t a sw e l la sp r o c e d u r e sf o rt h e p r e p a r a t i o n o ft h e m o d u l a ra p p r o a c h f o c u s e so nt h el i q u i dc r y s t a ld i s p l a ym o d u l eW G l 4 4 3 2 B Y Y H Nf e a t u r e s a n di t su s eo fM C Ui n t e r f a c ec i r c u i t K e yw o r d s M C U L C M T e m p e r a t u r e D i s p l a y 引言 自从七十年代第一块4 位微处理器面世以来 单片机的发 展十分迅猛 因其本身固有的体积小重量轻价格便宜 功耗低控 制功能强及运算速度快等特点 即使是在技术新产品日新月异 的今天 依然有它广阔的应用前景 而L C D 作为单片机输出终 端设备 以其高效实时性强 信息显示清晰明了等独特的优点 日益成为单片机显示输出的首选 并且随着其成本不断降低 模 块化程度不断提高 应用领域日渐增多 而为了提供更为便捷的 对外接口 L C D 与驱动电路及相应的控制信号和电源组成一个 整体 组成L C M 应用更为方便快捷 1 系统设计要求 在一些温度敏感场合 需要对温度进行实时监控 在必要时 进行调节 本文讨论了一种基于A T 8 9 C 5 1 的恒温控制方案 A D 5 9 0 采集温度数据 经A D C 0 8 0 4 进行转换后送到8 9 C 5 1 处 理 之后送到L C D 显示 若温度到达下限 则启用继电器升温 并 以蜂鸣器进行预警 若到达温度上限 则关闭继电器 同时预警 此外利用8 9 C 5 1 的计时功能 可进行整点提醒 2 系统功能模块 1 温度采集模块A D C 0 8 0 4 及A D 5 9 0 介绍 A D C 0 8 0 4 特性如下 1 C M O S 的连续逼近式A D 转换器 2 具有8 位解析能力 转换时间为1 0 0 u s 而最大误差为一 个L S B 值 最小电压刻度 3 采用差动式模拟电压输入 三态式数字输出 引脚功能及应用特性如下 c s R D W R 引脚l 2 3 1 是数字控制输入端 满足标准 1 T L 逻辑电平 其中c s 和W R 用来控制加转换的启动信 郑金辉 硕士研究生 号 C S R D 用来读M D 转换的结果 当它们同时为低电平时 输 出数据锁存器D B O D B 7 各端上出现8 位并行二进制数码 C L K I i J l 脚4 和C L K R 弓I 脚1 9 A D C 0 8 0 4 片内有时钟电路 只要在外部 C L K I 和 C L K R 两端外接一对电阻电容即可产生 A D 转换所要求的时钟 其振荡频率为f C L K 一1 1 1 R C I N T R 丹I 脚5 I N T R 是转换结束信号输出端 输出跳转为低电平表示 本次转换已经完成 可作为微处理器的中断或查询信号 如果将 C S 和W R 端与I N T R 端相连 则A D C 0 8 0 4 就处于自动循环转 换状态 v I N 引脚6 和W N 一 引脚7 被转换的电压信号从V I N 和V I N 一 输入 允许此信号是差动的或不共地的电压信号 A G N I X 弓I 脚8 l j f 日D G N D 引脚l a D 转换器一般都有这两个引 脚 模拟地A G N D 和数字地D G N D 分别设置引入端使数字电路的 地电流不影响模拟信号回路 以防止寄生耦合造成的干扰 V R E F 2 丹l 脚9 参考电压V R E F 2 可以由外部电路供给 V R E F 2 端电压值应是输入电压范围的二分之一 可以通过调 整V R E F 2 引脚处的电压调整输入电压范围 A D C 0 8 0 4 转换器的工作时序如图1 所示 蓝 埘 一 曩鼓鱼时 型位1 3 自a f 图1A D C 0 8 0 4 工作时序 F i g u r e1A D C 0 8 0 4W o r kT i m eS e q u e n c e A D 5 9 0 介绍 温度传感器 美国A n a l o gD e v i c e 公司开发 体 积小使用方便 特性如下 1 其输出电流与开氏温度成正比 开氏温度每增加一度 电 喇同邮局订限8 2 躺3 6 0 元 一9 3 万方数据 单片机开发与应用 微计算机信息 嵌入式与s o c 2 0 0 9 年第2 5 卷9 2 期 流增加l u A 2 1 有效温度感测范围为 一5 5 1 5 0 C 3 采用的电源范围为4 3 0 V 2 数据显示模块 L C M 介绍 L C D L i q u i dC r y 8 t a lD i s p l a y 为液晶显示器 由于L C D 的控制 必须采用专用的驱动电路 而且其面板的接线需要特殊技巧 加 之L C D 面板比较脆弱 一般不会单独使用 常将L C D 面板 驱动 与控制电路组合而成一个L C D 模块 L i q u i dC r y s t a lD i s p l a y M o u l d e 简称L C M L C M 很省电 常用于数字微控系统简易人机 接口 特性如下 1 内含8 0 K B 数据显示存储 DR A M 可显示1 6 字 1 列 2 0 字 l 列 1 6 字 2 列 2 0 字 2 列 4 0 字 2 列等模式 2 1 内含字型产生器 c cR O M 可产生1 6 0 个5 7 字型 3 1 自建字型产生器 c oR A M 用户可自建8 个5 7 字型 L c M 含1 4 个引脚 v o 为亮度调整引脚 弓I 脚3 该脚电压越低 L C D 亮度越高 寄存器选择引脚R s 引脚4 为L C M 内部寄存器选择引脚 当R S 0 时 总线将连接到L C M 内部寄存器的指令寄存器I R 当R S 1 时 总线将接到数据寄存器D R 读写控制引脚R W 弓I 脚5 1 为总线方向控制脚 当R W 0 时 总线将由微处理器输入到L C M 内部 以进行数据 指令写入 L C M 兰iR W I 时 总线将由L C M 内部读取数据 启用引脚E 脚 引脚6 为L C M 的启用引脚 为负边缘触发 式引脚 数据总线引脚丹I 脚7 1 4 1 即D 0 一D 7 在本次设计里 L C M 模块有温度和时间两种显示模式 在正 常情况下 显示的是O p B 寸温度 且内部计时程序计时 当计时到 整点时 产生整点报时中断 调用时间显示中断子函数 L C M 启 用时间显模式 显示的是整点时间 3 温度控制模块 电磁继电器 电磁继电器与P 3 口的P 3 5 相连 由单片机提供开关信号 首先由程序设计温度阈值 当温度采集模块将采集到的温度值 传送到单片机时 单片机进行温度数值判断 若大于上限值 则送 出关闭继电器信号 停止加温同时蜂鸣器响四声 若小于下限值 则送出开启继电器信号 同时蜂鸣器响两声 加温以实现恒温区 控制 4 报警模块 蜂鸣器 本系统设计以蜂鸣器响为报警信号 两声为低温警报 四声 为高温警报 三声为整点报时 报警信号由单片机产生 本设计 产生的是频率为5 0 0 H z 响0 I s 停0 1 s 重复一定次的 哗哔 声 3 系统电路结构图 A D C 0 8 0 4 数据输出线与A T 8 9 C 5 1 的数据总线直接相连 A T 8 9 C 5 1 的R D W R 和I N T l 直接连到A D C 0 8 0 4 由于用P I 0 线来产生片选信号 故无需外加地址译码器 当A T 8 9 C 5 1 向 A D C 0 8 0 4 发W R 帕动转换 R D 读取结果 信号时 只要虚拟一 个系统不占用的数据存储器地址即可 A D C 0 8 0 4 变成是8 9 C 5 1 的外部存储器 I N T R 引脚接P 3 3 引脚 以查询方式检测是否完 成转换 转换之后的数字信号经P 11 2 1 连接到l E D 模块 A D C 0 8 0 4 与8 9 C 5 1 的交互控制过程如下 第一步由微控 制器送一个低电平 W R 的信号到A D C 0 8 0 4 以启动A D C 0 8 0 4 当转换完成后 即进入第二步 A D C 0 8 0 4 送出一个低电平的 I N T R 信号 请微控制器来读取 第三步 当微控制器来提取之前 送 一个低电平的 R D 信号通知A D C 0 8 0 4 第四步 微控制器即可读 取总线的数据 图2 电路硬件连接图 F i g u r e2 H a r d w a r eC i r c u i tC o n n e c t i o n 4 系统程序设计 1 在主程序里声明单片机头函数及各端口信息 驱动信号 数组 中断 设定开关阈值 显示内容及声明各子函数等 部分主 程序如下 m 且 i 0 c h a r i E A l E r I D 1 馆用T i m e d 中断 T H 0 6 5 5 3 6 5 0 0 0 0 2 5 6 填入计时量 T L 0 6 5 5 3 6 5 0 0 0 0 2 5 6 t i j L A 计时量 T R 0 1 馆用T i m e r 0 i n i L L C M 0 L C M 初始设定 w r i t e p a t 0 侉入自建字型 w h i l e O ft r a n s f e r 0 显示信息转换子程序 f o r i 0 i 1 6 i fw r i t e i n s t O x 8 0 i 煜示第一行 w r i t e e h a r o i n e l i d e l a y l m s 2 0 0 0 显示第二行 f o r i 0 i 4 i 1w r i t e i n s t O x 9 0 i w r i t e c h a r d 4 一i D l l 结束w h i l e l 结束主程序 2 部分子程序 A D 转换及时钟整点中断子程序流程图如下 严 显示子程序 本次设计里要显示的有特殊符号 L C M 没有相应的显 示 需要自己设计 在L C M 里 自建字型器C GR A M 的起始地址 为 0 X 4 0 每8 个地址为一个自建字型 给 编码为 0 X 0 8 0 X 1 4 O X O B 0 X 0 4 0 X 0 4 O X 0 4 O X 0 3 0 X 0 0 在此我们将它 们存入p a t S 数组 在程序里可以用下列指令将相应的编码写 入C G R A M v o i dw r i t e p a t v o i d fc h a rp a I 8 l f0 X 0 8 0 X 1 4 0 X O B O X 0 4 0 X 0 4 O X 0 4 0 X 0 3 0 X 0 0 厂 的编码 R S O R W 0 e n 1 启用L c M L C D P O x 4 0 一个位置 e n O c h e c k b f O R S I R W 0 f o r c h a ri O i 嵌入式与S O C 2 0 0 9 年第2 5 卷第9 2 期 同时口 作为后面迭代过程的阈值使用 即持续添加目标g 到 4 l J H o f f m a n n B N e b e l T h eF Fp h n m n gs y s t e m F a s tp l a n G 中 只要剩余收益口乙r 是递增的 每次确定新的目标时 总是g e n e r a t i o nt h r o u s h h e u r i s t i c s e a I c h J J o u r n a l o fA r t i f i c i a l 用目标的效用B 减去规划邱的代价得到它的收益 然后挑选I n t e l l i g e n c eR e s e a r c h1 4 2 0 0 1 2 5 3 3 0 2 剩余收益最大目标E 修改下 次迭代的函数值 当剩余收益不 5 张晓光 代树武 在轨运行卫星的智能规划调度算法叨 微计 再增加或没有新的子目标可以添加时 迭代过程终止 得到最终算机信息 2 0 0 8 1 3 6 8 的目标集G 然后运用回归状态空间方法搜索规划解 作者简介 杨柳 女 1 9 6 9 汉族 吉林人 副教授 主要研究方向 A g e n t 4 启发式函数 启发式搜索是在搜索中加入了与问题有关的启发式信息 用以指导搜索朝着最有希望的方向前进 加速问题的求解过程 并最终找到最优解 本文将放宽规划思想应用于解的搜索过程 规划解的提取 过程如下 i 从目标集G 中任取一个目标昏选择支持g 的代 价最小的动作a i i 通过动作 对G 进行回归 令G G u P r e c a E 倒a j 直到G 中的每个命题都已包含在初始状态I 中 回归 过程忽略a 的添加效果 只考虑G 中命题之间的正交互作用 得 到放宽规划邱 并以彤中动作a 的代价和作为目标G 的估算 代价 为描述状态s 中命题之间的交互作用程度 定义A S t n 下 A S I e v S 一m a x l e v S l e v s 是s 中命题第一次不互斥出现的下标的层次 s o 时 S 中的命题之间存在负交互作用 为了弥补忽略负作用而产 生的代价 将h C 添加到办懈中 得到放宽代价启发式 代价放宽启发式1 Ik s f 0 儿删q 叫2 I M s c s o t h e r w i s e 其中 删 印是S 状态上的最大命题代价 当交互作用的 命题集合中不包含最大代价命题P 时 我们选出状态S 上最大 的命题交互作用度 一饵 代替h m c S 5 m a xP ges p g 代价放宽启发式2 蛔州印 J 缸一 s 矿拥酬印2 0其中a s g J 9 2 e l s e 删 s h c h v 乎 5 实验结果 将提出的基于启发式的部分满足规划问题算法称为P S P h 算法 为了验证P S P h 方法的有效性 运用基准规划问题R o v e r s 对本文和文献中的方法进行了对比 实验中以单个命题作为规划 目标集 实验结果表明 P S P h 方法可以获得质量更高的规划解 总结 由于启发式搜索问题求解中具有突出的效率 本文提 出了利用启发式搜索来处理部分满足规划问题的思想 并运用 规划图来获取高效的启发式 实验表明 该方法可以有效地提高 规划的质量 在后续的工作中将对该方法进一步改进 如考虑目 标之间的交互作用和资源的使用情况 使规划算法能够满足实 际应用的需要 本文作者创新点 放宽了经典规划的约束条件 并将启发式 运用于规划算法 使规划算法更加实用和高效 参考文献 l I B l u m A a n dF u m 4 M 1 9 9 7 F a s tP l a n n i n gT h r o u g hP h n m n gG r a p h A n a l y s i s J A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e9 0 1 2 1 9 9 7 2 8 1 3 0 0 2 M i g u e lI S h e nQ Ja r v i sP E f f i c i e n tF l e x i b l eP l a n n i n gv i a D y n a m i cF l e x i b l eC o n s t r a i n tS a t i s f a c t i o n 叨 E n g i n e e r i n g A p p l i c a t i o n so fA r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e 2 0 0 1 1 4 3 3 0 1 3 2 7 3 X u a n L o n gN g u y e n S u b b a r a oK a m b h a m p a t i R o m e oS N i g e n d a P l a n n i n gg r a p ha st h eb a s i sf o rd e r i v i n gh e u r i s t i c sf o rp l a n s y n t h e s i sb ys l a t es p a c ea n dC S Ps e a r c h 叨 A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e 1 3 5 2 0 0 2 7 3 1 2 3 技术 智能规划 丛微 1 9 6 6 3 乏剧教授 研究方向 网络信息处理 B i o g r a p h y Y A N GL i u 1 9 6 9 f e m a l e H A N J i l i n A s s o c i a t e P r o f e s s o r R e s e a r c hA r e a A g e n tt e c h n o l o g y i n t e l l i g e n tp l a n n i n g a n dp l a nr e c o g n i t i o n 1 5 7 0 1 2 牡丹江市牡丹江师范学院计算机系 杨柳丛薇 D e p a r t m e n t o f C o m p u t e rS c i e n c e M u d a n j i a n gN o r m a l S c h o o I M u d a l o i a n g H e i l o n g j i a n g 1 5 7 0 1 2 C h i n a Y A N GL i u C O N GW e i 通讯地址 1 5 7 0 1 2 黑龙江省牡丹江师范学院计算机系 杨柳 收稿日期 2 0 0 9 0 7 0 8 修稿1 3 期 2 0 0 9 0 9 0 5 上接第9 4 页 豳震坚i 鼹葺 府 匦i 圃 警竿J 巴臣罩固L 竺丛掣 单面譬至育一 匡亟衄 盎D 一 图3 子程序流程图 F i g u r e3S u b r o u t i n eF l o wC h a r t 本文作者创新点 本文所设计的L C D 数字温控系统经实践 证明在一些需要温控但要求精度不是很高的场合是完全胜任 的 实现了温控显示与时间显示的统一 以模块化设计思想 设 计模拟信号采集处理电路 A I 转换电路 L C M 显示电路 各电路 之间自成体系又相互关联 系统开发效率明显提高 系统开发成 本降低 成本低 功能完善 略加改进后可以做为数字时钟或是 做湿度测试用 在换用有语音功能的凌阳单片机后还可以有语 音播报温度功能 以实现某些特殊需要 参考文献 f 1 化雪荟 种基于M C U 的智能流量监控系统设计叨微计算 机信息2 0 0 8 2 2 1 2 4 1 2 6 2 1 钟富昭 8 0 5 l 单片机典型模块设计与应用f M l 北京 人民邮电 出版社2 0 0 7 3 连林珍 单片机控制S E D l 3 5 3 实现L C D 显示 J 仪表技术 2 0 0 7 5 2 7 3 0 作者简介 郑金辉 1 9 8 2 男 山东诸城人 硕士研究生 研究方向 为嵌入式L E D 显示技术 B i o g r a p h y Z H E N GJ i n h u i 1 9 8 2 一 M a l e B o r ni nS h a n d o n g Z h u c h e n g M a s t e rD e g r e e R e s e a r c hA r e a s E m b e d e dL E DD i s p l a yt e c h n o l o g y 2 1 0 0 0 9 南京南京工业大学信息工程学院 郑金辉张齐 李登红帅仁俊 I n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dE 啦衄e r i n gC o l l e g eo fN a n j m gU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g yJ i a n g mN a n j i n g 2 1 0 0 0 9 C h i n a Z H E N GJ i n h u iZ H A N GQ iL ID e n g h o n gS H U A IR e n j u n 通讯地址 2 1 0 0 0 9 江苏南京南京鼓楼区新模范马路5 号2 1 3 信 箱1 郑金辉 收稿日期 2 0 0 8 1 0 3 1 1 f 修稿日期 2 0 0 9 0 1 3 1 一3 6 3 6 0 元 年邮局订阅号 8 2 9 4 6 万方数据 基于单片机的数字温度测控系统设计基于单片机的数字温度测控系统设计 作者 郑金辉 张齐 李登红 帅仁俊 ZHENG Jin hui ZHANG Qi LI Oeng hong SHUAI Ren jun 作者单位 南京工业大学信息工程学院 南京 210009 刊名 微计算机信息 英文刊名 CONTROL AUTOMATION 年 卷 期 2009 25 26 被引用次数 0次 参考文献 3条 参考文献 3条 1 化雪荟 一种基于MCU的智能流量监控系统设计 2008 2 钟富昭 8051单片机典型模块设计与应用 2007 3 连林珍 单片机控制SED1353实现LCD显示 2007 05 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 黄菊生 周慧 谭季秋 HUANG Ju sheng ZHOU Hui TAN Ji qiu 单片机仿真实验仪在汉字LCM开发中的应 用 湖南工程学院学报 自然科学版 2005 15 2 介绍了用DP 51单片机实验仪开发汉字LCM 汉字型液晶显示模块OCM48C与单片机可以采用并行接口或串行接口方式 用DP 51单片机实验仪液晶显示接 口连接汉字模块OCM4 8C 能简便的进行汉字显示开发 使该实验仪成为一个汉字LCM开发的有力工具 2 期刊论文 张成俊 张建钢 范良志 左小艳 ZHANG Cheng Jun ZHANG Jian Gang FAN Liang Zhi ZUO Xiao Yan LCM图形界面快速设计方法的研究与实现 机电产品开发与创新2007 20 5 论述了LCM的特点和位图的数据信息 利用Visual C 6 0完成LCM位图显示数据的组织 并设计了LCM的单片机驱动电路 PC机和单片机之间通过串行通 讯进行数据交换 PC机设计图形界面可以快速地在LCM上显示 大大地节约了程序开发人员的开发时间 3 期刊论文 袁宝国 郑璞 YUAN Bao guo ZHENG Pu AEDK5196ET单片机实验系统外接点阵液晶显示模块 现代计算 机 专业版 2002 2 本文介绍在AEDK5196ET单片机实验系统中增加外接点阵液晶显示模块的方法 4 学位论文 蒋从根 通信电源单片机智能监控系统设计研究 1998 随着通信的技术发展 通信已经向各个领域渗透 通信在人们生活中的作用 对在国民经济中的作用越来越重要 作为通信的 心脏 通信电源系统也显 得越来越重要 通信电源系统包括通信用电源和监控系统两部分 近年来 人们越来越重视通信电源监控系统的研究 该文研究了通信电源监控系统的基本 原理 并利用ATMEL的AT89C51单片机设计出了一套完整的监控系统 在该系统中 应用了一些新器件 如当前刚兴起的LCM模块 及AD558D A转换器 数据不挥 发RAM 成功地将电话DTMF电路应用于系统中 软件设计中 提出了一种软件狗方法 5 期刊论文 张世德 Bresenham算法在LCM上的C51实现 微计算机信息 测控仪表自动化 2004 4 本文介绍了单片机状态监测系统中以Bresenham算法在LCM上绘制任意起点 任意斜率线段的方法 并给出其C51程序和系统构成框图 6 期刊论文 陈信 利用可编程接口技术和8031单片机实现LCM显示的研究 大众科技2005 8 文章主要论述一种用8031单片机控制的液晶显示系统 首先介绍液晶显示模块 LCM MGLS240128的原理及功能 然后给出了该显示模块与单片机的接口 方法 最后讨论了单片机软件的设计 7 学位论文 柳强 通信电源集中监控系统的数据通信模块的研究 2002 通信电源集中监控系统是集现代计算机技术 通信技术 传感器技术 自动控制技术和人机系统技术最新成果为一体 对分布式对象进行监测 控制 和管理的计算机集成系统 目前 为提高监控系统的可靠性和经济性 充分发挥计算机数据处理优势 使监控系统向高智能化方向发展