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毕业设计论文
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洗浴场水温,毕业设计论文
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目录 摘要 . Abstract. 第一章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的背景与意义 . 1 1.2 国内外研究概况和发展趋势 . 1 1.2.1 温度传感器研究概况和发展趋势 . 1 1.2.2 温度控制系统研究概况和发展趋势 . 1 1.3 研究内容 . 2 第二章 硬件电路设计 . 3 2.1 芯片介绍 . 3 2.2 硬件电路总体设计 . 7 2.3 温度信号输入电路设计 . 8 2.4 电源模块设计 . 8 2.5 键盘 /显示电路设计 . 10 2.5 控制量输出电路设计 . 12 第三章 软件系统设计 . 15 3.1 单片机主程序 . 15 3.2 键盘处理子程序 . 15 3.3 显示子程序 . 16 3.4 DS18B20相关程序 . 17 3.4.1 DS18B20初始化程序 . 17 3.4.2 DS1820读写程序 . 17 总结与展望 . 20 致谢 . 21 参考文献 . 22 附录 I 部分程序代码 . 23 附录 系统原理电路图 . 错误 !未定义书签。 nts 1 第一章 绪 论 1.1 课题研究的背景与意义 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹 ，同时， 随着 “信息时代 ”的到来，传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。因此，了解并掌握 单片机及 各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，无时无刻不在与温度打着交道。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎 80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于 工业如此重要，由此推进了温度 检测与控制系统 的发展。 基于温度检测的普遍要求， 本文以 80C51 单片机为核心，研究和设计了数字化的水温控制系统。 1.2 国内外研究概况和发展趋势 1.2.1 温度传感器研究概况和发展趋势 现代信息技术的三大基础是信息采集 (即传感器技术 )、信息传输 (通信技术 )和信息处理(计算机技术 )。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。 我国传感器行业虽起步较早，但直到年“ 七五”开始才正式将传感器技 术列 入国家重点攻关项目，展开以机械敏、力敏、气敏、温敏、生物敏为主的大敏研究。经过十几年的发展，现已形成了一定规模的产 业格局，其特点有 : 厂商多，上 规模的企业少； (2)地区发展不平衡 ； (3)品种多，档次不高 ； (4)生产研发以大学和研究所为依托，专业 公司少。 1.2.2 温度控制系统研究概况和发展趋势 PID控制 PID 控制即比例、积分、微分控制。 PID 算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续，是很普通的调节方法。其缺点 是现场参数整定麻烦，外界干扰会使控制漂离最佳状态。 神经网络控制 人工神经网络以其高度的非线 性 映射，自组织，自学习和联想记忆等功能，可对复杂的非线性系统建模。在温控系统中，将温度的影响因素如天气、气温、外加电压、被加热物体性质以及被加热物体温度等作为网络的输入，将其输出作为 PID控制器的参数，以实验数据nts 2 作为样本，在微机上反复迭代，随实验与研究的进行与深入，自我完善与修正，直至系统收敛，得到网络权值，达到自整定 PID控制器参数的 目的。 模糊控制 模糊控制是基于模糊逻辑的 用于 描述一个过程的控制算法，它适用 于控制不易取得精确数学模型和数学模型不确定或经常变化的对象。模糊温控的实现 过程 ： 将温 控对象的偏差和偏差变化率以及输出量划分为不同的模糊值，建立规则。 根据控制查询表，形成模糊算法。 对温度误差采样的精确量模糊化，经过数学处理输入计算机中，计算机根据模糊规则推理做出模糊决策，求出相应的控制量， 并转换成 精确量去驱动执行机构，达到调节温度的目的。 模糊控制与 PID 结合（ fussy-PID） PID本质是线性控制，而模糊控制具有智能性，属于非线性领域，因此，将模糊控制与PID结合将具备两者的优点。即用过程 的运行状态（温度偏差及温度变化率）确定 PID控制器参数，用 PID 控制率确定控制作用 .主要的问题是合理地获得 PID参数的模糊校正规则。其实质是一种以模糊规则调节 “ PID参数 ” 的自适应控制，即在一般 PID控制系统基础上，加上一个模糊控制规则环节。 模糊控制与神经网络结合 温控系统由于被控过程常常具有严重的非线性 和时变性以及种类繁多的干扰， 使得基于精确数学模型的传统控制方案很难获得满意的动静态控制效果。但是，模糊控制所基于的专家经验不易获得，一成不变的控制规则也很难适应被控制系统的非线性、时变 性等问题，严重影响 控制效果。因此 ，人们将模糊控制与神经网络相结合 使模糊控制向着自适应方向发展， 使模糊控制规则隶属函数模糊量化在控制过程自动地调整和完善。 1.3 研究内容 本文讨论了洗浴场水温自动控制系统，该系统对控制精度的要求不是很高，但要求系统简单实用，所以我们设计了以单片机 80C51为控制器，以 双向可控硅 为执行机构的控制方案。主要内容包括： 1. 采用以 Intel 公司 MCS-51系列的 CHMOS产品 80C51为核心的单片机系统，实现对水温 的检测控制。 2. 采用新型数字温度传感器 ，进行温度数据的采集和转换 。 3. 系统可以手动或上电复位。复位时先自检，接着显示上次设定 的上限 温度值。正常工作时显示温度值。状态灯显示当前系统 工作 状态。 nts 3 第二章 硬件电路设计 本章先对系统使用到的主要芯片 和传感器做简单介绍， 接着对系统总体设计做了简略阐述，最后仔细介绍了温度信号输入电路、电源模块、键盘 /显示电路、控制量输出电路及报警 /状态显示电路。 2.1 芯片介绍 80C51单片机 80C51系列单片机是由 Intel公司推出的 8位主流单片机系列，是在中低档系列 MCS-51的 HMOS的基础上发展而成的，该系列具有 CHMOS 结构，是我国目前应用最广泛的一种单片机系列。 1外部引脚及功能 80C51单片机共有 40 个信号引脚。它有两 种封装形式：一种是双列直插式，另一种是方 形封装 (44个引脚，其中有 4个空脚 NC)。双列 直插式的芯片排列如图 2.1 所示。 80C51单片机的 40个引脚分别是：电源引 脚 2根，外接晶体振荡器引脚 2根，控制引脚 4根以及输入 /输出引脚 32 根。 主电源引脚 (2根 ) SSV(20)：接地线。 CCV(40)：电源线，接 +5V电源。 外接晶体引脚 (2 根 ) XTAL1(19)：接外部晶体的一个引脚 图 2.1 80C51的引脚排列 或引入外部时钟 。当采用内部振荡器时，它接外部石英晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚作为时钟输入端 (驱动端 )。 XTAL2(18)：外接石英晶振的另一个引脚或引入外部时钟。当采用内部振荡器时 ，它接外部 晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚悬浮。 控制引脚 (4 根 ) PPVRST / (9)：复位信号引脚。 nts 4 ALE/PROG(30)：地址锁存允许信号。 PSEN (29)：外部程序存储器的读选通信号。 DDVEA/ (31)：访问程序存储器选择控制信号。 输入 /输出引脚 (32 根 ) P0.0 P0.7(39 32)： P0口的 8位双向 I/O口线。 P1.0 P1.7(1 8)： P1口的 8位准双向 I/O口线。 P2.0 P2.7(21 28)： P2口的 8位准双向 I/O口线。 P3.0 P3.7(10 17)： P3口的 8位准双向 I/O口线。 P3口是一 个带有内部上拉电阻的 8位准双向 I/O口。在 80C51中， P3口还有第二功能，而且 80C51的 P3 口恰恰是经常使用在第二功能状态。其第二功能见表 2.1。 表 2.1 P3口的第二功能 引脚 第二功能 功能说明 P3.0 RXD 串行数据接收器 P3.1 TXD 串行数据发送器 P3.2 0INT 外部中断 0申请信号线 P3.3 1INT 外部中断 1申请信号线 P3.4 T0 定时器 /计数器 0计数输入端 P3.5 T1 定时 器 /计数器 1计数输入端 P3.6 WR 外部 RAM写选通信号 P3.7 RD 外部 RAM读选通信号 2. 80C51的存储器配置 80C51的片内集成有一定容量的程序存储器和数据存储器 (128B)。当然，还可以根据需要对存储器进行外部扩展。 3. 80C51的中断系统 中断源： 80C51 是一个多中断源的单片机，共有三类五个中断源，分别是外 部中断两个 (0INT， 1INT )、定时中断两个和串行中断一个。 nts 5 中断控制 的寄存器 定时器控制寄存器 TCON 寄存器地址 88H，位地址 8FH 88H。 具体格式 如下： 位地址 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 位名称 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 串行口控制寄存器 SCON 寄存器地址 98H，位地址 9FH 98H，具体格式如下： 位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 位名称 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 中断允许控制寄存器 IE 寄存器地址 A8H，位地址 AFH A8H，具体格式如下： 位地址 AF AE AD AC AB AA A9 A8 位名称 EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0 中断优先级控制寄存器 IP IP寄存器地址 B8H，位地址 BFH B8H，具体格式如下： 位地址 BF BE BD BC BB BA B9 B8 位名称 - - - PS PT1 PX1 PT0 PX0 温度传感器 DS1820 美国 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器 DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。 给 DS1820 供电的方法是从 VDD 引脚接入一个外部电源，这样做的好处是 I/O 线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。注意当加上外部电源时， GND 引脚不能悬空。从 DS1820 读出信息或写入 DS1820 的信息，仅需要一根 接 线（单线接口）。 DS1820的特性 单线接口：仅需一 根口线与 MCU连接 。 测温范围为 -55 125，精度为 0.5 。 A/D变换时间为 200ms， 九位温度读数 。 用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的 。 图 2.2 DS1820引脚图 DS1820引脚及功能 nts 6 DS1820的引脚 如 图 2.2所示 。 GND：地 。 DQ：数据输入 输出脚（单线接口，可作寄生供电） 。 VDD：电源电压。 DS1820的 内部结构 DS1820的内部结构如图 2.3 所示。 图 2.3 DS1820内部结构 DS1820的测温原理： 测温原理框图如图 2.4所示。 内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为 -55时的值，如果计数器到达 0 之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于 -55。同时，计数器 被复位 到一个 值 ，这个值由 斜坡式累加器 电路确定， 斜坡式累加器 电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性， 然后 计数器 又 开始计数直到零。如果门电路仍然未关闭，则重复以上过程。 DS1820 内部提供 0.5（标准值）的精度，它把温度值存储于 2 个字节中，分别叫做MSB和 LSB。其中 MSB 是符号位，当温度值小于 0时，则 MSB为 11111111；当温度值大于0时，则 MSB 为 00000000。 LSB是所测得的温度值，测温范围为 -55 125，测试精度0.5。温度值和存储器 MSB、 LSB的对应关系如表 2.2所示。 温度表示值为 9bit，高位为符号位，其结构如 下： nts 7 图 2.4 测温原理框图 表 2.2 温度值和存储器 MSB、 LSB的对应关系 温度（） 十进制 MSB LSB 数据输出（二进制） 十六进制 数据输出 +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 -1/2 11111111 11111111 FFFF -25 11111111 11001110 FFCE -55 11111111 10010010 FF92 表 2.3 DS1820 的主要命令 ROM 命令 RAM命令 名称 作用 名称 作用 读 ROM(33H) 读 DS1820的序列号 温度转换命令 (44H) 启动温度转换 匹配 ROM(55H) 用于多 DS1820的定位 读数据命令 (BEH) 读取温度数据 跳过 ROM(CCH) 针对在线 DS1820使用 写数据命令 (4EH) 写数据 /命令 2.2 系统 总体设计 本 系统 的任务是对温度进行实时监测与控制 ，系统测量范围为 0 100，精度为 0.5 。首 先，由温度传感器 DS1820 对温度进行采样和转换，将测量结果送给单片机；单片机将输入的温度值与内部指定单元的给定温度值 T进行比较，根据比较结果，通过一个执行机构 nts 8 可控硅对加热源 (电阻炉、电热水壶和灯泡等 )的开关 状态进行控制。由于水的惯性大，加之在这里对温度的控制精度要求不高 ，我在控温过程中采用了简单的开关控制。 系统原理方框图如图 2.5所示。 图 2.5 系统原理方框图 根据 任务要求，确定了器件和系统电路。该系统以高性能 /价格比的 80C51 为核心，采用新型单片数字温度传感器 DS1820 来测量温度，由双向可 控硅驱动电路 MOC3041 和双向可控硅 TLC336A 组成输出控制通道。此外还有键盘 /显示电路、报警输出电路等。整个系统结构紧凑，性能可靠；不仅适用于水温控制，也可适用于工业环境温度的监测与控制。 2.3 温度信号输入电路设计 该部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由 DS1820 及其与单片机的接口部分组成。由于采用了该芯片，温度测量电路变得非常简单。 DS1820 的引脚及内部结构在上文已经做了介绍 ， 图 2.6 为其与单片机的接口电路。通过 DQ 线与单片机的一根 I/O 线相连，就能实现单片机对 DS1820控制模 式、温度值读取等操作。 需要特别说明的是： DS1820是在严格的时序控制下进行正常操作的，换句话说，就是用比较复杂的软件来换取简单的硬件接口。 图 2.6 DS1820与单片机接口电路 2.4 电源模块设计 +5V直流稳压电源的工作电路采用集成三端稳压器 7805 构成 ，电路图如图 2.7所示 。集成三端稳压器因其稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、容易设计和制作、体积小、nts 9 重量轻、成本低、维修简单等优点 ,所以在各种电源电路中得到了普遍的应用。 IC采用集成三端稳压器 7805,C5、 C6分别为输入端和输出端滤波 电容 ,RL 为负载电阻。 图 2.7 +5V直流稳压电路原理图 工作原理： 变压器 TF将交流电网 220V的电压1V变为所需要的交流电压2V,然后通过全波整流将交流电压2V变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波 ,必须通过滤波电容 C5加以滤除 ,从而得到平滑的直流电压 Vi。但这样的电压还随电网电压波动 (一般有 10 左右的波动 )、负载和温度的 变化而变化。因而在全波整流、滤波之后 ,还需接入集成三端稳压器进行稳压 ,使输出的直流电压能稳定在0V=+5V。 +5V直流稳压电路参数设计 在设计中 需要计算的参数有 :变压器副边绕组的交流电压有效值2V,整流元件的参数 ,电容 C5、 C6的数值以及集成三端稳压器的选用。 电容 C5,可用下式进行计算 : 10m i n 011 025msiV I d tC 式中 : miniV代表iV的最小值， 10ms 为交流电网电压周期的一半。取miniV=7.3V。因为在使用三端稳压器时 ,为了保证稳压性能 ,输入端和输出端间电位差至少应在 2V 以上 ,当然也不能太大 ,以减少器件功耗和避免器件损坏 ,一般对输出电压不大于 18V的稳压器 ,输入电压应小于 35V。按输出电流应有 10 %的余量 ,可取0maxI=1.10I=1.1A。 通过计算 ,得 :C5 3014 F。因此取 C5=3300 F 电压2V,可用下式进行计算 :21 1 . 19 . 3 1 0 0 10 . 9 2V C（ ）通过计算 ,得 : 2V=9.9V。为了留有一定裕量 ,取2V=10.5V。 反向耐压 nts 10 桥式整流电路中 ,每个整流二极管在交流电网电压最高时承受的最大反向峰值电压为 VVV RM 3.16%1015.1022 ma x2 ）（。 为了安全 ,整流管的反向 耐压应当比上述值大 50 以上 ,因此选择整流管时 ,其反向耐压应按下式考虑 : VV RM 255013.16 ）（ 正向电流 桥式整流电路中 ,每个整流二极管的正向电流平均值是输出电流的一半 ,其最大值是 AII AVD 55.021 m a x0m a x ）（ 。 由于在接通电源瞬间有相当大的冲击电流 (即充电电流 )通过整流管 ,因此 ,整流管的参数 FI (正向电流平均值 )应比上述值大 0.5 2倍。若按 FI 比上述值大 0.8倍考虑 ,则 AIIAVDF 155.08.1)(8.1 max 。 根据上述计算 ,可选用 1A/ 25V 或 1A/ 50V 的桥堆。 变压器副边绕组电流 变压器副边绕组电流 有效值acI比输出电流0maxI大 ,一般情况下 ,前者是后者的 1.1 3 倍。这里我们取0 m a x1 . 8 1 . 8 1 . 1 2acI I A 。 因此 ,变压器副边绕组导线的粗细应按额定电流 (交流有效值 )为 2A选用。 三端稳压器的选用 根据要求 ,选择 78系列 集成三端稳压器可满足要求。另外 ,集成三 端稳压器在输出电流较大时 ,应配上散热器。散热器以叉指型散热器为佳。 电容 C6 电容 C6的作用 :减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰 ,其数值在 100 F左右。 2.5 键盘 /显示电路设计 键盘电路 很 多实际的应用系统均采用较少几个按键组成的非编码键盘，也称其为 开关式键盘， 或线性键盘， 本系统单片机与键盘 连接如图 2.8所示。 每一个键对应 P1口的一根口线，各键是相互独立的。当某个键按下时，该键所对应得口线的电位就由高变为低电平， CPU访问并查询所有按 键 接口线，即可识别是哪一个键按下，该键盘常应用于 按键 数较少 的场合。 施密特触发器具有回 差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲 ，因此采用施密特电 路 消 除键盘 抖 动 。 但当所用键数较多时，采用此方法占用 I/O口线太多，引线也较多。 nts 11 图 2.8 单片机与键盘连接电路 其中， K1：温度设定 /确定设定； K2：显示设定温度 /上限值设定转为下限值设定； K3：上升 1 ； K4:下降 1 。 显示电路 1. LED七段数码管 将发光二极管做成段状并按数码形式组合构成 LED段状数码管。在单片机应用系统中最常采用的是七段 LED，七段数码管分为共阳型和共阴型两种 。 七段 LED数码管的显示可采用硬件译码直接译码显示，也可以用软件译码，用 I/O线直接控制显示。控制显示各数码加在 数码管上的二进制数据称为段码，显示各数码共阴和共阳七段 LED数码管所对应的段码见表 2.3。 表 2.3 七段 LED数码管的段码 显示数码 共阴型段码 共阳型段码 显示数码 共阴型段码 共阳型段码 0 3FH COH A 77H 88H 1 06H F9H b 7CH 83H 2 5BH A4H c 39H C6H 3 4FH BOH d 5EH A1H 4 66H 99H E 79H 86H 5 6DH 92H F 71H 8EH 6 7DH 82H “灭” 00H FFH 7 07H F8H nts 12 8 7FH 80H 9 6FH 90H 2. 显示方式 由于静态显示占用较多 I/O 口资源，我们采用动态显示方式。动态显示是将所有数码管的段码线对应并联在一起，由一个 8位的输出口控制。显示不同数码时，由位线控制各位轮流显示。位线控制某位选通时，该位应显示数码的段码同时加在段码线上，即每一时刻仅有一位数码管是被点亮的，当轮流显示的速度较快时，由于人眼的视觉暂留现象，看起 来就像所有位同时显示一样。 显示电路的连接如图 2.9所示。 图 2.9 系统显示电路 2.5 控制量输出电路设计 以前在设计输出控制通道是往往选用继电器，但由于其噪声大和机械性能方面的原因，现在已经很少见了 。随之而来的是无触点开 关 双向可控硅的使用，但在设计工作中，需要采用同步过零触发电路进行同步触发，由于这部分电路包括比较器、单稳态电路和光电隔离器等器件，芯片多，结构较复杂，在实际应用中容易出故障。因此，在设计当中，我们在原有电路的基础上 ，采纳了 Motorola 公司推出的单片集成可控硅驱动器件 MOC3041 作为对输出的驱动和控制 ，从而顺利地解决了这一问题 。 MOC3041 芯片是一种集成的带有 光耦合的双向可控硅驱动电路。它内部集成了发光二极管、双向可控硅和过零触发电路等器件。它的内部结构和外部引脚如图 2.10 所示，由输入和输出两部分组成， 输入部分是一个砷化镓发光二极管，在 5 15mA 正向电流的作用下nts 13 发出足够强度的红外光触发输出部分， 输出部分包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器。在红外的作用下，双向可控硅可双向导通，与过零触发器一起输出同步触发脉冲，去控制执行机构 外部的双向可控硅。 由 MOC3041 组成的过零 触发双向可控硅电路简单可靠，电路如图 2.11 所示。 图 2.10 MOC3041 内部结构和外部引脚 图 2.11 MOC3041 和双向可控硅构成的输出通道图 其中： R8 限流电阻，控制 LED 的触发电流； R9 门极电阻，提高控制极的抗干扰的能力； R10 控制回路限流电阻，保护 MOC3041 中的双向可控硅； R11， C4 构成吸收回路，承受反向电压。该部分的工作过程是：当单片机的 P3.1 口输出为低电平时， MOC3041内部导通， G 端出现同步触发脉冲，控制可控硅导通，打开加热器；当 P3.1 为高电平时，MOC3041 内部截止，可控硅断开，关闭加热器。 2.6 报警 及状态指示 电路设计 本 设计 当中，使用发光二极管配合软件程序编程实现温度报警和系统状态指示， 其电路如图 2.12所示。 nts 14 图 2.12 报警及系统状态指示电路 其中： L1 保温状态指示； L2 加热状态指示； L3 电源状态指示； L4 高温报警指示； L5：低温报警指示。 该部分的工作过程是：单片机读取传感器检测温度 T 与温度设定值进行比较，通过相应程序实现对应 P 端口置位“ 1”或清零， 使 对应发光二极管点亮显示报警及系统状态。 nts 15 第三章 软 件系统设计 3.1 单片机主程序 本装置的软件包括主程序、键盘处理子程序、显示子程序以及有关 DS1820 的程序 (初始化子程序、键盘处理子程序、写程序和读程序 )等。 主程序完成的功能是：启动 DS1820测量温度，将测量值 (XT)与给定值 (LT：温度报警下限值，HT：温度报警上限值 )比较，若XLTT，则进入加热阶段，置 P3.1为低电平。在该过程中继续对水温进行监测，当XHTT时，置 P3.1 为高电平，断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。工作流程如图 3.1 所示。 RAM及口地址分配见表 3.1。 表 3.1 RAM 及口地址分配 地址 功能 20H， 21H， 22H， 23H 标志寄存器 24H 温度寄存器 27H， 28H HT 、 LT 暂存器 29H 显示位选寄存器 2AH， 2BH， 2CH 温度设 定暂存器 2DH， 2EH HT 、 LT 缓存器 30H 34H 显示缓冲器 P1.0 P1.3 键盘输入 P2.6， P2.7 LED 地址选择 P3.0 与 DQ 相连 P3.1 输出控制 P1.4 P1.7， P2.5 发光二极管指示 图 3.1 主程序流程图 3.2 键盘处理子程序 对于开关式键盘，因按键较少，其处理程序相对简单。本设计采用扫描的方法，首先判别是否有健按下， 再 调用相应键位处理程序。 键盘说明： nts 16 按 K1键后为设定温度操作，按 K3 键为上升， K4 键为下降。温度设定完成后再次按 K1确定设定。 在没有设定温度时，按 K2键为显示所设定的温度；在设定时，按 K2键表示设定下限值 (默认为设定上限值 )。 键盘处理程序的流程图如图 3.2所示。 图 3.2 键盘处理程序流程图 3.3 显示子程序 本设计显示采用动态扫描显示方式，每一位 LED 的选通时间为 1 2ms，降低了功率消耗。这 个时间不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延时，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清；这个时间也不能太长，否则占用 CPU 时间太长。 显示子程序的流程图如图 3.3所示。 nts 17 图 3.3 显示子程序流程图 3.4 DS18B20 相关程序 3.4.1 DS18B20初始化程序 DS1820初始化 流程图 如图 3.4所示。 3.4.2 DS1820读写程序 写 DS1820 模块流程图如图 3.5 所示。读转换温度模块流程图如图 3.6 所示。读取温度模块流程图如图 3.7所示。 nts 18 图 3.5 写 DS1820 模块 流程图 图 3.4 DS1820初始化流程图 nts 19 图 3.6 读转换温度模块流程图 图 3.7 读取温度模块流程图 nts 20 总结与展望 在本次毕业设计中，我在 曾 老师的帮助下， 系统地学习了单片机、传感器技术 以及应用程序编制等方面的知识。本次设计可以说是软硬结合，又以硬件为主。但由于实际工作的需要以及个人的爱好，我还涉足了一些软件编制的工作。 当今科技发展迅速，单片机 应用系统 开发有着光明的前景。由于单片机经济实用、开发简便等特点依然在工业控制、家电等领域占据了广泛 的市场。所以我选择这样的毕业设计课题，并且能通过此次设计来提高自己软件编制和硬件电路设计的能力。在我完成这次毕业设计的过程中，当看到自己将专业知识用于解决实际的问题时，那份成就感和喜悦感是难以形容的。但是，在实际的编程以及调试程序过程中，我发现自己所应该学的太多太多。光靠自己在书本上所学过的这点知识是远远不够的，真正地认识到了工作就是学习的道理。 回首毕业设计这段日子，虽然过的很紧张，但我却感到很充实。由于我以前 对单片机的实际应用和程序编制理解不深 ，所以毕业设计的任务十分紧迫。通过对本系统的设计，我学习到了 硬件开发和软件开发的基本流程并有了一定的驾御此开发过程的能力。编程的过程中，虽然不乏辛苦，但更多的是程序 编写完成 后的喜悦。 总之，这次毕业设计对我来说是一次比较全面的、富有创造性和探索性的锻炼，完成了我选题时的心愿。同时， 曾 老师无私的敬业精神以及同学们的热情帮助也令我深有感触，对于我今后的学习、工作和生活都将是受益无穷的！ nts 21 致谢 我的毕业设计是在 曾明如 教授 的悉心指导下完成的。 曾 老师学识渊博，治学严谨，在工作中兢兢业业，辅导学生时循循善诱、极其认真耐心，让我深刻地体会到真正的为人师表的风范。在毕业设计中我不仅锻炼了自己的动手能力，更重要的是学习了应该怎样做事做人。我所取得的进步和 曾老师的谆谆教导和悉心指导是分不开的，在这里我真诚地感谢曾老师 ！ 同时 我要感谢我的母校，感谢在四年的大学生活中给予我关心的帮助的所有老师和同学，感谢他们这四年的付出，让我学会求知，学会学习。 最后，我要感谢我的父母，在十多年的求学生涯中，他们给了我始终如一的关心，对我生活上的悉心照顾，使我有坚定的信心克服困难，完成学业。 再一次对 曾 老师表达我的深深的谢意！ nts 22 参考文献 1 何利民 . 单片机应用文集 M.北京 ： 航空航天大学出版社 ， 1998 2 邬宽明著 . MCS-51系列微处理器系统原理、功能集成与应用 M.北京 ： 航空航天大学出版社 ,2000.1. 3 李晓荃 . 单片机原理与应用 M.北京 ： 电子工业出版社， 2002.11 4 刘瑞新著 .单片机原理及应用教程 M.北京 ： 机械工业出版社， 2003.7 5 胡有才著 .单片机原理及其接口技术 M.北京 ： 清华大学出版社， 1996 6 姜忠良，陈秀云 .温度的测量与控制 M.北京 ： 清华大学出版社， 2005.9 7 鲍可进 .PID参数自整定的温度控制 J.江苏理工大学学报， 1995(6) 8 张国清，陈淑坤 .简单实用的温控电器 J.仪器与未来， 1991(7)22 9 吴为民，王仁丽 .温度控制系统的发展概况 J.工业炉， 2002(24)1-10 10 史博华 .基于单片机的水浴温度控制系统的设计 J.电子世界， 2004(10) 11 钱月花 .用 PROTEL 99SE 辅助分析与设计 +5V直流稳压电源 J.沙洲职业工学院学报，2003(6) 12 陈庆官，薛武 .高精度数字式单线温度传感器 J.传感器技术 ， 1998(17) 13 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolutors Triac Driver Output.Motorola Semiconductor Technical Data,1998 14 Dallas Semiconductor data books.Dallas Semiconductor Corporation,1995 15 Thomas Kailath， Adaptive ControlJ.IEEE， 2004(2) 16 P. Valigi, M.L. Fravolini， Improved temperature control of a batch reactor with actuation constraintsJ. Control Engineering Practice， 2005(26) nts 23 附录 I 部分程序代码 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0025H MAIN： MOV SP， #60H ；主程序开始，初始化 MOV 20H， #00H ；标志位清零 MOV 21H， #08H ；设定的初始位为第一位 MOV 29H， #0FEH ；显示的位选信号 LCALL ZIJIAN ；自检 LCALL READTHTL ；读上限温度 TH，下限温度 TL LCALL TURNTH ；转 换 TH LCALL DISPLAY ；显示 TH SETB IT0 ；下降沿触发 SETB EX0 ；允许外中断 0 中断 SETB EA ；开外中断 0 LOOP： LCALL DELAY ；延时以保证转换结束 LCALL GET_TEMP ；读转换温度值 LCALL TURN ；数制转换 LCALL DISPLAY ； 送显示 CLR C ；比较转换值与设定值 MOV A， 24H CJNE A， 2EH， LOOP1 ；不等跳 LOOP1 SJMP HOTTING ；与下限值相等跳 HOTTING LOOP1： JC HOTTING ；温度小于下限值跳 HOTTING MOV A， 24H ；温度大于下限值，与上限值比较 CLR C CJNE A， 2DH， LOOP2 ；不等跳 LOOP2 SJMP STOPHOT ；相等跳 STOPHOT LOOP2： JNC STOPHOT ；温度大于上限值跳 STOPHOT SJMP KEEP ；温度小于上限值且大于下限值跳 KEEP HOTTING： SETB P
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