单片机课程设计消毒柜经典版.doc

课程设计课程名称： 单片机原理及应用课程设计 学 院： 电气工程 专 业：电子信息工程 姓 名： 燕 渊 学 号： 0908040243 年 级： 09级 任课教师： 彭建老师 2012年 6月 30日 贵 贵州大学本科课程设计 第 页摘要我们正处于一个高速发展的社会，不仅是经济发展快，科技发展也相当迅速，微电脑控制技术开始逐步渗透到各个领域中，包括工业、农业以及家庭生活。环境的变化对人们的生产和生活有一定的影响，通过对环境的检测，分析，掌握其变化规律并合理利用，以改善人类的生活质量，更好的为人类服务。 这次要设计的是一个以单片机为核心的单门消毒柜，它由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要由控制电路、单片机开关电源电路、按键和5V直流电源的转换控制电路、继电器切换电路及报警电路等部分组成。消毒柜采用220V、50HZ交流电，内部加热电热管功率1000W，5V直流电源的转换电路向系统供电，采样AT89C51常见的单片机作为控制芯片。研发出的消毒柜具有检测其温度的控制，延时控制，报警控制等功能。 而该课题是设计一个消毒柜其实就是设计一个智能的温度控制系统，消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对餐具等卫生洁具进行高温消毒，消毒柜将高温控制在一个指定的范围内，并维持一定时间，杀灭细菌，极大地增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的交叉传染，为提高人们的身体健康起了重要的作用。关键字：单片机、AT89C51、继电器、延时控制 贵 贵州大学本科课程设计 第 页 目录摘要第一章 课程设计的任务及要求11.1 课程设计的内容11.2 课程设计应完成的工作11.3 课程设计的安排1第二章 绪论3第三章 硬件电路43.1 消毒柜的组成电路43.2 键盘控制电路43.3 晶振电路53.4 复位电路63.5 消毒柜电热丝控制电路73.6 扬声器报警电路73.7 产生VCC的直流电源电路83.8 掉电保护电路9第四章 系统软件设计104.1 软件设计流程图104.2 软件设计的程序11第五章 结论15 贵 贵州大学本科课程设计 第 页致谢16参考文献17附录118附录219 贵 贵州大学本科课程设计 第 1 页第一章 课程设计任务及要求1.1课程设计的内容设计一个以MCS-51系列单片机为核心的单门消毒柜控制电路，并按规范制作设计文本和图纸。主要性能要求：1.1.1消毒柜使用220V,50Hz交流电，内部加热电热管功率1000W；1.1.2消毒柜插头接上市电和电热管通电加热时，面板上都要有相应的指示灯；1.1.3面板上设置一轻触式按键，手动启动或停止加热（按一下“启动” 加热，再按一下“停止”加热，如此循环）；1.1.4若消毒柜内部电热管处于通电加热状态，在下列任何一种情况发生时，立即停止加热： . 按一下“启动/停止” 按键，消毒柜回到待机状态；. 消毒柜内部达到一定温度时，延时20分钟后自动停止加热，回到待机状态； 消毒柜门被打开时停止加热，关好门后回到待机状态；电热管通电加热1小时后，无条件自动停机，并发出故障报警；报警状态要能通过按动一下“启动/停止”按键解除。1.2课程设计应完成的工作独立完成消毒柜控制电路的软硬件设计任务，按规范撰写设计说明书一份，用4号标准工程图纸绘制硬件电路原理图和软件流程框图各一张，并编写单片机控制程序。1.3 课程设计的安排 贵 贵州大学本科课程设计 第 2 页序号课程设计各阶段名称日期、周次1布置课题、让学生充分理解题意2012年6月25日、第1周2查阅资料、设计方案论证、选择2012年6月26日、第1周3硬件电路设计、软件流程的构建2012年6月27日、第1周4程序的编制2012年6月28日、第1周5撰写设计报告2012年6月29日、第1周6绘制控制电路原理图和程序流程框图2012年6月30日、第1周7校对、整理和完善；交件、批阅和定成绩2012年7月1日、第1周表1.1 贵 贵州大学本科课程设计 第 3 页第二章 绪论 随着社会的发展，生活水平的不断改善，人们对生活质量和健康问题的意识也不断提高，深深地认识到了安全才能给人幸福，所以大多数的家庭及公共场合对生活餐具进行了安全处理，这样就离不开我们的消毒柜，消毒柜为我们的健康提供了一道安全防线，不但省事而且方便，随之而成为了人们生活的必需品。但是一个全自动、安全性能高、成本低的消毒柜更加能体现现代科技的成熟，也能走向市场博取消费者的亲睐。这一性能就需要发展迅速的单片机芯片来实现，现在大多数的电子产品都离不开单片机，单片机已经深入到我们生活中的各个领域，如，家用电器，生活用品，航空，军事等。 接下来我们一起来专研一下消毒柜的工作原理，以及单片机所起到的作用。 贵 贵州大学本科课程设计 第 4 页第二章 硬件电路3.1 消毒柜的组成图：键盘控制电路掉电保护晶振电路复位电路51单片机继电器消毒柜的电热丝指示灯扬声器警器产生VCC的直流电源图3.1如上图所设计的消毒柜的硬件电路大概有这几个部分组成键盘控制电路、 掉电保护、复位电路、晶振电路、消毒柜的电热丝、扬声器等。整个电路采用AT89C51作为控制器 消毒柜采用220V,50Hz 交流电，内部加热电热管功率1000W，消毒柜插头接上市电和电热管通电加热时，面板上都要有相应的指示灯显示，变压电路将 220V 交流电压通过整流电路转化为 5V 的直流电，对电路提供电源，单片机通过晶振电路产生脉冲信号，通过输出各种电脉冲信号来驱动控制各部分，正常工作掉电保护电路保证系统掉电时时钟不会停止。其他的一些简单电路我们将会在下面的原理中一一给出。AT89C51单片机具有高速、低功耗、端口驱动能力强、抗干扰能力强、稳定、可靠及低价实用等特点，由其作为主控制器完全能满足设计的需要，与其连接的外围电路分述如下。32 键盘控制电路3.2.1按一下“启动/停止” 按键，消毒柜回到待机状态；3.2.2消毒柜内部达到一定温度时，延时20分钟后自动停止加热，回到待 贵 贵州大学本科课程设计 第 5 页机状态； 3.2.3消毒柜门被打开时停止加热，关好门后回到待机状态；3.2.4电热管通电加热1小时后，无条件自动停机，并发出故障报警；报警状态要能通过按动一下“启动/停止”按键解除。因此键盘电路采用独立式的按键，每个独立按键单独占有一根 I/O 口线 每根 I/O 口线的工作状态。利用查询 的方式对消毒柜的输入进行控制，分别接在单片机的 P1.0、P1.1、P1.2 口。如下图:图3.2S1 控制门的控制开关 S2 控制手动开关 S3 控制温控开关。当开关闭合时，相应的接口低电平达到断开的作用，相反当开关断开，相应的接口高电平达到闭合的作用开始工作。33 晶振电路单片机的定时控制功能是有片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生方式有两种，内部时钟方式和外部时钟方式。这里我采用的是内部时钟方式 如下图。片内高增益反相放大器通过 XTAL1、XTAL2 外接作为反馈元件的，晶体与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器向内部时钟电路提供振荡时钟。电容 贵 贵州大学本科课程设计 第 6 页C1 、C2 的值则有微调的作用，通常取 30pF 左右。图3.33.4 复位电路51 系列单片机的复位引脚 RST 上只要出现 10ms 以上的高电平，单片机就会实现复位如下图： 图3.4上电时 +5V 电源立即对单片机芯片供电，同时经 R 对C5 充电。C5 上电压建立的工程就产生一定宽度的负脉， 经过反向 RST上出现正脉冲使单片机实现了 贵 贵州大学本科课程设计 第 7 页上电复位。按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。在应用系统中有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平与单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。因此，非门在这里不仅起了反向的作用，还增大了驱动器的电容C3、C4起滤波作用，可以防止干扰窜入复位端而产生误动作。3.5 消毒柜电热丝控制电热丝是消毒柜的最重要的成分，它工作在 220v、50Hz 的交流电源下，本身功 率为 1000W 。 它的导通采用的是继电器的吸合方式来控制，如下图：图3.5接在单片机的 P2.6 口上，当 P2.6 输出低电平时，继电器吸合电热丝开始工作同时 D1 发光二极管发光，当 P2.6 输出高电平时继电器不吸合电热丝不工作，同时发光二极管 D1 没发光。Q1 放大器在这里主要起到的是开关作用，因为从单片机出来的电流不是很大，不足以驱动继电器，因此加了一个 VCC 电路，使电流流经继电器，从 Q1 的集电极流向射级从而驱动继电器的工作。3.6 扬声器报警电路 贵 贵州大学本科课程设计 第 8 页当电热丝持续工作一小时而未断开过时，电路报警，电路图如下： 图3.6其工作原理:Q2 在这里起到了开关电路的作用，利用 VCC 和 P2.7口的高电平就可以使扬声器发出报警声。3.7 产生VCC 的直流电源控制电路中多处用到的VCC是一个5V的直流电源，下图是产生该直流电源的电路图：图3.7 贵 贵州大学本科课程设计 第 9 页该电路中用一个变压器将 220V 的交流电转变为 5V 的交流电，再用一个整流 桥将其转变为直流电，但是转换的直流电不能排除有交流成分所以需要一个电解，电容来滤除交流成分。另外得出的 5V 的直流电并不是很稳定,所以要用一个 7805的稳压器,最后成能输出稳定的直流电压 VCC。38 掉电保护电路在消毒柜工作时，突然的断电可能给消毒柜的性能带有影响，所以需要一个掉电保护电路，以免掉电时继续给点偏激供电。如下图：图3.8当电源供电正常时,一方面给单片机供电,另一方面给电池充电,当电源断电时 电池放电,继续给单片机供电,保证其正常工作。在电源掉电时,为了不使低电平影响到单片机的 VCC 端,在电源与单片机的 VCC 端加一二极管。 贵 贵州大学本科课程设计 第 10 页第四章 系统软件设计41 软件设计流程扬声器报警关一小时定时20分钟定时开始切断电热管电源20分钟到？开始开始/停止门关好否？温度到否？1小时？温度可否？开始加热定时器初始化1小时定时开始NNNYYYNYYNYN切断电热管电源流程图4.1 贵 贵州大学本科课程设计 第 11 页如上图为整个单片机的算法流程图，主程序对单片机初始化以后 进入一个主 循环。在主循环中依次扫描并检测消毒柜门的状态、温度情况、持续加热一小 时以及加热温度到达后保持20分钟的状态等。具体过程见流程图。4.2 软件设计的程序整个程序采用 c 语言的编程方法：#includesbit p1_0=p10;sbit p1_1=p11;sbit p1_2=p12;sbit speaker=p27;/*消毒柜按键检测，p11口*/void disinfect_ark_key（）if（p1_1=0） ark_key=1;p2_0=0;disinfector=1;/*启动消毒柜*/ else ark_key=0;p2_0=1;disinfector=0;/*停止消毒柜*/*消毒柜门检测，p10口*/void disinfect_door_key()/*消毒柜门检测，p10口*/if(p1_0=0) door_key=1; /*消毒柜门关闭*/else door_key=0; /*消毒柜门开启*/*温度检测，p12口*/ 贵 贵州大学本科课程设计 第 12 页void temperature_key() if(p1_2=0) temperature=1; /*到达一定温度*/else temperature=0; /*未到达一定温度*/*延时程序*/Void(x=z) for(x = z;x0;x-) for(y = 110;y0;y-);/*定时器的初始化*/ void overflow_T0()interrupt 1 using 1 TR0=0;TH1=(65536-50000)/256; /*对 TH1 进行初始化*/TL0=(65536-50000)%256; /*对 TL0 进行初始化*/TH1=256-20;TH0=256-20;TR1=1;void init_T0()TMOD=0x61;/use T0 as timer work in fuction1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;TR0=1 贵 贵州大学本科课程设计 第 13 页voidoverflow_T1() interrupt 3 using 1sec+; counter+; if(sec=60) minu+;sec=0; if(counter=10&flag!=2)counter=0;keyscan();void main()int ark_key,door_key,temperatue,disinfector,time_1_hour; int time_20_munite; disinfect_ark_key(); /*消毒柜按键检测，p12口*/disinfect_door_key(); /*消毒柜门检测，p10口*/temperature_key(); /*温度检测，p11口*/delay(20)/*延时程序*/for(;ark_key=1;)/*启动、停止检测*/delay(20);for(door_key=1;)/*门检测*/ delay(20); for(;temperatue=1;) /*温度检测*/ if(time_1_hour=1)/*1 小时到了*/disinfector=0;/*切断电源*/speaker=0;/*开报警*/for(;ark_key=1;)/*启动、停止检测*/ 贵 贵州大学本科课程设计 第 14 页delay(20);speaker=1;/*关报警*/continue（）；elsetime_1_hour=0;/*关 1 小时定时*/for()/*20 分钟检测*/disinfector=0;/*切断电源*/ 贵 贵州大学本科课程设计 第 15 页第五章 结论刚开始听老师说这次课程设计的内容是设计一个消毒柜时，我一片迷茫，不知从何入手，但随后在老师的讲解下，我开始有点思路，之后在查找了相关资料后，慢慢的对消毒柜的工作原理有所了解，然后再通过单片机以及C语言中所学到的知识，加上查询的资料，以及几天的努力奋斗，现在终于做完了这个设计。但是设计的过程中遇到了许多问题，例如，利用DXP画电路图的时候在 library 里面找不到51单片机以及逻辑非门，通过在百度的询问才知道很多元件都要下载元件库安装在DXP里面才能用。这确实也是一种进步，同时也是对学过的DXP的一种巩固，之前我还怕不会用DXP，下载了一个 word 的教程来看了一天之后也确实获得了不少的东西。当然做这个课程设计必须对题目很熟 掌握了所要的要求才能入手。这方面我也花了很多的功夫去查询课本，上网查资料，做了许多的准备。光是在硬件方面就花了差不多2天的时间，其余就是程序方面的问题，在程序方面我采用的是C语言编程，运用的是德国 Keil 共识开发的 Keil C51 软件进行仿真。在编写程序的过程中给我最大的帮助的还是单片机以及C语言中的汇编程序解说，当然也和同学交流了许多的意见，对我的帮助也是很大的。所以完成了这次课程设计不但对我硬件上面的提升，软件上面当然也得到了巩固。总而言之，本次课程设计让我得到了很好的锻炼机会，让我认识到了理论和实践的差别与联系，实践是检验理论的真理，我们只学到书本上的知识是远远不够的，最重要的是把学到的知识运用到生活中，让学到的东西体现它的价值。我还从本次设计中学到了很多东西，软件以及硬件上的都有，开始时我好多软件都不会用，在经过查询和不耻下问之后，我终于学会了。通过本次课程设计我也对以后的学习、工作以及生活有了新的认识，不管我们在以后的学习生活中我们都会遇到很多困难与挫折，当我们遇到这些困难与挫折的时候，不是要选择逃避，而是要迎难而上，想办法解决问题，正确的使用一切可以运用的资源，懂得怎样查找资料，找到解决方案。我还从中认识到了“三人行必有我师焉”道理，我们要有不耻下问的精神，没有谁是生来就什么都懂的，只要我们有一颗爱学习的心，善于思考的大脑，那一切的问题将不再是问题，我们逐个的将之击破，最终实现目标。 贵 贵州大学本科课程设计 第 16 页