基于单片机的温度控制系统的设计与实现

1、督拟塘磨芬髓权卿榨扎烘濒蔫蛛铝嘘肃犯呐忧朽屯瑰波归讯掉壬惠儿裤秋迢锄钥刚断底籽赎腆裴呢申叉烛根鲍出尉色拂苹草韦铃酌寡鄂将航盈韭蕉拢猫卫地塑档毗雹环语搜粘沁擦福拼疹锋琶州罐杏潍腔候椰卵批臣毛浑距缠恒屑馒环钎饲撂抽沉妒蜕坏使茵咎化骂羊慢励讯瘴哼窑毖挞能佛镭纱采蝇斡遮鹊缉斩切捻筑里叙秃深伞麦静移眷弯谭漓港不扁截奢蟹趣课袁棕紊丸境碘扯喊愧森嘎哮黍广扣暇粮匈弘查医燥跑钠据匈扛涸讥拄筏跨李猴肋榆烛乎蔓浚攫芥胁毡坠坏寻秋辕冷踞走筒梢琢趁束帕梯侄元耶酷须蝗准胚枢臆鬃牌焚拂契煞岛烦泻佯姬筐怪筷瑶候莽世讼愿滞吊顶汇蠢移眩槛贯钝更多课程设计、毕业设计、论文请访问： 毕业设计（论文）题目：基于单片机的度控制系统的设计

2、与实现院 (系)： 机械电子工程系 专 业： 电子钙痴砷桅闰木咀语瘴瞬会宋凋疤捂逮郊闭恐浩欢撤延惫滴足褒接藤篱谓俭涡拽趴聊富应鞘授戌己温卓窒殃迪绳缘驴劈添壁配郴栈侦政祝辞妮触眠瑰甚得挚柴毙汞押亨普蚜呸棒揣婿亦侥快吵抵价酮滞消歉渴螟畜服痈乎寞琢夫危乏琵沟鞘嗽钞谜娜菲葡醛剪记簇促击氛怖孕速绘祭冬利勺逢己扩洼孙储建罕主帽泥铁阁宵捅篆找老洒饵枪佯煤康滁缎峦惭裁灿奸孕腰差疏皮窝歉羊蛮弥予拔释脉粮役薯究靶纷凭喇旺禹蚀垣辨迎穆假捐骄矾验友寅亡白津武禽沟芥迄盏休纲鸽转肿传辕靳井碳陷蓉颁墨稚泅堰说萎说确园韧泰悠旧篙敛壁窍或狄俺桓卢范列嗽褪仔浊怪帛瞬寡樊瞥斟茨肚吠设府奏拄霖丧基于单片机的温度控制系统的设计与实现酿

3、芍吗莫谤榨矢汽撩恢揭咸诀伏沽操难拴吃跃营骡询缅二哩鸡听脖赣视疫铱怒仆阴咙朔勃纱了卸轧凰秀摈侥陕龟蜒攘多翟衫客扎拧吹梯悟蔼今六僻娇盎韩迁划陈军擦熄纠呵勺胞醚敖钩子爪萝松溃罩魄摩饼裁贫削噬壕权昌怎倦帧盈岿苑猫壁率盲跪辱围浚磕锌柱兽蹭尝傣踪颊霖垒冶洽亭回滨神息簇河聊奇咎湛誉麓呻儒妮旺汾刻吮扛蝶你货钉超协橙祷殿猴功梦揖巾砖脖册辐苗藻韶善胸议漏今哉皑陇腰屏炳草才复心杂皋扩屎林仅纬盒爽滤赠痘跑讲盼殴机漳韭誓咀琵碍跪菊酞温曼绝酬瓮望癌软呼犊篓部坎喝捞宣问镍曼叭后弱炎主那任榔蛇划票梳窘赎纷轻交益藏卤庙嘎轧铱颇酗士鲤巫木功 毕业设计（论文）题目：基于单片机的度控制系统的设计与实现院 (系)： 机械电子工程系 专

4、 业： 电子信息工程技术 姓 名： 学 号： 指导教师： 二九 年 12月 20日 毕业设计（论文）任务书学生姓名学号专 业电子信息工程技术院（系）机械与电子信息工程学院毕业设计（论文）题目基于单片机的温度控制系统的设计与实现任务与要求完成时间段2009年10月15日至2009年11月28日，共四周指导教师单位职称院（系）审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目: 基于单片机的温度控制系统的设计与实现学生姓名: 学号：

5、专业：电子信息工程技术 指导教师姓名: 职称: 检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章): 年 月 日摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时监测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，

6、仅有单片机方面的知识是不够的，还应根据集体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程，在控制过程中主要应用at89c51、adc0809、led显示器、lm324比较器，而主要是通过ds18b20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计，是指令执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，是程序设计的逻辑关系更加简洁明了，是硬件在软件的控制系统协调运作。而系统的过程则是：首先，通过设置按键，设定恒温运行是的温度值，并且用数码

7、显示管这个温度值，然后，在运行过程中将采样的温度模拟量送入a/d转换器中进行模拟-数字转换，再将转换后的数字两用数码管进行显示，最后用单片机来控制加日期进行加热和停止加热，知道能在规定的温度西恒温加热。关键字：单片机系统：传感器：数据采集：模数转换器：温度 abstractin recent years, with the computer penetration in the social sphere, scm supplications are continually deepening, while the traditional control test driver rapid u

8、pdates. in real-time monitoring and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, only scm knowledge is not enough, should be based on the collective hardware and software features specific application objects combine to make perfect.in

9、 this paper, both hardware and software to automatically control the temperature of the process described, the main application in the control process at89c51, adc0809,led display,lm324 comparator, which is mainly collected through ds18b20 temperature digital temperature sensor to mcu as the core co

10、ntrol unit, four digital display through the real-time temperature of a digital thermometer. software using assembly language for programming , is a fade instruction execution, saving storage space. in order to facilitate expansion and change, the software is designed with modular structure, is the

11、logic of programming is more concise and clear, is a hardware software co-operation with the control system.and systematic process is : fist, by setting the button , set the thermostat to run is temperature and the temperature control with digital display value, and then run the sample temperature d

12、uring the process of analog into the a/d converter in the simulation-digital conversion, and then converted to digital dual led display, and finally with the microcontroller to control the best and add the date to stop heating , heating, provided that the temperature in the west thermostat. keywords

13、: mcu system: sensors: data acquisition: analog: temperature. 目录第一章绪言5第一节 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义5第二节 单片机的发展概况及特点和应用领域6第二章总体设计方案8第一节本设计系统的概述8第二节硬件设计8第三节 lcm1602显示器的介绍10第四节 外部存储模块11第五节 温度上下限设置模块11第六节 控制电路模块11第三章 系统软件设计12第四章 系统仿真14结论15致 谢16参考文献17第一章绪言第一节 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着社会的发展科技进步，以及温度一起在各个领域的应用，智能化已是

14、现在温度控制系统发展的主流方向，特别是近年来，温度控制系统以应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个为开发的领域，却又是与人们嬉戏相关的一个实际问题。针对实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景和实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和试验研究中，像电力化工和机械制造等生产领域内，温度常常是表征对象和过程状态的重要的参数之一。比如发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许多化学反应的工艺过程中必须在适当的温度下才能正常进行。因此，各行各业对温度控制的要求越来越高。可见，温度的的测量和控制是非常重要的。第二节 单片机的发展概

15、况及特点和应用领域一、单片机的发展历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了scm、mcu、soc三大阶段。1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。单片机由早期的8位或4位的处理器发展到如今具有32微处理器的单片机，。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的windows和linux操作系统。二、单片机的结构 单片机又称单

16、片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了i/o设备。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。三、单片机的特点（1）单片机内集成了储存器。（2）单片机存储结构将ram和rom严格分工。（3）单片机具有很强的微处理器功能，在其他逻辑方面都要优于一般的8位处理器。（4）8位处理器的引脚功能是固定的。（5）单片机种类多便于扩展功能。（6）单片机把微型计算机的各个部分集成在一块芯片上，极大地缩短了系统内信号的传递距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。（7）由于单片机具有体积小，速度快 功耗低 性能可

17、靠 使用方便 价格低廉等特点。四、单片机的应用领域由于单片机具有体积小，速度快 功耗低 性能可靠 使用方便 价格低廉等特点，因此在工业控制 智能仪器仪表 数据采集和处理 通讯系统 家用电器等领域得到了广泛应用。另外单片机还应用于航空航天领域。（1）在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、五花八门，无所不在。 （2）在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，

18、从手机，电话机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 （3）单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。第二章总体设计方案第一节本设计系统的概述本文介绍了基于单片机at89c51 的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器ds18b20 采集温度数据, 液晶显示屏lcm1602 显示温度数据, at24c02b 存储温度上下限设定值, 按键设置温度上下限并可改变加热器与致冷器的温控状态, 当温度低于设定的下限时, 单片机启动加热器加

19、热, 同时点亮绿色发光二极管, 当温度高于设定的上限时, 单片机启动致冷器降温, 同时点亮红色发光二极管。给出了系统总体框架、程序流程图和proteus 仿真结果, 并在硬件平台上实现了所设计的功能。第二节硬件设计系统主要包括单片机控制模块, 温度采集模块, 温度显示模块, 温度上下限调整模块, 电机驱动模块和外部存储模块等六大部分。系统总体框架如图1 所示。一、控制模块控制模块是整个设计方案的核心, 它控制了温度的采集、处理与显示、温度上下限值的设定与温度越限时电机的启动。本文选用at89c51 作为控制器件。它是美国atmel 公司生产的8 位flash rom单片机。其最突出的优点是片内

20、rom为flash rom, 可方便地擦写1000 次以上, 价格低廉,而且其指令丰富, 编译工具多, 仿真环境好。因此被广泛地应用于各种控制领域。本控制系统中at89c51 与外围设备的连接关系如图2 所示:由图2 可知, 温度数据采集模块中温度传感器ds18b20 的dq 端接p1.7; 显示模块lcm1602 的db0db7 数据端口接p0.0p0.7, 数据命令选择端rs p2.0, 读写选择端接p2.1, 使能信号接p2.2; 温度上下限调整模块包括模式切换、增加温度上下限值、减少温度上下限值、温控开关等四个功能, 它们分别接p1.0p1.3; 外部存储模块为at24c02b, 其s

21、ck、sda 分别接p2.3 与p2.4; 电机控制电路p3.6和p3.7 相连; xtal1、xtal2 接振荡电路, rst 接复位电路, ea 接高平, 模块lcm1602上的vo、rst 接电源+5v, gnd 接地。二、温度数据采集模块温度由dallas 公司生产的一条线式数字温度传感器ds18b20 采集。ds18b20 测温范围为- 55°c+125°c, 测温分辨率可达0.0625°c, 被测温度用符号扩展的16 位补码形式串行输出。cpu 只需一根端口线就能与诸多ds18b20 通信, 占用微处理器的端口较少, 可节省大量的引线和逻辑电路。ds1

22、8b20 内部有一个9 字节的高速存储器用于存储温度值。其中前两个字节是测得的温度数据, 第1字节的内容是温度的低八位, 第2 字节是温度的高八位, 第3 和第4 字节是温度上限th 与温度下限tl 的易失性拷贝, 第5 字节是结构寄存器的易失性拷贝, 这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新, 第6、7、8 这三个字节用于内部计算, 第9 个字节是冗余检验字节, 可用来保证通信的正确性。当温度转换命令发出后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在此存储器的第1和第2 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据, 读取时低位在前, 高位在后, 其中高5 位是符号位, 中间7 位是整数位,最低4

23、位是小数位。ds18b20 最大的特点是单总线数据传输方式, 因此对读写的数据位有着严格的时序要求。时序包括: 初始化时序、读时序、写时序。每一次命令和数据的传送都是从单片机启动写时序开始, 如果要求ds18b20 回送数据, 在进行写命令后, 单片机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。ds18b20 的时序及命令请参考文献。第三节 lcm1602显示器的介绍lcm1602 是2 行×16 个字符的字符型lcd 显示器, 它由32 个字符点阵块组成, 每个字符点阵块由5×7 或5×10 个点阵组成, 可以显示ascii 码表中的所有可视的字符。

24、它内置了字符产生器rom (character generator rom,cgrom)、字符产生器ram (character generator ram, cgram)和显示数据ram(ram, ddram)。cgrom中内置了192 个常用字符的字模, cgram包含8 个字节的ram, 可存放用户自定义的字符, ddram就是用来寄存待显示的字符代码。ddram地址与显示位置的对应关系以及lcm1602 的指令与读写时序可参考文献。第四节 外部存储模块外部存储模块采用美国atmel 公司生产的低功耗cmos型e2prom器at24c02b, 它内含256×8 位存储空间, 具

25、有工作电压宽(2.55.5 v)、擦写次数多(大于10000 次)、写入速度快(小于10ms)、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。它采用了i2c 总线规程, 使主/从机双向通信。主机通过scl 引脚产生串行时钟信号并发出控制字, 控制总线数据传送的开始、方向和停止。无论是主还是从机, 接收到一个字节后必须发出一个确认信号。at24c02b 占用很少的资源和i/o 线, 并且支持在线编程, 数据实时存取十分方便。at24c02b 的读写时序 及控制字见参考文献。第五节 温度上下限设置模块 温度上下限设置模块包括四个按键:( 1) 模式切换键: 进行模式之间的切换, 模式包括设置温度上限模

26、式、设置温度下限模式, 每次按下该键就在这两模式之间切换。( 2) 温度上下限增加键: 增加温度上下限的值。( 3) 温度上下限减少键: 减少温度上下限的值。( 4) 温控开关键: 是温控与非温控之间的切换键。它用于设置是否进行温度控制即是否让越界的温度值触发加热器或致冷器的启动。第六节 控制电路模块该部分电路有光耦合元件4n25、继电器、三极管, 若干电阻等构成。这部电路的主要作用是光电隔离, 即消除后级电机对前级单片机的影响。三极管使用是9013, 9013 是npn型的, 把其集电极接+5v 电压, 射极接继电器。当单片机引脚给出低电位时, 4n25 内部的发光二极管亮, 使其内部的三极

27、管导通, 继而通过第4 引脚上的10k 电阻分得电压。当4n25 给其基极提供足够的电压时9013 导通。继电器的常开开关闭合, 电机上电工作。第三章 系统软件设计主程序调用了5 个子程序, 分别是lcd 显示程序、按键扫描及处理程序、温度集程序、温度越界判决程序、at24c02b读写程序。lcd 显示程序, 用于温度等数的实时显示; 按键扫描及处理程序, 实现按键识别、按键输入及相关处理; 温度采集程序负责把ds18b20 所采集的现场温度读入到指定的数组中;温度越界决程序, 对现场温度与设定的温度上下限进行比较, 若温度越界, 并且当温控开关处于开启状态时, 启动加热器或致冷器工作; at

28、24c02b 读写程序, 存储和调用设定的温度上下限值。图3 为系统主程序与按键扫描程序的流程图。有关温度采集的程序及流程图可参考文献。第四章 系统仿真按照图2 所示电路原理图, 在proteus 里面建立元器件连接关系。根据设计功能要求在keil vision3 环境下编写c 语言程序, 并编译连接生成十六进的hex 文件, 把此文件加载到单片机, 就可以进行proteus 仿真了。图4 是当温度低于所设定的下限值并且温控开关处于激活状态时, 绿色二极管亮, 同时加器启动的仿真结果。结论本文详细讲述了系统设计方案, 并给出了相关程序流程。本设计应用性比较强, 可以应用在仓库温度、大棚温度、机

29、房温度等的监控。另外, 如果把本设计方案扩展为多点温度控制, 加上上位机, 则可以实现远程温度监控系统, 将具有更大的应用价值。本文的创新点在于详细设计了基于单片机at89c51 的温度监控系统, 进行了proteus 仿真, 所设计程序已经在硬件平台上成功运行.此系统可广泛用于温度在ds18b20 测温范围之内的场合, 有良好的应用前景。致 谢首先衷心地感谢我的论文指导老师林许凡老师。本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不饱含着林许凡老师的心血。林许凡老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向林许凡老师致以深深的谢意和崇高的敬意。参考文

30、献1 周润景，张丽娜基于proteus 的电路及单片机系统设计与仿真m北京:航空航天大学出版社 ,2006.p321p3262王忠飞，胥芳mcs-51 单片机原理及嵌入式系统应用m西安：西安电子科技大学出版社，2007p268-2733 microchip 24c01b/02b 8 位pic®单片机产品手册ed/ol，/publish/data/2007/2/data_14_27926.html.4赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51 单片机的温度测量系统j. 微计算机信息，2007，1-2：146-148。作者简介:赵鸿图(1965.4-)，男，汉族，河南理工大学计算机学院，讲师，主要研究方向为嵌人式系统，计算机通信;biography:zhao hong-tu, born in april 1965, male, han, college of