空调温度控制系统涉及与实现毕业设计论文

1、 学校代码：11517 学 号：200910711141 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业设计（论文）题 目 空调温度控制系统的设计与实现学生姓名 黄崇 专业班级 电子科学与技术 学 号 200910711141 系 （部） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 骆继明（讲师） 完成时间 2013 年 06 月 10 日 河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供

2、目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名： 年 月 日 河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 年 月 日河南工程学院毕业

3、设计（论文）任务书题目 空调温度控制系统的设计与实现 专业 电子科学与技术 学号 200910711141 姓名 黄崇 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 采用51单片机来对温度进行控制不仅具有控制方便组态简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而大大提高提高产品的质量和市场占有量。具体要求：本课题研究的是51单片机控制温度系统的设计，主要是基于51单片机为中央处理器，通过温度传感器进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器显示。（1）采用单片机做主控单元，完成对温度的采集和控制的要求 （2）温度控制约在040（3）用LCD1602显示当前温度（

4、4）有遥控器控制操作功能毕业论文（设计）的目标：（1）画出工作原理图（2）元器件及参数选择（3）完成全电路设计，能发现问题和解决问题（4）编写设计报告，写出设计与制作全过程，附上有关资料和图纸（5）画出主程序流程图，给出主程序清单参考文献：1马明建,周长城,数据采集与处理技术M.西安:西安交通大学出版社,20002张毅刚等，MCS-51单片机的应用设计M.哈尔滨工业大学出版,20043何立民,单片机应用技术选编M.北京航空航天大学出版社,20054李小英,移动式空调变频控制系统研究J.中国优秀硕士学位论文全文数据库 2009 完 成 期 限： 2013 年 06 月10 日 指导教师签名： 骆

5、继明 专业负责人签名： 2012 年 12 月 20 日目 录摘要.IABSTRACTII1 引言. 11.1 课题背景.11.2 国内外研究现状.11.3 本课题的研究内容12 系统的总体设计. 22.1 设计要求.22.2 系统方案的选择.22.3 系统各模块方案选择33 系统硬件设计.53.1 单片机简介以及外围电路.5 单片机简介.5 与系统相关的单片机外设介绍5 单片机外围电路.63.2 LCD1602显示器简介及接口电路.73.2.1 LCD1602简介.7 系统中LCD1602接口电路.83.3 键盘电路.83.4 无线遥控简介与接口电路.9 无线遥控原理简介。.9 系统中无线遥

6、控接口电路103.5 温度传感器简介及接口电路.123.5.1 温度传感器简介.12 系统中温度传感器接口电路.123.6 输出驱动电路.123.6.1 半导体制冷片简介.12 加热丝简介.13 继电器驱动电路.133.6.4 大功率电路模块介绍.153.7 系统整体原理图154 系统软件设计.164.1 系统程序设计构思.164.2 主程序设计.164.3 按键程序设计.174.4 温度采集与显示程序设计.184.5 控制执行程序设计.194.6 系统设计程序.205 系统制作与调试.215.1 系统的焊接与制作.215.2 系统调试.21 单片机最小系统及液晶显示模块调试.21 按键模块及

7、无线遥控模块调试.225.2.3 温度采集模块调试.235.2.4 继电器驱动模块调试.235.2.5大功率模块调试.245.2.6系统功能调试.255.3 系统整体实物图.28结束语. 29致谢.30参考文献.31附录.32附录1.32附录2.33空调温度控制系统的设计与实现摘 要计算机技术的诞生彻底改变了人们的生活，曾经需要大量人力、物力资源的工作都已经被智能计算机技术解决。单片机技术是计算机技术的一个应用，它的出现使现代测控领域产生了一场新的革命。典型的MCS-51系列单片机拥有完整的指令集和丰富的外设，可以很轻松的实现很多领域的控制。温度检测与控制应用广泛，作用巨大，精度更高的、操作更

8、简单的集成温度传感器应运而生。空调、冰箱等等与温度控制有关的家用电器越来越普及，一个简单智能的温度控制系统能更好的适应人们的需求。本文论述的空调温度控制系统是以8051单片机为核心，以键盘、红外遥控以及LCD1602作为人机交互接口，以DS18B20作为温度传感器，通过继电器来控制加热丝与半导体制冷片模拟空调的工作。这个系统实时检测室内温度并显示出来，人可以设定温度值，单片机比较检测值与设定值做出加热或制冷的命令，加热丝或者半导体制冷片执行相应的命令。关键词：8051单片机 DS18B20温度传感器 温度控制 AIR-CONDITIONING TEMPERATURE CON- TROL SYS

9、TEM DESIGN AND IMPLEMENTATIONABSTRACTThe birth of computer technology has revolutionized the way people live, works which need a lot of manpower, material resources have been solved by smart computer technology. The single-chip microcomputer technology is an application of computer technology. Its e

10、mergence has aroused a new revolution in the field of modern measurement and control. The typical MCS-51 series single-chip microcomputer has a complete instruction set and rich peripherals, can easily achieve the control of many areas.Temperature measurement and control has a wide range of applicat

11、ions, higher precision and simple operation of integrated temperature sensor arises at the historic moment. Household appliances related to the temperature control, such as air conditioners, refrigerators and so on, is more and more popular, a simple intelligent temperature control system can better

12、 adapt to the needs of people.This paper discusses the air conditioning temperature control system based on 8051 single-chip microcomputer as the core, with the keyboard, and infrared remote LCD1602 as human-computer interaction interface, using DS18B20 as temperature sensor, through the relay to co

13、ntrol the heating wire and semiconductor chilling plate to simulate the work of air conditioning. The system can detect indoor temperature and display in real-time, and one can set temperature, then single-chip microcomputer compares the detected value and setting value to make the command of heatin

14、g or cooling, with heating wire or semiconductor chilling plate executing the corresponding command.KEY WORDS: 8051single-chip microcomputer DS18B20 temperature sensor temperature control1 引言1.1 课题背景近年来电子产业迅速发展，单片机应用正在不断深入更多的领域，同时也带动了控制检测技术的提升。在自动检测和控制系统中，单片机通常作为一个核心，结合具体的硬件结构，与软件相结合，就能实现具体应用的功能。单片机

15、拥有基本的外设，这些外设让单片机功能更加强大，应用更加广泛。随着人们生活水平的提高，人们需要更高质量更智能的与温度控制相关的产品，一个更优秀的温度控制器亟待开发。 1.2 国内外研究现状温度采集与控制历来都是检测控制领域的重点之一。近年来全球工业电子温度控制器市场增长缓慢，我国电子温度控制器市场迅猛发展，与之相关的核心生产技术与研发必将成为业内企业关注的焦点。温度控制器被广泛用于工农业生产，科学研究和生活领域，了解国内外电子温度控制器生产核心技术研发动向，工艺设备，技术应用及趋势对于企业提升产品规格，提高市场竞争力非常关键。就目前情况来说，电子式温度控制器必将全面代替机械式温度控制器。电子式温

16、度控制器的精度、功能、可靠性以及安全性等方面迅速发展，以后全面智能化的温度控制器将更加方便，功能将更加强大，更加可靠，更加安全。当前各界研究的温度控制器技术各具一格，所以新型温度控制器的研发所要解决的问题就是如何做到取长补短，从而来设计出更加优越的温度控制器。1.3 本课题的研究内容 设计中用户可以利用遥控或者键盘设置温控器的工作，例如工作状态、模式、室内温度。单片机能将这些设定信息存储在数据存储器。单片机有可能工作在掉电状态，但是通过外部中断唤醒可以保存数据存储器的数据，从而实现关机重启后，仍能保存用户的设定信息。设计中用LCD1602作为显示器，单片机可以把实时温度和用户的设定信息都显示在

17、液晶屏上。工作原理大概是这样的：通过温度传感器DS18B20实时采集一个封闭空间的温度，然后传送给单片机处理；单片机 根据人的设定信息结合采集的实际温度自动加热或制冷以实现空调功能。 2 系统的总体设计 2.1 设计要求系统的设计本课题研究的是利用51单片机结合适当的硬件结构，实现一个空调温度控制器，主要包括温度采集与显示、人机接口、控制输出等部分。系统设计的基本要求如下：* 采用单片机做主控单元，完成对温度的采集和控制的要求* 温度控制约在040* 用LCD1602显示当前温度* 有遥控器控制操作功能 2.2 系统方案的选择系统可以用硬件的方式实现，也可以用软件的方式实现，具体方案有二：方案

18、一：可以使用FPGA实现整个系统。FPGA在测量领域的确有优越之处，可以很方便实现系统的时序控制，并且得到更准确的采集数据。但是对于控制系统来说，需要有多个状态以及相应的操作，FPGA相对于微控制器来说并不擅长。方案二：可以使用微控制器作为核心，配合着测量电路、人机交互电路、以及控制电路实现这个系统。这种方案实现空调温度控制比较简单，而且也能达到设计要求。综合比较，方案二更加适合空调温度控制系统的设计与实现，本文采用该方案。笔者对题目再进行深入的分析和思考，可将整个系统分区为以下几部分：主控器电路、测温电路、输入电路、显示电路，控制执行电路。笔者做出了系统整体设计框图如图2-1所示。图2-1

19、系统整体设计框图温度传感器采集一个封闭空间的温度，单片机获取这个数值，然后综合人通过键盘或者遥控器设定的信息，给出控制命令。命令通过继电器控制模块控制加热丝和制冷片以得到执行。加热丝和制冷片会改变空间的温度，单片机会周期的通过温度传感器采集温度值，然后再综合设定信息，再给出控制命令。最终的目标是智能控制这个空间的温度在人设定的合理范围内。2.3 系统各模块方案选择主控制器可以选用AVR系列单片机、51系列单片机或者ARM。系统所需微控制器的速度并不太高，控制并不复杂，51系列单片机完全可以胜任。考虑到成本和编程复杂性，本设计选用51系列单片机AT89S52。键盘模块可以采用查询法或中断法来实现

20、。查询法占用大量的CPU资源，但是电路连接简单；中断法虽然可以克服这个弊端，不过中断法程序设计复杂。考虑到系统设计中有开关机键，关机时单片机处于掉电模式，开机可以用外部中断唤醒。所以本设计采用中断法实现键盘模块。遥控接收模块可以选用1838红外接收头，接收头将接收到的红外信息传送给单片机，单片机利用定时器和外部中断实现解码。这种方式比较经济，可是浪费了单片机的外设资源而且其解码稳定性不敢保证可靠。无线遥控模块也可以使用现成的无线接收模块，这种方式可靠性好，并且较少占用CPU资源，但是价格高。考虑到系统的稳定性，本设计选用了无线遥控模块。温度传感器可以采用热敏电阻或者AD590等输出模拟信号量的

21、作为传感器，但是通常需要配合放大电路、滤波电路以及AD转换器等电路才能输送给单片机处理。可以说这种方法实现复杂，成本较高。事实上，采用集成温度传感器DS18B20，它输出的是数字信号，可以直接与单片机通信。选用这种传感器，硬件电路很方便，但是需要大量的软件编程。考虑到系统硬件电路连接的复杂性，本设计采用DS18B20。本设计利用LCD1602作为显示器，可以显示更多的字符。此外，由于LCD1602能够锁存输入的显示字符，不像数码管显示那样需要不断扫描，这种特点使得LCD1602更加节省CPU资源。 继电器驱动电路选用专用驱动芯片，例如UNL2003，但是成本较高。采用三极管驱动，这样同样可以满

22、足设计要求，也节省了成本。设计中共用到了三个继电器，一个主继电器作为大功率模块的主要电子开关，另外两个分别作为加热丝和制冷片的控制开关。加热丝选用材料为镍铬，长度大约0.4米，阻值大约为5欧，12伏电源供电时功率约28瓦的电热丝。这种的电阻丝，安装方便，它的功率也能满足设计要求。制冷片选用TEC1-12706来模拟压缩机实现空调制冷作用。这个模块还需要配套的散热装置才能实现较好的制冷效果。值得注意的是本设计输出执行模块为较大功率用电器，制冷片的额定功率为56W，再加上散热的风扇对电源要求的功率会更大。我选用的是输出电压12V，最大电流6A的开关电源才能基本满足设计要求。智能控制模块只需要5V供

23、电就可以了，本设计采用的是USB供电。 3 系统硬件设计3.1 单片机简介以及外围电路 单片机简介MCS-51系列单片机以其典型的结构、完善的总线、特殊功能寄存器的集中管理方式、位操作系统和面向控制的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。80C51是MCS-51系列单片机的典型品种。80C51单片机基本结构如图3-1所示。图3-1 80C51单片机基本结构由图可见，80C51系列单片机主要有CPU系统、存储器系统、I/O口和其他功能单元构成。CPU系统是8位的，含有布尔处理器，还包含时钟电路以及总线控制逻辑。存储器系统包括4KB的程序存储器，128B的数据村存储器，还有特殊功能寄存器SFR

24、。80C51单片机系统通常还包括4个并行I/O口，2个16位定时/计数器，1个全双工异步串行口，以及中断系统1。 与系统相关的单片机外设介绍单片机有5个中断源，2个中断优先级，本设计中用到了三个中断，分别是外部中断0、外部中断1以及定时/计数器0中断。单片机的中断控制主要用两个寄存器实现，中断允许控制寄存器IE和中断优先级控制器TP。中断允许控制器可以对所有中断以及某个中断源设置成开放或者屏蔽。中断优先级控制寄存器可以设置某一中断为高优先级中断，高优先级的中断相对于普通中断来说拥有特权1。单片机的外部中断可以由TCON寄存器进行配置。单片机的外部中断有两种触发方式，一种是电平触发，另外一种是边

25、沿触发，这种配置可由IEX位进行设置。本设计中用的是边沿触发，所以将IEX设置成1。单片机的定时/计数器的实质是加一计数器，而且是16位的，由低8位和高8位组成。定时/计数器的计数脉冲有两个来源，当系统的时钟振荡器输出脉冲12分频后作为定时/计数器的输入时，它就配置成定时状态；当外部脉冲源从T0或T1引脚输入的话，它就被配置成计数状态。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，这个寄存器可以配置定时/计数器的工作方式和功能；TCON是定时/计数器的控制寄存器，用于控制定时/计数器的停止以及设置溢出标志2。 单片机外围电路一个单片机最小系统主要由时钟电路和复位电路组成。80C51单片机的时钟信号通

26、常有两种发生方式：一种是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在80C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚上外接晶振，就能构成自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。而外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内部。此种方式用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。 两种常见的时钟电路如图3-2所示。 图3-2 两种常见的时钟电路实际应用中，复位电路有两种常见形式，一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。两种常见的复位电路如图3-3所示。 图3-3 两种常见的复位电路单片机最小系统如图3-4所示。图3-4 单片机最小系统3.2 LCD1602显示器简

27、介及接口电路 LCD1602简介LCD1602液晶显示器具有微功耗、体积小、显示内容丰富的特征，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。它的主要特性如下：(1)3.3V或5V的工作电压，对比度可以调节(2)内含复位电路(3)提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能(4)有80字节显示数据存储器DDRAM(5)内建有192个5X7点阵的字符发生器CGROM(6)有8个用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM其引脚功能如表3-1所示3。表3-1 LCD1602的引脚编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3V

28、L液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端12D5Data I/O5R/W读/写选择端13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光电源正极8D1Data I/O16BLK背光电源负极 系统中LCD1602接口电路本设计中，LCD1602的数据端口接单片机的P0口，单片机的P0口用作通用I/O口时要接上拉电阻。RS端接单片机的P2.7，RW端接单片机的P2.6，E端接P2.5。实际应用中，LCD1602的VL端口通常都要接一个可调电阻器。这是由于并不是把VL直接接地了就能清晰的显示出字符。对于不同的液晶，需要通过可调电阻来

29、调节显示器的对比度。本设计中，LCD1602与单片机的连接图如图3-5所示。图3-5 LCD1602与单片机的连接图3.3 键盘电路本设计的键盘电路如图3-6所示。设计中用到了4个按键，开/关机键、模式切换键、温度“+”键、温度“-”键，分别对应ON_OFF、MODE、PLUS、MINUS这四个按键。当某一个键按下时，会将P1口的一位拉低，同时也会在P3.2端口引起一个下降沿。这个下降沿会触发单片机的外部中断0 ，从而进入对应的中断服务程序，这个程序也是按键功能实现的程序。设计中，用四个二极管充当四输入与门，这样既节省了成本，也简化了电路。该电路电阻和电容组成一个放点回路，防止键盘误触发而进入

30、中断服务程序。另外，中断服务程序中也采用了软件去抖动程序以增加系统的稳定性。图3-6 键盘电路3.4 无线遥控简介与接口电路 无线遥控原理简介无线通信的原理就是将数据加到载波上从而实现数据传输，主要包括两个部分：一个是无线发射模块，一个是无线接收模块。无线发射模块把需要传输的信息调制到载波信号上，然后通过天线发射出去。无线接收模块在接收到无线信号后，就进行解码。为了传输的可靠性，通常都会在传输的有效数据码前加上地址码，只有地址匹配了才能接收数据码；为了解码的需要，通常还需要对传输的码字加上同步码，以实现可靠的通信4。设计中用到的无线发射与接收模块实物图如图3-7所示。图3-7 无线发射与接收模

31、块实物图编码芯片PT2262编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。无线接收模块接收到信号后送到解码芯片PT2272中。PT2272首先会将地址码经过三次比较核对，倘若一致PT2272的VT脚才输出高电平，否则输出无效的低电平。VT脚有效的同时，PT2272相应的有效数据脚也将输出高电平。需要说明的是，如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚和相应的数据脚便连续输出高电平。PT2262停止发送编码信号，PT2272的VT端便恢复为低电平状态。 PT2272解码芯片有不同的后缀，代表着不同的功能，常见的有M4、L4等型号

32、。其中，M表示非锁存输出，数据脚输出的有效信号是短暂的。只有当发射端发射时，才会输出有效数据；而发射停止时，就输出无效信号，这很类似于点动控制。L表示锁存输出，数据只要成功就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控器数据发生变化时它的输出才会改变4。 系统中无线遥控接口电路系统中无线遥控接收模块的输出引脚如表3-2所示。表3-2 无线遥控接收模块引脚图脚位名称功能说明1VT输出状态指示2D3数据输出3D2数据输出4D1数据输出5D0数据输出65V电源正极7GND电源负极8ANT接天线端设计电路图中红外与单片机的连接电路如图3-8所示。可以看到，遥控接收模块的数据输出端口分别接的是单片机P1口的高

33、四位，VT端口通过一个非门接的是单片机的P3.3口，也即外部中断1输入端口。分析红外接收模块的时序图可以知道，当用遥控器按下一个按钮时，就会在VT端口输出一个上升沿，而单片机的外部中断的边沿触发方式是下降沿触发，所以要加一个非门。当按下一个按钮的时候，就会触发单片机执行外部中断1的服务程序，然后再通过检测是哪一个端口出现低电平，就可以知道是对应的按钮被按下了。此模块的设计方法与键盘设计很类似。 图3-8 无线接收模块3.5 温度传感器简介及接口电路温度传感器简介DS18B20数字温度传感器可以提供9-12位数字量的温度测量，它的测温范围为-55125。 在硬件上，DS18B20通过一个单总线接

34、口与处理器交互信息，而且DS18B20能直接从数据线上吸取能量，这种寄生电源的方式可以使它的应用更方便、更灵活5。DS18B20的主要特征：(1)先进的单总线数据通信。(2)最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。(3)12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。(4)可选择寄生工作方式。(5)检测温度范围为55C +125C 系统中温度传感器接口电路系统中DS18B20与单片机的接口电路如图3-9所示，从图中可以看到DS18B20的只需要一个数据线就能完成数据通信工作。DS18B20的数据通信端口接的是单片机的P2.3端口，这样的单总线方式硬件连接非常方便，甚至利用它的寄生电源的功能连电源线

35、也可以省去。简单的硬件结构也需要付出代价，DS18B20需要精准的时序控制和复杂的编程才能准确采集到温度数据。图3-9 DS18B20与单片机的接口电路3.6 输出驱动电路 半导体制冷片简介半导体制冷片没有滑动部件，这是区别于常规制冷器件的很大优点。半导体制冷片省去了机械部件，就可以使它的体积减小，这样它就可以应用在一些空间受到限制的场合。而且，这种制冷器件可靠性要求高，无污染。其缺点是没有常规制冷器件那样制冷效果强大，这也让它的应用受到了限制。 半导体制冷片的工作原理是这样的：用两块极性相反的半导体材料串联成一个热电偶。当在热电偶中通过电流时，两端就会产生热量转移，从而产生温差形成冷热端。半

36、导体自身存在电阻，所以通过电流时也会产生焦耳热，影响热量转移，另外两个基板之间的热量也会通过半导体材料自身或者空气等媒体逆向传递，最终会使冷热端达到一种平衡的状态。为了使冷端达到更低的温度，需要打破这种平衡状态使热传递继续进行，通常采取散热等方式降低热端的温度来实现6。本设计中用到的制冷片是TEC1-12706，它的最大制冷功率是56W。在实际制作中，套件制冷片的热端安装了导热铜管把热量传送到散热片上，有两个风扇贴在散热片上。这样能够尽可能地使热端散热，从而使冷端能够获得理想的降温效果7。 加热丝简介加热丝实际上就是一个电阻，它把电能尽可能的转化为热能。电热丝的材料通常都是耐高温的材料，例如铁

37、铬铝、镍铬材料等。本设计用的是镍铬材料，阻值约5欧的电热丝，12V时功率约为28瓦8。 继电器驱动电路.1继电器及其驱动电路简介继电器是一种常规的电子开关，用小电流去控制大电流运作的电控制器件，故在电路中起着安全保护、转换电路等作用。它的工作原理是是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，就会使输入端线圈达到一定的磁场强度从而使输出回路的柱头上的接头切换，最终在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化9。本系统中选用的是汇科（HUI KE）继电器HK3FF-DC5V-SHG，它的输入端驱动电压是5V,线圈电阻70，功率0.36W，它的输出回路直流30V时允许通过电流为10A。.2系统中继电器驱

38、动电路继电器驱动电路如图3-10所示。其中三个控制端分别接的是单片机的P2.0、P2.1和P2.2。由于单片机驱动能力有限，有考虑到单片机的灌电流相较更大些，所以选用PNP型的三极管。继电器驱动电路的工作原理是这样的：当单片机管脚输出高电平时，PNP三极管就处于截止状态，继电器输入端口几乎不导通，继电器处于断开状态；当单片机输出低电平时，PNP三极管就处于饱和状态，继电器输入端就可以获得几乎5V的电压而使继电器导通。之所以在继电器的输入端加上一个反向的二极管，这是由于当继电器由导通变为断开的过程中，输入端线圈会因为自感作用引起自感效应对继电器造成破坏，当加上一个反向二极管后就可以给这个线圈一个

39、放电回路而消除自感的不良影响10。图3-10 继电器驱动电路设计中就用到的三个继电器的作用是这样的：最上边的继电器作为大功率模块的总开关，待机状态断开，正常工作状态闭；另外的两个继电器分别控制加热丝和制冷片的通断。另外用了三个发光二极管分别指示继电器的工作状态，当继电器闭合时，对应的发光二极管就被点亮；断开时就熄灭11。 大功率电路模块介绍系统的制冷系统与加热丝实物图如图3-11所示。制冷系统，包括半导体制冷片，散热器和风扇。 图3-11 制冷系统与加热丝实物图制冷片工作电压2伏时功率约6瓦，加热丝2伏工作时功率约8瓦，本设计选用电压2伏，最大输出电流安的开关电源。3.7 系统整体原理图 系统

40、整体原理图见附录1。4 系统软件设计4.1 系统程序设计构思系统主程序主要是用来不断更在显示器上更新出设定模式、设定温度和实际温度。中断0的服务程序是用来实现键盘功能的程序，这些功能包括状态切换、模式切换、温度值调整，也包含了状态切换时的部分初始化程序。外部中断1的服务程序是无线遥控功能实现程序，与键盘功能程序类似。定时器0的中断服务程序实现控制执行功能，即启动或者停止加热制冷操作12。4.2 主程序设计主程序流程图如图4-1所示。图4-1 主程序流程图主程序开始后，先进行系统初始化，包括LCD1602的初始化和单片机中断系统的初始化。初始化工作包括LCD1602设置成两行显示模式，单片机的两

41、个外部中断都使有效，定时器0中断也使有效。初始化结束后，就进入了死循环。这个循环程序不断判断系统的状态，如果是待机状态就进行待机初始化，最后让单片机进入掉电模式。如果是正常工作状态，还需要判断en_display_normal标志位分成不同的两支程序。设计en_display_normal标志位的目的是在于从待机模式切换到正常工作模式时，正常工作模式那些不需要更新的显示字符需要只进行一次初始化。当从待机模式切换到正常工作状态时，就会使en_display_normal置1，这样就会执行显示正常模式的初始化程序。一旦这个程序执行结束，就会使en_display_normal清0，这样就能保证这个

42、显示正常模式的初始化程序只执行一遍。其实，设计本来是将这段显示正常模式的初始化程序放在按键中断程序有关从待机状态切换到正常工作状态初始化的代码中。但是，由于倘若主函数程序和中断程序都有显示程序的话，有可能出现显示错误。比如说，主函数设置了一个显示地址，但是还没等传送显示字符的代码执行时发生了中断，而在中断程序执行了另外的显示程序，当在回到主程序时，主程序原来的显示地址的设置将丢失，这是一个错误。正是考虑到这一点，所以才设计全局变量en_display_normal来将这部分显示代码引入主函数去执行。这种方法虽然解决了上述的错误，但是这段程序的执行效率并不高，尚待更好的解决办法13。当显示正常模

43、式的初始化程序结束后，就会执行显示设定模式、设定温度和采集显示实际温度的程序，这样就能实时的显示实际温度。4.3 按键程序设计按键程序流程图如图4-2所示。按键程序是安排在外部中断0的服务程序中。当任意的一个按键按下，都会触发外部中断0。当进入外部中断0程序后，首先执行延时程序，然后再次判断是否有按键按下，以达到按键消抖的目的。如果确实有按键按下，就通过读取P1端口的低四位获取按键值。根据不同的工作状态又将程序分为两支。当处于待机状态时，判断是否是开/关机键（ON_OFF键）按下，如果是就开机初始化，如果不是就继续待机14。当处于正常工作状态，然后根据不同的按键值选择不同的操作程序。如果是ON

44、_OFF键按下就关机，如果是MODE键按下就切换状态，如果是PLUS键按下就增加设定温度值，如果是MINUS键按下就减小设定温度值。需要说明的是中断服务程序的结尾部分，有一句语句是中断标志位清0，这是为了避免因为案件抖动出现按一次进入两次中断。图4-2 按键程序流程图4.4 温度采集与显示程序设计温度采集与显示程序流程图如图4-3所示。温度采集是通过调用函数ReadTemp()实现的，温度显示是通过调用函数disply_temp()实现的。ReadTemp()函数首先初始化DS18B20，然后启动温度转化，接下来读取温度，得到两个字节的记录温度的二进制数。紧接着，判断温度的正负。如果温度为负，

45、还需要求取温度的原码并去掉最高位的符号位，转化为十进制的实际温度。倘若温度为正，可以直接去转化为十进制的温度数据。利用sign_flag记录实际温度的符号值15。图4-3 温度采集与显示程序流程图4.5 控制执行程序设计控制执行程序流程图如图4-4所示。控制执行程序是放在定时器0的中断服务程序中。在初始化程序中，将定时/计数器0设置成定时模式1，也就是16位定时器。系统选用的是12M的晶振，这样定时器从0计数到溢出，中断一次的定时时间就是65536us。输出控制是这样设想的，每隔一定的时间就来执行一遍，这个时间就是执行周期。本设计把这个执行周期设置成（65536*2）us，即大概0.13s，实

46、践中可以满足设计要求。中断程序一开始先判断时间是否达到（65536*2）us，如果是就执行输出控制程序，如果不是就中断次数加一。这样做的目的是把（65536*2）us作为输出控制程序的执行周期，也就每隔（65536*2）us就会根据工作模式和设定的温度做出开启/关闭加热或制冷的操作。在输出控制程序中，先判断工作模式，以加热模式为例，不管制冷工作与否先关闭制冷，然后判断制热工作与否。倘若制热工作着，再判断实际温度是否高于等于设定温度，如果是就结束加热，如果否就继续加热。倘若没有制热，判断实际温度是否小于（设定温度-2)，如果是就开启加热，如果否就保持不加热。之所以是小于（设定温度-2），这是考虑

47、到节能的需要。即只有当温度低于（设定温度-2）的时候才开启加热，然后一直加热到高于等于设定温度，当温度在降低到（设定温度-2）以下的水平就重新开始加热，这样做就可以使制热过程间断性的周期工作，避免过于频繁的加热。制冷模式的工作原理与制热模式类似。图4-4 控制执行程序流程图4.6 系统设计程序 系统设计程序包含5个源程序文件，分别是tem_con_system.c、function.c、lcd.c、tem.c和usual.c；还包括7个头文件，分别是tem_con_system.h、function.h、lcd.h、tem.h、usual.h、reg52.h和intrins.h。tem_con

48、_system.c是系统的主要工作文件，funciton.c包含了系统调用的功能函数，lcd.c是LCD1602有关的程序，tem.c是DS18B20有关的程序，usual.c包含了两个常用的延时函数。tem_con_system.h包含了工程中用到的部分全局变量，还有一些常数，function.h、lcd.h、tem.h、usual.h分别是对应C语言文件的头文件，reg52.h、intrins.h是系统头文件。由于文件比较多，所以只列tem_con_system.c一个文件的程序，程序见附录2。 5 系统制作与调试5.1 系统的焊接与制作根据设计的要求，对所需的元器件的型号和数量进行了确定

49、，得出了如下的元器件清单如表5-1所示。表5-1 元器件清单表AT89S521片继电器3个74041片LED红色指示灯3个10K排阻1个按键4个LCD16021个加热丝1段DS18B201个制冷片及配套散热模块1套8550三极管3个瓷片电容30uF2个1N400710个12MH晶振1个1 k电阻3个电解电容30uF1个10K电阻2个杜邦线若干4.7K电阻6个无线遥控发射器1个无线遥控接收模块1套茶杯1个笔者将系统划分为四个部分，按键模块与无线发射、接收模块，继电器模块，单片机最小系统与LCD液晶模块和大功率模块。其中前两个部分用万用板焊接。单片机最小系统与LCD液晶模块是笔者曾经在实验室期间已经做过的成品。大功率模块不需要焊接，但需要连线。而且，笔者用茶杯做了一个封闭的空间，并且将加热丝、半导体制冷片以及温度传感器都装配在这个空间中。5.2 系统调试 单片机最小系统及液晶显示模块调试本人制作了一个最小系统板，为了避免重复插拔芯片和下载程序的方便，最小系统板上带有一个USB-ISP接口。经测试，程序能够正常下载到单片机中，单片机工作正常，复位按键也正常。液晶显示模块在调试时，由于三个控制端接错的原因，导致不能正常