多点温度控制系统

多点温度控制系统1.概述电子技术的飞速开展，给人类的生活带来了根本的的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能。人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运用而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的CPU，存储器，I/O接口。定时器/计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低本钱。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的效劳于社会生产，生活。2.总体设计2.1硬件要实现多点温度控制，必需有主机局部、测温电路、键盘输入电路、温度显示电路以及报警电路。主机局部：用于协调控制各电路正常工作，实现温度控制，某点温度超过设定正常值时，控制相应装置进行加热或降温。测温电路：多点温度测量，输入主机。键盘输入电路：设计上下限温度，通过主机对温度进行控制。温度显示电路：对设定温度值进行显示。报警电路：当测得温度超过所限值，进行报警提示。为了方便起见，由主机控制的相应装置省略。系统框图由分析可得出系统框图如图1所示。显示电路显示电路报警电路测温电路晶振电路复位电路键盘输入89C51片机图1系统框图芯片的选择1.本设计选用普通的89C51作为单片机芯片。89C51芯片图如图2所示：图289C51〔1〕电源引脚:VCC〔第40引脚〕：接电源+5VGND〔第20引脚〕：接电源负极，即接地。〔2〕外接晶振引脚:XTAL1〔第19脚〕：片内反相放大器输入端XTAL2〔第18脚〕：片内反相放大器输出端〔3〕输入输出引脚:P0.0~P0.7〔第39—32脚〕：P0口的8个引脚。P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口，每位驱动8个LSTTL负载。在访问外部存储器或进行I/O口扩展时，它分时作为低8位地址总线和双向数据总线。P1.0—P1.7〔第1-8脚〕：P1口的8个引脚。P1口是一个8位的准双向I/O口，每一位可直接驱动4个LSTTL负载。P2.0-P2.7〔第21—28脚〕：P2口的8个引脚。P2口也是一个8位双向I/O口，每一位可直接驱动4个LSTTL负载，在访问外部存储器时它作为高8位地址总线。P3.0—P3.7〔第10-17脚〕：P3口8个引脚。P3口除作为普通8位准双向I/O口外，还具有第二功能。P3.0：RXD〔串行输入口，串行通信时，信号由此输入单片机〕。P3.1：TXD〔串行输出口，串行通信时，单片机由此把信号输出〕。P3.2：/INT0〔外部中断0输入口〕。P3.3：/INT1〔外部中断1输入口〕。P3.4：T0〔定时器0外部输入口〕。P3.5：T1〔定时器1外部输入口〕。P3.6；/WR〔片外数据存储器写选通输出口〕。P3.7：/RD〔片外数据存储器读选通输出口〕。〔4〕控制引脚:/PROG〔第30引脚〕：地址锁存有效信号输出端。/EA〔第31脚〕：外部程序存储器选用端。/PSEN〔第29脚〕：程序存储允许输出端。RST〔第9脚〕：复位信号输入端。2.本设计中8255可编程并行接口芯片如图3所示：图38255芯片(1)D0-D7：8位三态双向输出/输入通道是8255与CPU接口的数据总线。(2)RESET：高电平动作。复位时，8255的PA，PB，PC口与控制存放器将被取消，PA，PB，PC口皆为设定为输入口模式。(3)/CS；芯片选择。低电平动作。当/CS=0时，8255被选择；/CS=1时，8255无法与CPU做数据传输。(4)/RD：读取使能，低点平动作。/RD=0，且/CS=0时，CPU从8255读取数(5)/WR：写入使能，低点平动作。/WR=0，且/CS=0时，CPU将数据写入8255(6)A0，A1：地址选择线，用来选择8255的PA口，PB口，PC口和控制存放器。A0、A1的端口选择如表1所示：表1A1

A0被选中的端口名0

0PA口0

1PB口1

0PC口1

1控制存放器当A1=1，A0=1时，选择控制存放器，控制字格式由D7决定。当D7=1时。控制字代表8255A组和B组的工作模式控制字，而当D7=0时，控制代表PC口位的设定或去除。可作为PA口与PB口的控制信号。3.温度传感器芯片DS18B20如图4所示：图4DS18B20芯片DS18B20是美国DALLAS半导体公司新近推出的单线数字化测温集成电路。它具有独特的单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用1个I/O端口，支持多节点，使分布式温度传感器设计大为简化；测温时无需任何外部原件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式；测温范围为-55～+125℃，测温精度为0.5℃，可直接将温度转换值以9位数字码的方式串行输出，将温度转化为数字编码只需200ms。因此该温度传感器特别适合与各种微处理器接口时需要A/D转换器和较复杂的外围电路的弊端，可广泛用于工业控制、消费类电子产品、电子测温计、医疗仪器等各种温度测控系统中，可提高产品的可靠性，降低本钱，缩小体积。DS18B20的性能与特点：〔1〕独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信〔2〕多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能〔3〕无须外部器件〔4〕可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V〔5〕零待机功耗〔6〕温度以9或12位数字〔7〕用户可定义的非易失性温度报警设置〔8〕报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度〔温度报警条件〕的器件，负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20各引脚功能说明如表2所示：表2引脚8脚SOIC引脚PR35符号说明51GND地42DQ单线运用的数据输入/输出引脚33VDD可选VDD引脚4.LED七段数码管LED显示器是于发光二极管组成的，用来显示特定的的显示器。7段数码管发光二极管使用灵活，简单方便，当有电流通过时，相应的发光二极管就点亮；当电流消灭没有电流时，发光二极管就灭。同样。共阳极LED显示器。就是将所有发光二极管的阳极接到一起，接到电源正极。这样，当某个发光二极管的阴极加有低电平，该发光二极管即被点亮。常用7段数码管LED显示器，共阴极和共阳极结构如图5所示：图5七段数码管结构图LED显示器字符段码表如表3所示：表3示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0HC39HC6H106HF9HD(d)5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99H.80H7EH56DH92HP73H82H67DH82HU3EHC1H707HF8HT31HCEH87FH80HY6EH91H96FH90H8.FFH00HA77H88H"灭"00HFFHB(b)7CH83H|||通过a,b,c,d,e,f,g,dp各点和公共点的电位，就可以控制个发光二极管的亮暗，而不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字〔dp点是来表示小数点，在显示数字中不起作用〕。比方，要显示“3〞，那么只需点亮a,b,c,d,g5个发光二极管，而其他均为暗，对于共阴极LED显示器来说，就是在在这些引脚上输入高电平即可。5.BCD七段译码器74LS477447有4个BCD码输入端A、B、C和D，其中D为最高有效位，A为最低有效位，它们分别与输出端口中的4位相连。7447的7个输出引脚a～g直接与LED的相应引脚相连，每个段中都串接一个限流电阻，其阻值为100Ω。当灭灯输入/动态灭灯输出〔BI/RBO〕开路或为高电平而试灯输入为低电平，那么所有输出端都为1。BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入〔BI〕或动态灭灯〔RBO〕之用，或者兼为二者之用。74LS47芯片图如图6所示：图674LS47芯片7447功能表如表4所示：表4〔1〕要求0—15时，灭灯输入〔BI〕必须开路或保持高电平，如果不要灭十进制数零，那么动态灭灯输入〔RBI〕必须开路或为高电平。〔2〕将一低电平直接输入BI端，那么不管其他输入为何电平，所有的输出端均输出为低电平。〔3〕当动态灭灯输入〔RBI〕和A,B,C,D输入为低电平而试灯输入为高电平时，所有各段输出都为0，并且动态灭灯输出〔RBO〕为低电平〔响应条件〕。〔4〕当灭灯输入/动态灭灯输出〔BI/RBO〕开路或为高电平而试灯输入为低电平，那么所有输出端都为1。

表中H=高电平，L=低电平。BI/RBO是线与逻辑，作灭灯输入〔BI〕或动态灭灯〔RBO〕之用，或者兼为二者之用。2.1.31.键盘控制输入和显示电路8255通过D0—D7与CPU连接，及时实现与89C51数据的传输。通过设置8255的控制字，使得PB为输出口，PC〔0-3〕口为键盘行扫描，PC〔5-7〕口为设定为输入口，作为键盘的列扫描。PB〔0-3〕与7447芯片7，1，2，6引脚连接实现扩展。PB〔4-6〕与74LS138芯片1，2，3引脚连接。输出Y0，Y1实现LED的显示。电路图如图7：图7键盘控制输入和显示电路2.89C51与8255的连接通过P20，P21分别与A0，A1连接，可以控制8255控制字的的设置，89C51的/RD与8255的/RD连接，/WR与/WR连接，实现89C图88751与8255的连接图3.报警电路该电路利用晶体三极管的特性，将单片机的P3.7脚接NPN三极管的基极,根据其性质,当P3.7输出高电平时,三极管导通,从而驱动喇叭发出声音,否那么蜂鸣器就不发声,在右图所师电路中,由软件编程控制当周围的温度超过所设定的温度时,三极管基极就为高电平,可以实现报警功能,反之P3.7保持低电平,三极管截止,蜂鸣器停止发声。电路图如图9所示：图9报警电路4.复位及时钟信号产生电路本电路主要由12M晶振、30PF的瓷片电容、电阻、开关组成，电路如图11所示。12M晶振和30PF的瓷片电容构成稳定的自激振荡器，产生时钟信号。上电自动复位电路那么由22uF电容和两个电阻构成。加电瞬间电容通过充电实现正脉冲，用以复位。手动复位那么由开关和电阻组成。按下开关之后就产生一个正脉冲，就可以实现复位。本电路采用的是二者的组合。如图10所示：图10复位及时钟信号产生电路5.传感器与主机连接电路在主机上可以挂接多个DS18B20，从而构成多点温度测控系统。根据每个DS18B20把温度采集后送给主机分析，从而控制环境温度。本图为了方便只给出一个DS18B20的连接方式，电路图如图11所示：图11传感器与主机连接电路2.1.4由上述分析可以得出总体硬件电路图如图12所示：图12总体硬件电路图2.2软件程序流程图系统程序流程图如图13所示：开始开始系统初始化系统初始化温度数据送PC机取温度点F1温度数据送PC机取温度点F1\F2比拟设置温度与当前温度大小温度显示继电器控制按键处理是否有按键NOYES比拟设置温度与当前温度大小温度显示继电器控制按键处理是否有按键NOYES图13系统程序流程图2.2.2系统程ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:LCALLRESETMOV40H,#1MOV41H,#1MOV42H,#0MOV43H,#0;设定温度上下限MOV44H,#5MOV45H,#0MOVP2,#0FBHJNBP2.6,PPPSJMPKKKPPP:LJMPKEYKKK:LCALLRESETLCALLRES18B20START:LCALLRESETMOVA,0CCHLCALLWRITEMOVA,44HLCALLWRITELCALLRESETMOVA,0CCHLCALLWRITEMOVA,0BEHLCALLWRITELCALLREADMOV50H,ALCALLREADMOV51H,ALCALLRESETLCALLTEMPERLCALLCOMLCALLBEEPLCALLXIANSHILJMPMAINRESET:CLREA;SETBP1.3;BACK:MOV60H,#200;L1:CLRP1.3DJNZ60H,L1SETBP1.3MOV61H,#30HDJNZ61H,$CLRCORLC,P1.3JCBACKMOV61H,#80L2:ORLC,P1.3JCL3DJNZ61H,L2SJMPBACKL3:MOV61H,#240DJNZ61H,$RETI;；重新写DS18B20暂存存储器设定值RES18B20:JB20H.1,RES1RETIRES1:MOVA,#0CCHLCALLWRITEMOVA,#4EHLCALLWRITEMOVA,#00HLCALLWRITEMOVA,#00HLCALLWRITEMOVA,#7FHLCALLWRITERETIWRITE:CLREAMOVR3,#08HWR1:SETBP1.3MOVR4,#8RRCACLRP1.3DJNZR4,$MOVP1.3,CMOVR4,#20DJNZR4,$DJNZR3,L1SETBP1.3RETREAD:CLREAMOVR6,#08HRD1:CLRP1.3MOVR4,#4NOPSETBP1.3DJNZR4,$MOVC,P1.3RRCAMOVR5,#30DJNZR5,$DJNZR6,RD1SETBP1.3RET;键盘扫描子程序KEY:MOVP2,#0F0HMOVR7,#0FFHMOVR0,#40HMOV63H,#07HKEY1:DJNZR7,KEY1MOVA,P2ORLA,#0FHCPLAJZEKEYLCALLDELAYSKEY1:MOVA,#00HMOVR5,AMOVR7,AMOVR3,#0FEHSKEY2:MOVA,R3MOVP2,ANOPNOPNOPMOVA,P2MOVR7,AORLA,#0FHCPLAS123:JNZSKEY3INCR5SETBCMOVA,R3RLCAMOVR3,AMOVA,R4CJNEA,#04H,SKEY1EKEY:RETSKEY3:MOVA,R1JNBACC.4,SKEY5JNBACC.5,SKEY6JNBACC.6,SKEY7JNBACC.7,SKEY8AJMPEKEYSKEY5:MOVA,#00HMOVR2,AAJMPDKEYSKEY6:MOVA,#01HMOVR2,AAJMPDKEYSKEY7:MOVA,#02HMOVR2,AAJMPDKEYSKEY8:MOVA,#03HMOVR2,AAJMPDKEY;键位置译码DKEY:MOVA,R5ACALLDECODEAJMPEKEY;键值译码DECODE:MOVA,R5MOVB,#04HMULABADDA,R2MOV@R0,AINCR0DJNZ63H,KEYRET;将从DS18B20中读出的温度数据进行转换TEMPER:MOVA,#0F0H ANLA,50H SWAP A MOV53H,A MOVA,50H JNBACC.3,COV1 INC53HCOV1: MOVA,51H ANLA,#07H SWAP A ORLA,53H MOV53H,AMOVB,#64HDIVABMOV46H,AMOVA,#0AHXCHA,BDIVAB;MOVA,#47HMOVB,#48HRET;温度值与上下限比拟COM:MOVA,46HCJNEA,40H,LOOP1MOVA,47HCJNEA,41H,LOOP2MOVA,48HCJNEA,42H,LOOP3LOOP3:JCCOML1SJMPSPEAKERLOOP2:JCCOML2SJMPSPEAKERLOOP1:JCCOML3SJMPSPEAKERCOML1:CJNEA,45H,LOOP4LOOP4:JCSPEAKERCOML2:CJNEA,44H,LOOP5LOOP5:JCSPEAKERCOML3:CJNEA,43H,LOOP6LOOP6:JCSPEAKERSPEAKER:SETBP1.6RET;蜂鸣器响铃子程序BEEP:LCALLDEX1CPLP1.6LCALLDELAYMOVR6,#100DJNZR6,DEL2RETDEL2:MOVR7,#180NOPDJNZR7,DEL2RETDELAY:MOVR6,#50MOVR5,#1ODEX1:MOVR7,#100DJNZR7,$DJNZR6,DEX1DJNZR5,DELAYRET;74LS164驱动4个LEDXIANSHI:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#00HMOVTH0,#4BHMOVR0,48HMOV70H,#04HMOVSCON,#00HSETBTR0SETBET0SETBEASJMP$;中断子程序ORG000BINTT0:PUSHACCPUSHPSWCLREACLRTR0MOVTL0,#00HMOVTH0,#4BHSETBTR0DJNZ70H,EXITSJMPQQQEXIT:MOVDPTR,#TABLEMOVA,R0MOVCA,@A+DPTRCLRTIMOVSBUF,ADECR0DJNZ70H,EXITRETIQQQ:SETBEAPOPPSWPOPACCTABLE:DB11H,77H,92H,32H,