【《单片机控制的酿酒过程温度控制系统的硬件和软件设计案例》3600字（论文）】

单片机控制的酿酒过程温度控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u28524单片机控制的酿酒过程温度控制系统的硬件和软件设计案例 1234301硬件电路说明 16441.1电路概述 1102621.2主控电路说明 247181.3单片机最小电路 35541.4传感器电路说明 499501.5显示电路说明 472861.6按键电路说明 646721.7报警电路 7266532软件程序说明 9204872.1主控程序说明 9282122.2子程序说明 91硬件电路说明1.1电路概述设计硬件主要由控制电路、最小系统电路、温湿度传感器电路、显示电路、按键电路、报警电路、驱动电路、外接时钟电路7大部分组成如图3-1。主控制电路由STC89C52芯片控制系统运行，最小系统电路由电源电路、晶振电路及复位电路组成。按键电路是系统中重要的信息输入部分，通过按键输入的信息和温湿度传感器采集到的信息，传输至STC89C52芯片进行处理比较，主控电路通过PID算法运算，将处理好的数据通过IO口输出至显示电路、报警电路，并加入风机电路达到降温的目的。经过传感器采集到的湿度数据输送至微处理器作比较再判断是否驱动风机启动除湿工作。图3-1系统原理图1.2主控电路说明系统设计主控芯片为STC89C52如图3-2所示，总共有40个引脚，这款芯片是C51的增强版。相比于C51，C52的内部储存增大了一倍，还额外增加了一个定时器T2。如图3-3本次设计共用到32个引脚。其中使用27个准双向IO口连接5个独立按键（复位按键K1、菜单设置按键K5、编辑减值按键K4、编辑加值按键K3、确认按键K2）、有源蜂鸣器、温湿度传感器、时钟电路、风机电路、显示电路。RST引脚连接到复位电路，单片机的18引脚与19引脚连接晶振电路，20引脚接地，40引脚连接+5V电压。图3-2STC89C52芯片图图3-3主控电路原理图1.3单片机最小电路复位电路如图3-4：由一个10μf电容串联一个10K电阻组成，电容连接+5V电压，电阻连地。通过电容与电阻的组合产生不少于二个机器周期的高电平，达到可靠复位的目的。晶振电路如图3-5：由两个C2C3：22pF电容与一个X1：11.0592M的晶振组成，通过晶振与电容串联，达到提供基准的时钟信号的目的。电源电路如图3-6：本系统采用五伏供电电压，使用Micro-USB传统安卓接口进行连接。图3-4复位电路原理图图3-5晶振电路原理图图3-6电源电路原理图1.4传感器电路说明DHT11传感器模块共有是3个引脚如图3-7，VCC引脚连接+5V电源，GND引脚接地，DATA引脚连接单片机的IO口双向传输信号，形成信息传输通道将采集到的信息以数字信号的形式传输至单片机加以处理。在能完成目标任务的同时能有效的节省单片机的引脚使用。图3-7温湿度传感器图1.5显示电路说明显示电路由一个10KΩ可调电阻与LCD1602液晶显示屏组成。LCD1602的8个引脚（D0-D7）连接至STC89C52单片机芯片，可调电阻VR1接LCD1602的VO引脚。LCD1602液晶显示屏共有16个引脚如图3-8，在电路连接中其脚1接地，16引脚接背光负极，2引脚接+5V电源，15引脚接背光正极，3引脚连接可调电阻，做液晶显示器的对比度调节端，4引脚连接单片机PIN1.7做寄存器，5引脚连接地线，6引脚单片机PIN1.6做使能端。在本设计中需要显示的内容有两排共4个内容，第一排显示当前年月日与当前环境下的实时温度，第二排显示的是当前时分秒与当前环境下的实时湿度。显示有以下几种显示结果（数值可变化如图3-9、如图3-10）：2022-01-02(表示2022年01月02日)T:17C(表示摄氏度17，单位°C)11:38:26(表示11时38分26秒)H:68%(表示相对湿度68，单位%)Temp_H：30C(表示温度上限阈值为30，单位°C)Temp_H：30C>(表示可选择进入温度上限阈值30的编辑，单位°C)Temp_H：30C>>(表示已进入温度上限阈值30的编辑，单位°C)Temp_L：10C(表示温度下限阈值为10，单位°C)Temp_L：10C>(表示可选择进入温度下限阈值10的编辑，单位°C)Temp_L：10C>>(表示已进入温度下限阈值10的编辑，单位°C) Humi_H:80%(表示相对湿度上限阈值为80，单位%)Humi_H:80%>(表示可选择进入湿度上限阈值80的编辑，单位%)Humi_H:80%>>(表示已进入湿度上限阈值80的编辑，单位%) Humi_L:30%(表示相对湿度下限阈值为30，单位%)Humi_L:30%>(表示可选择进入湿度下限阈值30的编辑，单位%)Humi_L:30%>>(表示已进入湿度下限阈值30的编辑，单位%) 2022-01-02Y（表示进入“年”的编辑）2022-01-02M（表示进入“月”的编辑）2022-01-02D（表示进入“日”的编辑）11:38:26H（表示进入“时”的编辑）11:38:26M（表示进入“分”的编辑）11:38:26S（表示进入“秒”的编辑）当显示屏显示T（摄氏度）的值大于等于温度上限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机转动降温。当显示屏显示T（摄氏度）的值小于等于温度下限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机静止。当显示屏显示T（摄氏度）的值在上限阈值与下限阈值之间时，蜂鸣器不鸣响风机静止。当显示屏显示H（相对湿度）的值大于等于湿度上限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机转动除湿。当显示屏显示H（相对湿度）的值小于等于湿度下限阈值时，蜂鸣器连续鸣响风机静止。当显示屏显示H（相对湿度）的值在上限阈值与下限阈值之间时，蜂鸣器不鸣响风机静止。图3-8显示屏电路原理图图3-9显示屏实际图图3-10显示屏显示菜单页面图1.6按键电路说明因系统需求复位电路及进入菜单编辑修改年月日、时分秒、温度阈值及湿度阈值等较为复杂的操作，因此采用了5个独立按键进行设计如图3-11、3-12。K1为复位按键，主要作用当按下K1按键一次输入一次高电平，电路复位为初始状态。K2为确认按键，主要作用为确认进入菜单设置功能、确认修改的年月日、温度、时分秒、湿度给予保持值的功能。K3为编辑加键，主要作用为编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）数值的加法，单位均为1。K4为编辑减值键，主要作用为编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）数值的减法，单位均为1。K5为菜单设置键，主要作用为进入菜单编辑模式及选择编辑项目（年月日、温度、时分秒、湿度）时的向下选择。图3-11K1复位按键电路原理图图3-12K2K3K4K5设置按键电路原理图1.7报警电路本系统报警电路主要如图3-13由一个蜂鸣器、一个PNP型号的S8550三极管和一个1k电阻组成，连接在单片机的P1.3端口，接+5V电压。系统初始化时持续向蜂鸣器输送高电平信号，蜂鸣器不工作。当温湿度传感器采集到的信号输送至芯片与先前设定好的上下限阈值作比较，当采集到的信号值大于或者小于设定好的上下限值时，芯片会向有源蜂鸣器输送低电平信号，此时蜂鸣器发出声音，相当于向人们告警的作用。直至传感器采集到的信号处于设定好的上下限值时芯片才会向有源蜂鸣器输送高电平信号停止蜂鸣器的发声。图3-13报警电路原理图

4软件程序说明2.1主控程序说明本系统的主控芯片为STC89C52，采用PID算法实现温度控制。PID算法是用于反馈概念的自动控制系统，在实际电路控制中由比例、积分与微分三种规律的控制，称为PID控制调节。本系统主要运用PID算法达到温度自动控制的功能。如图4-1当系统开机后进行初始化，DHT11温湿度传感器开始采集信息向STC89C52单片机进行判断，同时向LCD1602输出显示信息。若此时温度大于或等于上限温度阈值，则PID算法处理信息向风机输入信号转动降温同时蜂鸣器鸣响，直到再次判断温度小于上限温度阈值；若此时温度小于等于下限温度阈值时，蜂鸣器鸣响。湿度控制则是由传感器采集的数据输送至芯片，与预先设定好的上下限值作比较，若此时湿度大于或等于上限湿度阈值，则单片机处理信息向风机驱动模块输入信号全速转动除湿同时蜂鸣器鸣响，直到再次判断湿度小于上限湿度阈值，蜂鸣器和风机才会停止工作；若此时湿度小于等于下限湿度阈值时，蜂鸣器鸣响；图4-1程序基本框图2.2子程序说明传感器子程序说明传感器的主要作用使采集温度湿度信息并转化为数字信息发送给单片机进行处理，如图4-2因此系统开始运行后，传感器初始化就进行信息采集，通过IO口传递至单片机就是一个程序循环。图4-2传感器子程序框图菜单设置子程序说明菜单功能的设置主要通过4个按键K2菜单设置键、K3编辑加值键、K4编辑减值键、K5确认键完成。如图4-3当系统开始运行并完成初始化时，单片机已准备好信息的传入判断。当检测到K5菜单设置按键按下时，进入菜单编辑模式同时LCD1602显示菜单信息，菜单信息最先显示（X表示实际数值）“Temp_H：XXC>”与“Temp_L：XXC”表示当前可选择调整温度上限阈值，若此时按下K2确认键则显示“Temp_H：XXC>>”表示确认调整温度上限阈值可通过按下K3K4加减当时的值。若按下K5菜单设置键则选择跳转至“Temp_L：XXC>”表示当前可选择调整温度下限阈值。可以通过连击K5菜单设置键选择10种项目进行调整，分别为Temp_H：XC、Temp_L：XC、Humi_H:XX%、Humi_L:XX%、XXXX-XX-XXY、XXXX-XX-XXM、XXXX-XX-XXD、XX-XX-XXH、XX-XX-XXM、XX-XX-XXS。同时使用“>”与“>>”两种符合表示两种状态：当前可选择、已确认选择正在编辑状态。图4-3菜单设置子程序框图显示子程序说明LCD1602液晶显示模块是一个显示元器件。想将字符固定显示在特定的位置或者达到特定的显示效果，可以将需显示的字符输入显示字符位地址，通过单片机命令显示模块在相应区域显示相应内容，使用流程便捷。LCD1602代码的编写也是非常简单的，因为LCD1602液晶显示屏已经带