基于51单片机智能空调温度控制系统设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1产品总框架设计............................................................................................1

2.2开发板、芯片模块的选择.............................................................................1

2.3温度传感器的选择........................................................................................2

2.4LCD显示屏的选择.........................................................................................3

3产品设计标准.........................................................................................................3

4产品硬件的设计.....................................................................................................3

4.1系统原理图....................................................................................................3

4.251单片机开发板...........................................................................................4

4.2.151单片机开发板特征、优点............................................................4

4.2.251单片机电路原理图......................................................................5

4.2.351单片机实物照片............................................................................5

4.3温度传感器..................................................................................................6

4.3.1温度传感器实物照片.........................................................................6

4.4LCD显示屏.....................................................................................................7

4.4.1LCD显示屏实物照片..........................................................................7

5产品软件设计.........................................................................................................9

5.1系统流程图....................................................................................................9

5.2程序软件开发环境......................................................................................10

5.3程序设计过程..............................................................................................10

6产品使用说明书...................................................................................................11

6.1产品装配图..................................................................................................11

6.2产品实物的操作过程..................................................................................11

7附录.......................................................................................................................14

7.1元件清单列表..............................................................................................14

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7.2电路仿真图..................................................................................................15

7.3PCB设计图...................................................................................................15

7.4作品实物照..................................................................................................16

7.5程序代码......................................................................................................17

7.6软件程序清单...............................................................................................23

参考资料..............................................................................................................24

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基于51单片机智能空调温度控制系统设计与制作

1产品功能分析

随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化

已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用

到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们

息息相关的一个实际问题。

本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度，智能空调温度控制

系统是一种集成了温度感应、控制、显示等功能的智能化设备，它可以自动调

节室内温度，提供舒适的环境。通过该系统，用户可以方便地设定目标温度，

实时掌握室内温度，并享受到智能化的温度控制体验。

2设计方案遴选

2.1产品总框架设计

本次设计的方案为基于51单片机智能空调温度控制系统设计与制作。

LCD显示屏

电源接口

复位

按键输入51单片机

升温继电

器

温度传感降温继电

器器

图1系统框设计图

2.2开发板、芯片模块的选择

方案一：51单片机，丰富的外设接口：51单片机支持多种外设接口，如

1

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串行接口、并行接口、中断控制器、定时器/计数器等。这些接口可以方便地

连接各种传感器、执行器和其他外部设备。易于学习和使用：由于51单片机

已经存在很长时间，相关的教程、学习资料和开发工具都非常丰富。这使得初

学者容易入门，并能快速上手进行开发。

方案二：Androiduno开发板配备了强大的ARM处理器，其性能足以应对

各种复杂的Android应用程序开发，Androiduno开发板采用了多种安全措施，

如加密算法、权限管理和访问控制等，可以确保应用程序的安全性。Android

uno开发板可以通过添加外部设备来扩展其功能，如传感器、摄像头、音频输

出等，以满足不同开发需求。

所以选择方案一考虑到温度控制系统，由单片机控制即可实现，而89c52

单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性

高、灵活性好,故本系统选择采用89C52单片机。

2.3温度传感器的选择

方案一：DS18B20温度传感器，DS18B20具有高精度的温度测量能力，

可以达到±0.5°C的精度。这使得它适用于对温度测量准确性要求较高的应

用。DS18B20采用数字输出接口，通过单总线协议进行通信。这简化了使用和

集成的过程，并避免了模数转换等问题。DS18B20具有多种功能和配置选项，

例如可调分辨率、温度警报阈值和校准等功能。这使得它可以根据应用需求进

行灵活的配置。DS18B20具有多种功能和配置选项，例如可调分辨率、温度警

报阈值和校准等功能。这使得它可以根据应用需求进行灵活的配置。DS18B20

采用了耐高温、抗湿度和防静电等设计措施，具有良好的抗干扰性能和稳定

性。这保证了它在各种环境条件下的可靠运行。

方案二：热敏电阻式温度传感器，电阻式温度传感器分为热电阻式温度

传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是自身的电阻值随温度而变化。热

敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都

是具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的

升高而减少，简称NTC。其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易

于实现远距离；缺点是互换性差，非线性严重。

所以选择方案一DS18B20温度传感器，接线简单数字输出量能直接作为单

片机的输入数据，同时考虑到只是在普通环境下测量，无论在灵敏度、线性

范围、稳定性，还是在精度方面，DS18B20的强大功能已足够满足设计需要。

2

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2.4LCD显示屏的选择

本产品选择的LCD为显示屏，因为首先，LCD1602具有极低的功耗。

这意味着，它能够更长时间地持续工作，为设备提供更长的续航时间。其次，

LCD1602的显示效果清晰、细腻，对比度高，即使在低光环境下也能提供良好

的视觉效果。这对于那些需要在恶劣环境下工作的设备来说，无疑是一个非常重

要的优点。再者，LCD1602具有简单的接口设计，使得它易于集成到各种设备

中。其驱动电路包含了必要的电压调节器和接口逻辑，大大简化了开发过程。同

时，其小尺寸和薄型设计使得它在嵌入式系统中具有很好的兼容性。此外，

LCD1602的可靠性和稳定性也使其在许多关键应用中表现出色。其卓越的抗干

扰性能和防震性能使其在各种恶劣环境下都能保持良好的工作状态。最后，

LCD1602的灵活性也是其一大优点。

它支持多种语言和字符集，可以根据需要进行定制。同时，其可编程性使得

用户可以根据自己的需求进行个性化设置和调整。总的来说，LCD1602以其低

功耗、清晰显示、简单接口设计、可靠性高、灵活性好等诸多优点故此选用LCD

作为显示屏。

3产品设计标准

1、GB/T11457-2006信息技术软件工程术语

2、GB-T8567-88计算机软件文档编制规范

3、J-STD-001E(电气与电子组件的焊接要求)

4、IPC-A-610D（中文版），IPC-A——610DE电子组件的可接受性要求

5、IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

4产品硬件的设计

4.1系统原理图

本产品是以51单片机开发板为中心，外接温度传感器、继电器、晶振、

LCD显示屏、蜂鸣器组成。该产品可以设定指定温度范围，对环境温度感知进

而调节继电器升温或降温。

该如下图是系统原理图：

3

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图2系统原理图

4.251单片机开发板

51单片机开发板通常包括微处理器、时钟模块、输入输出接口、中断系

统、EEPROM存储器等组件。微处理器是整个开发板的控制核心，负责处理和

执行程序指令。时钟模块为微处理器提供所需的时钟信号，确保其正常运行。

输入输出接口负责与外部设备的通信，中断系统则用于处理突发性的事件，确

保程序的稳定运行。EEPROM存储器则用于存储需要长期保存的数据。

4.2.151单片机开发板特征、优点

1.成熟稳定：51单片机是迄今为止应用最广泛的单片机之一，经过多年

发展和改进，已经成为一个成熟且稳定的平台。

2.低功耗：51单片机具有较低的功耗，适合于对电池续航时间或电源利

用效率有要求的应用场景。

3.多功能：51单片机具有强大的处理能力和丰富的指令集，能够满足各

种应用的需求。它可以执行算术和逻辑操作、控制流程、处理数据等。

4

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4.2.251单片机电路原理图

如下所图：

图351单片机电路原理图

4.2.351单片机实物照片

图451单片机实物图片

5

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4.3温度传感器

DS18B20是一款数字温度传感器，它以简单、精确、高精度的特点，广泛

应用于各种设备中，从家庭电器到工业环境。DS18B20能够在接近零的温度下

工作，读取温度的微小变化，并在测量温度时具有卓越的稳定性。DS18B20的

温度测量范围极广，从-55℃到+125℃均可。这意味着无论是在极寒的环境中

还是在炎热的天气下，它都能准确无误地测量温度。此外，这种传感器还具有

独特的“一线”通讯方式，这意味着它只需要一条数据线就能完成温度数据的

采集和传输，简化了连接过程。

4.3.1温度传感器实物照片

如下图：

图5温度传感器实物照片

特征：

1.全数字温度转换及输出

2.先进的单总线数据通信。

3.最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。

4.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。。

5.可选择寄生工作方式。

6.内置EEPROM，限温报警功能。

7.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接

6

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8.多样封装形式，适应不同硬件系统。

产品接线解析：

1.GND——电源地

2.QD——数字信号输入/输出端

3.VDD——外接供电电源（可选5V）。

温度传感器电路原理图：

如下图：

图6温度传感器电路原理图

4.4LCD显示屏

LCD显示技术的基础是液晶材料，它是一种介于固态和液态之间的物质。

当电流通过液晶材料时，其分子会排列成特定的形状，从而改变光线传播的方

向。这种变化可以通过控制电流的强度和颜色来实现，从而创造出丰富多彩的

图像。具有出色的对比度和色彩饱和度，这使得图像看起来更加生动和真实。

其次，液晶显示器具有更长的使用寿命，因为它没有像LED显示器那样的闪烁

现象。此外，LCD显示器还具有更低的能耗和更小的体积，使其成为便携式设

备的理想选择。

4.4.1LCD显示屏实物照片

图7LCD显示屏实物照片

7

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特征:

1.显示质量高在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，

而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示

器画质高且不会闪烁。

2.液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操

作更加方便

3.液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的

目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

4.液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量

比其它显示器要少得多。

产品接线解析:

1.液晶1脚--GND

2.液晶2脚--VCC

3.液晶3脚--10k电位器

4.液晶4~14脚--单片机的I/O口

5.15脚--背光的电源

6.16脚--背光的地。

LCD显示屏原理图:

如下所图：

图8LCD显示屏原理图

8

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5产品软件设计

5.1系统流程图

主程序开始

设定预期温度

设定温度在

30~25°之间

读取温度小于25°读取温度大于30°

报警报警

启动制热设备启动制冷设备

结束

图9系统流程图

9

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5.2程序软件开发环境

本产品的程序使用keiluVision5介绍软件编程。KeiluVision5提供了一个

直观的开发环境，可以轻松地进行代码编写、调试和版本控制。此外，该工具

还支持多种语言，如C、C++，可以根据自己的习惯进行选择。该工具还提供

了一系列的调试功能，如断点设置、变量查看、步进执行等，帮助开发者实时

监测和调试代码，确保系统的正常运行。KeiluVision5集成了硬件仿真功能，

允许开发者在开发过程中实时观察硬件的运行状态，从而更好地理解系统的运

行机制。KeiluVision5提供了丰富的工具链，如编译器、链接器、汇编器等，

为编写提供了全面的开发支持。KeiluVision5支持多种微控制器和芯片制造

商，如ARM、ST、NXP等，这意味着编写时可以根据自己的需求选择合适的

芯片，从而更好地满足应用需求。

5.3程序设计过程

本程序的代码是通过keiluVision5软件编程烧录51单片机中对各模块实现

设置温度，调节温度等操作。

第一步：观察产品中所运用的51单片机、温度传感器模块、LCD显示屏

模块、蜂鸣器、继电器模块、按键调节、LED灯。

第二步：确定产品调用的头文件（温度传感器模块、LCD显示屏模块）。

如：#include<Ds18B20.h>//温度传感器头文件

#include<LCD1602.h>//LCD显示屏头文件

第三步：编写代码。

第四步：连接数据线，将代码烧录上传显示成功。

第五步：开始用按键设置温度范围，温度传感器开始检测环境温度。

根据以上第五步所示结合图9的系统流程图做出以下二种产品所展现的效

果：

当程序上传成功到51单片机时，程序初始化开始启动，将产品放置在平

面的环境中，传感器开始检测。

（1）当检测到环境温度大于设置最高温度值，蜂鸣器报警LED灯亮，制

冷继电器启动。

（2）当温度降下来，降到小于设置最小温度值，蜂鸣器报警LED灯亮，

制热继电器启动。

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6产品使用说明书

6.1产品装配图

产品主要由51单片机，温度传感器模块，光敏传感器模块，电阻，LED

灯，蜂鸣器、电阻、按键组成，其装配图如下：

LCD显示屏

51单片机

LED

蜂鸣器温度传感器

复位按灯

模块

钮

按键

LED灯继电器模块

接口开关

LED灯

图10产品装配图

6.2产品实物的操作过程

1.未接连接烧录程序实物图片

11

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图11产品介绍图

第一步：连接电源

图12连接电脑端口烧录成功实物图

12

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第二步：拿手捏住温度传感器温度高于设定温度，蜂鸣器响，LED灯亮

起，制冷继电器工作。

图13温度高于设定温度实物图

第三步：等温度降到设定温度之下，蜂鸣器响，LED灯亮起，制热继电器工作。

图14温度低于设定温度实物图

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7附录

7.1元件清单列表

名称型号数量

51单片机STC89C521

显示屏LCD16021

温度传感器DS18B201

按键按键4

排针6P+2P1

红色发光二极管LEDR3

蜂鸣器BUZZER1

三极管1033

晶振12MHZ1

电源头电源头1

自锁开关自锁开关1

线USB1

排阻1031

电阻1K6

电阻10K1

可调节电阻1031

电容10uf1

21移动互联2班张敬旋元件清单

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7.2电路仿真图

7.3PCB设计图

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7.4作品实物照

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7.5程序代码

//21移动互联2班张敬旋

//基于51单片机智能空调温度控制系统设计与制作

#include<reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitFMQ=P1^0;//蜂鸣器控制引脚

sbitkey1=P1^1;//按键一

sbitkey2=P1^2;//按键二

sbitkey3=P1^3;//按键三

sbitjdqh=P2^0;

sbitjdql=P3^7;

uintWend;

uintSet_wenduH=99;

uintSet_wenduL=0;

ucharflag=0;

ucharkey_mode1=0;

unsignedinttemp,p,g;

unsignedintmc_num[10];

unsignedchart=0;

#include<Ds18B20.h>//头文件

#include<LCD1602.h>

#include<eeprom.h>

voidDelay(ucharz)

{

uchara,b;

for(a=z;a>0;a--)

for(b=220;b>0;b--);

}

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//设置温度的上下限

voidKey_Check()

{

if(!key1){

while(!key1);

flag++;//

FMQ=1;

TR2=0;//关闭蜂鸣器

if(flag==3){

flag=0;//回到正常模式

Sector_erase(0x2000);

Byte_program(0x2000,Set_wenduH);

Sector_erase(0x2200);

Byte_program(0x2200,Set_wenduL);

Lcd_ShowSring(1,15,"");

}

}

if(flag==1){//设置上限温度

if(!key2){

//while(!key2);

Delay(200);//延时

if(!key2){

Set_wenduH++;

if(Set_wenduH>99){

Set_wenduH=0

}

}

}

if(!key3){

Delay(200);

if(!key3){

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if(Set_wenduH==0){

Set_wenduH=99;

}

Set_wenduH--;

}

}

Lcd_ShowSring(1,15,"1");

Lcd_Display_2Date(2,4,Set_wenduH);

}

if(flag==2){

if(!key2){

while(!key2);

Delay(200);

if(!key2){

Set_wenduL++;

if(Set_wenduL>99){//设置下限温度

Set_wenduL=0;

}

}

}

if(!key3){

Delay(200);

if(!key3){

if(Set_wenduL==0){

Set_wenduL=99;

}

Set_wenduL--;

}

19

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}

Lcd_ShowSring(1,15,"2");

Lcd_Display_2Date(2,10,Set_wenduL);

}

}

voidTIM2Inital()

{

RCAP2H=(65536-50000)/256;

RCAP2L=(65536-50000)%256;

ET2=1;

EA=1;

TR2=0;

}

voidTIM2(void)interrupt5using1

{

ucharcount2;

TF2=0;

count2++;

if(count2==10){

count2=0;

FMQ=~FMQ;

}

}

voidmain()

{

FMQ=1;

Init_DS18B20();

lcd1602_init();

Set_wenduH=Byte_read(0x2000);

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Set_wenduL=Byte_read(0x2200);

TIM2Inital();

Lcd_ShowSring(2,2,"H:");

Lcd_ShowSring(2,8,"L:");

Lcd_Display_2Date(2,4,Set_wenduH);

Lcd_Display_2Date(2,10,Set_wenduL);

while(1){

Key_Check();

if(flag==0){

temp=Readtemp();

mc_num[t]=temp;

t++;

if(t==10){

t=0;

for(p=0;p<10;p++){

for(g=0;g<10-p;g++){

if(mc_num[g]>mc_num[g+1])

{temp=mc_num[g];

mc_num[g]=mc_num[g+1];

mc_num[g+1]=temp;

}

}

}

Wend=mc_num[5];

}

Lcd_ShowSring(1,5,"T:");

Lcd_Display_2Date(1,7,Wend);

if(Wend>Set_wenduH){

TR2=1;

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Lcd_ShowSring(2,2,"");

Delay(200);

Lcd_ShowSring(2,2,"H");

Delay(200);

jdqh=1;

jdql=0;

}

elseif(Wend<Set_wenduL)