智能温度控制系统硬件设计设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流智能温度控制系统硬件设计设计.精品文档.毕 业 设 计 (论 文)毕业设计（论文）题目 智能温度控制系统（硬件设计） 智能温度控制系统（硬件设计）Intelligent temperature control system (hardware)总计：毕业设计（论文） 36 页 表 格 4 个 插 图 16 幅摘要在现代的各种工业生产中 ,随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。传统的人工监测由于存在很大的的缺点正在逐渐被智能电子监测所取代。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；组成与工作原理；二是进行智能传感器的硬件电路设计；包括硬件电路构成及测量原理；温度传感器的选择；单片机的选择；输入输出通道设计；三是进行了调试和仿真，包括硬件仿真和软件仿真。在此背景之下我们以专业知识为背景，进行智能温控系统的设计及实验。本系统是一个自动反馈调节系统。以STC89C52单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。其中主要模块包括：主控单元模块、温度检测模块、1602液晶显示模块、按键输入模块、蜂鸣器报警模块、温度控制模块。关键字：STC89C52单片机 DS18B20 1602液晶 主控单元AbstractIn a variety of modern industrial production, with the rapid development of electronic technology and microcomputer microcomputer measurement and control technology has been rapid development and wide application. Traditional manual monitoring is gradually due to the presence of a lot of the shortcomings of intelligent electronic monitoring replaced.Designed primarily to do the work of the following aspects: First, determine the overall system design, including its functional design; design principles; composition and working principle; intelligent sensor hardware circuit design; including hardware circuit and measuring principle ; temperature sensor selection; microcontroller choice; design of the input and output channels; debugging and emulation, including hardware emulation and software simulation.In this context, our expertise and background, intelligent temperature control system design and experiments. This system is an automatic feedback control system. STC89C52 microcontroller-based control unit, temperature sensor DS18B20 temperature control system. Main modules: the main control unit module, the temperature detection module 1602 LCD module, the key input module, the buzzer alarm module, temperature control module.Key words: STC89C52 SCM DS18B20 1602 LCD main control unit目录摘要IAbstractII第一章 总体设计方案11.1 智能温控系统设计方案论证11.2 方案要求11.3 方案总体设计框图11.4 方案选择31.4.1 主控单元的选择31.4.2 温度检测单元的选择31.4.3 温度显示器件的选择5第二章 各单元模块的硬件设计62.1 系统主要器件的介绍62.1.1 AT89C52单片机的介绍62.1.2 1602LCD液晶显示的介绍92.1.3 DS18B20数字温度传感器介绍142.2 各部分电路设计172.2.1 晶振电路和复位电路172.2.2 按键输入电路182.2.3 温度采集电路192.2.4 液晶显示电路192.2.5 报警电路202.2.6 温度控制电路21第三章 软件部分223.1 系统主程序流程图22总结23参考文献24附录一：电路原理图26附录二：仿真图27第一章 总体设计方案1.1智能温控系统设计方案论证本设计方案为智能温控系统，首先需要对待测温度进行检测处理，根据方案设计要求本设计需要以单片机为基础进行设计拓展。所以需要选择合适的温度检测器件将所测得温度进行合适的转换成为单片机能够识别的信号，进而单片机对所接受的信号进行处理，输出合适的信号进而驱动报警电路和加热电路或者散热电路工作。从而达到设计方案所要求的对温度的智能检测调节功能。1.2 方案要求用单片机设计一个温度控制系统，自动控制一个温室的温度，功能要求如下：（1）要求温室温度分为两档：第一档为室温（25左右），第二档为40，要求温度控制误差 ±2。（2）升温由2台1000W的电炉实现。（3）要求实时显示温室温度，显示位数为3位，即××.×。（4）当不能保证所要求温度范围时，发出声光报警信号。（5）对升温和降温过程的时间不作要求。要求采用单片机控制实现。1.3 方案总体设计框图 温度传感器将检测温度信息转变为模拟电压信号之后，将电压信号放大并且传输到单片机可以接受的处理能力范围内，然后经过低通滤波，去除掉杂乱信号并送入单片机。单片机将检测到的待测温度的信息与设定的值进行比较之后，如果检测的值相比较设定的要高，单片机输出的低电平驱动了报警的系统自动的报警提示温度过高，同时散热电路开始工作，实现散热功能；当温度较设定的值低时，单片机输出高电平，同时加热电路开始工作，实现加热的功能。从而实现对温度的一个动态平衡的控制调节。该单片机温度控制系统是以STC89C52单片机为主控核心，用温度传感器DS18B20进行温度采样收集。整个系统的硬件部分包括温度检测系统、单片机控制系统和报警系统、加热系统、散热系统等。温度检测报警器是能够检测环境中温度，具有报警功能的仪器，仪器的基本组成部分应为：温度采集电路、单片机控制电路、数字显示电路及控制报警电路、加热电路还有散 热电路。基本方案：本方案是基于单片机进行温度数据的采集及处理，由于数字温度传感器DS18B20内部集成有模数转换部件，芯片可将采集到的温度模拟数据进行数字化并通过单总线传输给单片机。所以单片机将接收到的数据进行分析和处理，并将数据显示在液晶屏幕上。通过按键输入预设温度，如果不在温度范围内，便驱动蜂鸣器报警，同时驱动电炉进行加热，以达到控制温度的效果。具体实验过程：1.先收集与实验有关的参考资料，如单片机原理等书籍 2.对于使用的元器件进行筛选与整理，并设计相关电路与参数计算 3.进行硬件原理图仿真，采用proteus仿真软件， 4.根据软件代码及仿真效果对参数进行调整单片机主控制器键盘输入DS18B20液晶显示蜂鸣器报警加热（散热）电路图1.1温控系统设计框图1.4 方案选择1.4.1主控单元的选择 随着如今科技的发展，单片机可谓种类繁多。在此方案设计中，单片机是最核心的主控原件。所以单片机的选取尤为重要。通常选择单片机主要从指令结构、运行速度、程序存储方式和功能等几个方面为原则进行选取。AT89C52单片机和AT89C51单片机都是常见的的单片机芯片。在本设计中需要选取合适的单片机作为控制核心，通过软件的编的程的方法进行温度的检测和判断检测，并在其I/O口输出控制信号。相对于AT89C51单片机而言，AT89C52单片机具有性能高、工作的电压低等特点。另外AT89C52多一个定时器T2，ROM多4K，RAM多128B，中断多2个，多一个看门狗,在数据和指针、掉电等方面还有一些改进。最重要的是它兼容标准的MCS-51指令系统，在实际的试验的应用中更具实用性了，并且AT89C52单片机价格也经济和实惠，符合本设计系统的要求。综合以上所述最终选择AT89C52作为本方案的主控芯片。1.4.2温度检测单元的选择根据方案设计要求，需要对待测温度进行相对准确的测定。方案要求温度控制误差 ±2，所以选择合适的温度检测方案是很重要的。经过讨论论证最终确定两个方案待选。方案一选择热敏电阻对待测温度进行检测。热敏电阻将检测引起的微小电压变化通过运算放大器放大，再通过数模转换芯片ADC0809将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。热敏电阻器是敏感元件的中一种，通常按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。 图1.2 热敏电阻的电阻温度特性图热敏电阻的电阻温度特性可近似地用上图表示 。在实际中，热敏电阻的B值并非是恒定不变的，其变化幅度大小因材料的材质和构成的不同而异，最大甚至可达5K°C。因此，在较大的温度范围内应用时，将与实测值之间存在一定误差。热敏电阻的过载能力强，成本低廉。但热敏电阻的阻值与温度为非线性关系，所以它只能在较窄的范围内用于精确测量。热敏电阻在一些精度要求不高的测量和控制装置中得到广泛应用。 同样热敏电阻也存在一定的缺点：阻值与温度的关系非线性严重 元件易老化，稳定性较差元件的一致性差，互换性差除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围方案二 对于待测温度选择DS18B20进行检测。DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以连接多个这样的数字温度计，十分方便。DS18B20有以下几个突出特点： 接口简单用一个接口就可实现通信每一个DS18B20都有与之相对应的唯一的64位ROM序列码 在使用过程中不需要外加其他外围器件 可用外部电源供电和寄生电源供电数据线供电电压范围:+3.0V+5.0 V DS18B20在范围为-55+125之间的精度为+0.5，分辨率为0.0625 DS18B20的报警上下限值可以根据实际需求自行设置超过报警限值的DS18B20可以通过报警搜索命令定位识别多个DS18B20可以并联在同一线上也可以达到测温的目的 电源极性接反时，DS18B20不会因发热而烧毁但不能正常工作综合以上两种方案可以清晰的看出。方案二中的数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化是其主要的特点，这种特点有效的避免了外接运放放大器转换等电路原因引起的误差。此外DS18B20相对热敏电阻对温度的敏感度较高，符合本实验要求的 ±2的误差要求。在工作过程中，DS18B20将温度值直接转换为数字信号量直接输出，使得系统的程序设计得以简化。因此，方案二更适合本方案。1.4.3 温度显示器件的选择方案一：采用1602LCD液晶显示屏显示温度。液晶显示在我们日常生活中应用广泛，它是利用了液晶的物理性质的原理。1602LCD是数字式的接口，具有显示质量高、体积小、质量轻和功耗低等特点。方案二：应用动态扫描方式，采用LED共阴极数码管显示温度。LED是利用PN结把电能转换为 形数码管。在数字和文字显示是，较为常用的是8段数码管。以上两个方案相比较，再根据方案要求：需要同时对检测温度和设定温度同时进行显示。考虑到显示的效果和质量高和功耗低等特性。再此方案中采用方案一中的1602LCD液晶显示。 第二章 各单元模块的硬件设计2.1 系统主要器件的介绍硬件系统中包括：AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、1602LCD液晶显示等。2.1.1 AT89C52单片机的介绍AT89C52是51系列单片机的一个常用型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个高性能CMOS8位、低电压单片机，包含8 k字节可以擦拭闪存反复只读程序存储器和256字节的随机存取存储器（RAM），数据器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS - 51指令系统，内置一般8位CPU和Flash存储单元，功能强大的单片机AT89C52可以提供许多复杂的系统控制应用。AT89C52有以下特点： 可以兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM 有32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率范围为0-24MHz 2个可编程UART串行通道串行中断 有6个中断源和2个外部中断源 2个中断读写口线还有3个加密码位 功耗低空闲功率丢失模式和软件可设置睡眠功能和唤醒功能 AT89C52单片机的引脚介绍AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。Vcc（40 脚）和Vss（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。图2.1 AT89C52的引脚图P0口P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口P1口是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入端和控制端。引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2）图2.2 引脚功能图P2 口P2口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。2.1.2 1602LCD液晶显示的介绍1602LCD显示的特点在日常生活中，液晶显示器用途广泛。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、电视、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形文字。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：LED、发光管、液晶显示器、数码管。发光管和LED数码管比较常用在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种亮度和色彩，恒定发光，而不 同于阴极射线管显示器那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高清且不会闪烁。 数字式接口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。功耗低相对而言，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。体积小、重量轻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。1602LCD的原理及分类液晶显示是利用液晶的物理特性原理，通过电压对其显示区域进行控制，有电即有显示，这样就可以显示出图形。液晶显示器具有易于实现全彩色显示、厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动的特点，目前在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域都得到应用。液晶显示器的分类液晶显示有多种显示方式，按其显示方式通常可分为点阵式、段式、字符式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。根据驱动方式来区分，可以分为静态驱动（Static）、主动矩阵驱动（Active Matrix）和单纯矩阵驱动（Simple Matx）三种。字符的显示用LCD显示一个字符时相对比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，不但要找到和显示屏幕上某几个位置对对应的显示RAM区的8字节，而且还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符串。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上显示的行列号和每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码。线段的显示 点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有32行，每行有124列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上32×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段暗线和8条亮线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。汉字的显示汉字通常采用图形的方式显示，从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。以下面的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图2.3 1602LCD实物图1602LCD的基本参数及引脚1602LCD分为不带背光和带背光两种，大部分基控制器是HD44780，不带背光的相比带背光的较薄，在实际应用中有无背光无要求，两者尺寸差别如下图所示：图2.4 1602LCD实际尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚及功能说明第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602LCD指令1602LCD操作时序 00写入指令码D0D701读取输出的D0D7状态字RSR/W操作说明10写入数据D0D711从D0D7读取数据图2.5 1602LCD操作时序图1602LCD的指令集：LCD_1602 初始化指令小结：0x38 设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口0x01 清屏0x0F 开显示，显示光标，光标闪烁0x08 只开显示0x0e 开显示，显示光标，光标不闪烁0x0c 开显示，不显示光标0x06 地址加1，当写入数据的时候光标右移0x02 地址计数器AC=0;（此时地址为0x80） 光标归原点，但是DDRAM中断内容不变0x18 光标和显示一起向左移动1602LCD的硬件原理图1602液晶显示模块可以和单片机AT89C52直接接口，电路如下图所示图2.6 1602LCD的硬件原理图2.1.3 DS18B20数字温度传感器介绍DS18B20的简介DS18B20是DALLAS公司生产的高性能数字温度传感器，它提供了912位的温度读数；可实现55到+125范围内的温度测量，增量值为0.5。现场测量的温度数值通过单总线接口传给单片机微处理器，多个DS18B20可以在于同一条单线总线上。即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这种数字温度计，十分便捷。DS18B20产品的特点 只要求一个端口即可实现通信。 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 测量温度范围在55到125之间。 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 内部有温度上、下限告警设置。DS1820引脚功能 DS18B20有三个引脚如图所示图2.7 封装的DS18B20的引脚排列图序号名称引脚功能描述1GND接地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地图2.8 DS18B20各引脚的功能DS18B20的供电方式在DS18B20 的内部有64 位的ROM 单元和9 字节的暂存器单元。64位ROM存储器件有独一无二的序列号。其中暂存器包含两字节（0和1字节）的温度寄存器，作用是存储温度传感器的数字输出。暂存器还提供一字节的上线警报触发（TH）和下线警报触发（TL）寄存器（2和3字节），和一字节的配置寄存器（4字节），可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码（CRC ）。使用寄生电源时，DS18B20不需额外的供电电源；当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供；高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电，CPP在总线低电平时为器件供电。以下为DS18B20的两种供电方式：方式一.寄生电源供电电路 VDD DQ GDNDS18B20I/O口 单片机Vcc图2.9 DS18B20的寄生电路供电示意图方式二.外部电源供电电路VCCI/O口单片机 VDD QD GND DS18B20 图2.10 DS18B20的外部电源供电示意图 当采用方式一的寄生电源供电的时候，需要特别注意的是VDD引脚必须接地才有效，由IO口为DS18B20供电。相对于方式二的外部电源供电而言，寄生电源供电有两大优点：1.充分利用了元件的引脚，简略了本地电源的供电，较为便捷：2.在缺少了正常电源供电的时候还可以读ROM.正是由于此，在用使用寄生电源供电时DS18B20无法进行准确的温度转存在一定的弊端。在此设计方案中，为了达到精确测量的目的，我们采用外部电源图2.11 DS18B20的外部供电电路图2.2 各部分电路设计2.2.1晶振电路和复位电路在此设计方案中，单片机应用系统除单片机本身需要复位以外，同样外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括按键复位和上电在内的系统同步复位电路。控制部件是单片机的神经中枢，它包括定时、控制电路和指令寄存器、译码器以及学习传送控制等部件。它先以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种指令信号，完成一系列的定时控制的微操做。图2.12 晶振电路和复位电路 2.2.2 按键输入电路在次系统中需要对预设温度值输入单片机。本设计方案中设有4个独立按键，其中一端分别和单片机的P2.0、P2.1。P2.2和P2.3连接，另一端接地。当按下任意按键时，P2.0口读取低电平有效，在系统上电后，进入键盘扫描子程序，以查询的方式确定各按键。达到温度预设值的设定。图2.13 按键电路2.2.3 温度采集电路数字温度传感器DS18B20是通过其内部计数时钟周期还起作用的。达到测量温度的目的。在上文介绍了DS18B20的两种供电方式：寄生电源供电和外部电源供电。在这里我们采用测温更为精确的外部电源供电方式进行供电。低温系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55相对应的一个基权值。如果计数器计数到0时，高温度系数振荡周期还未结束，则表示测量的温度值高于-55，被预置在-55的温度寄存器中的值就增加1，然后这个过程不断重复，直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以16位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在后，依次进行。由于温度振荡器的抛物线特性的影响，其内用斜率累加器进行补偿。图2.14温度采集电路2.2.4 液晶显示电路1602LCD液晶显示的相关介绍在上文已有详细说明，此处就不在多述。1602LCD的显示屏幕与显示字符都相对较小，但并不影响其实用性，它仍不失为一个常用的输出显示设备。1602LCD与单片机连接的线路共有11条，其中有8条数据线，3条控制线。如图把它们都连接上，将占用较多的单片机的接口。 图2.15 1602LCD液晶电路2.2.5 报警电路在方案设计中，设置了高温报警装置，这里选择蜂鸣器报警。蜂鸣器是一种一体化结构的电讯器，主要有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种。如下图当待测温度超过设定温度的最大上限时，单片机P3.0口输出高电平时，三极管导通。VCC形成回路驱动蜂鸣器工作，达到报警的目的，反之亦然。图2.16 报警电路2.2.6 温度控制电路温度控制部分是本设计方案的关键所在，最重要达到智能调节温度的目的，需要风扇散热和电路加热分别实现。如图所用的光耦合器件是由发光二极管与受光源封装在一起，构成的电光电转换的器件。当检测到温度低与设定值时，单片机P3.1端口输出高电平时，此时二极管不放光，光耦不工作，后面的继电器处于常闭状态，也就是加热状态。当检测到温度高于设定值时，单片机P3.1口输出低电平，此时二极管发光，驱动三级管导通，光耦也开始工作。接着继电器转换到常开状态，也就是风扇散热状态。进而对高温进行散热调节。如此往复达到温度的动态平衡。图2.17温度控制电路第三章 软件部分3.1 系统主程序流程图开始系统初始化，开中断温度设定检测温度显示温度控制温度报警电路图3.1 系统主程序流程图由图3.1主程序流程图我们可以看出，首先是对系统初始化，开中断，然后再包括以下几个模块：1.温度设定模块，采用外部中断形式2.温度采集模块，采用DS18B20传感器3.液晶显示模块，采用的是LCD1602，2*16字的显示格式4.温度控制模块，采用的是定时中断的方式5.声光报警模块系统在软件设计的过程中，将报警部分和温度控制部分形成了一个结合。总结大学四年的时光伴随着这篇毕业设计的完成走向尾声。经过几个月的自己的努力还有指导老师和同学的协作下，终于完成了设计方案。大学四年做过不少相关课程设计，每次都会有新的收获，但从始至终对做电子设计的热情和团队合作的巨大创造力从未消退。俗话说：兴趣是自己最好的老师。回首自己走过的大学历程也充分印证了这句话。从最初一颗好奇的心将我带上了电子设计这条路。一路上有过迷茫也有过希望，有过成功的喜悦也有过失败的无奈。四年时间让我收获颇丰，更加坚定的走电子这条路的决心。在做方案设计的过程中是一个不断学习的过程，不断完善自己知识体系的过程。正所谓学无止境。在这个过程中我深刻的体会到我们课堂所学知识的局限性和理论性。先辈们说过：纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行。就比如说我们学过的protel和proteus在课堂上做练习都感觉比较容易，但要我们独立做一个完全陌生的课题是就会遇到种种困难。所以作为我们没有实际工作经验的毕业生来说快速把所学的理论知识和设计生产相结合尤为关键。另一方面，我们不难发现此次毕业设计的相关题目都是很贴合我们的生活实际的。就比如我们的这个“智能温控系统”在实际的生产生活中就有广泛的应用。比如；温室大棚、火宅报警等等都是与我们生活息息相关的。所以这也对我们提出新的要求：要学以致用，用我们在书本上学到的理论知识转化为社会需求的创造力、生产力。做一个对社会有贡献的人才，为国家建设奉献我们的力量。但是，我们仍然要认识到，毕业设计的结束也是另一个开始。我们所掌握的内容依然不足，需要在以后的学习和工作中不断丰富，不断补充。就以这次毕业设计为例吧，这次毕业设计其实就是模仿，学习论文的格式、写作方法、注意事项等，如果要写一篇好的论文仅靠这些是远远不够的。写一篇好的论文必须学会创新，要有创新意识。我们要努力用新的方法去解决以前的问题，看一看是否你的方法有提高，至少我们对以前的方法加以改进，这就是创新！然而，在我看过的大多数文章中，好多都是用旧的方法去解决新的问题，这并没有实质效率上的提高，因此这样的文章也很难成为优秀的文章。这对于我们来说有很大难度，但我们一定要有这种意识，思想有多