智能恒温控制系统设计(共33页).doc
《智能恒温控制系统设计(共33页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能恒温控制系统设计(共33页).doc(33页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上无锡工艺职业技术学院毕业设计(论文)题 目: 智能恒温控制系统设计 院 系: 电子信息系 专 业: 应用电子技术 学 号: 学生姓名: 方久磊 指导教师: 路红娟 职 称: 高级工程师 2016年 04 月 25 日目 录摘要-3前言-44摘 要 本课题设计是一个以AT89C51单片机为主控制模块,从而实现了根据温度设定,自动调节相应的温度,这个设计中包括了感应模块、加热制冷装置、单片机模块、存储模块、驱动模块、时钟模块和键盘输入模块,显示模块共同组成。本课题侧重于时钟模块、输入模块和存储模块进行方案论证,该系统电路结构简单、温控效果好、操作方便、智能化程度高。关键词
2、:AT89C51单片机 DS1302时钟模块 FM24C256 存储器前 言智能恒温控制系统已在很多生产领域中得到广泛应用。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。而在国内随着嵌入式系统开发技术的快速发展,作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及本身的指令系统等诸多优势,在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。传统的恒温控制器多由继电器组成,但是继电器的触点的使用寿命有限、故障率偏高,稳定性差、无法满足现代的温度控制要求。而随着计算机技术的发展,嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用。将嵌入式系统应用在温度控制系统中。使得智能恒温控制
3、变得更小型,更智能化。在温度控制系统在工业生产环节中,存在惯性大、滞后大、非线性、温度变化缓慢等的不利因素,使得控制性能难以提高,有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量;由于环境的不同恒温控制系统无法改变,无法做到随环境的变化而改变内部恒定的温度值。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文叙述了使用AT89C51型单片机实行对温度控制的设计过程。本设计由键盘电路输入设定温度和温度传感器采集的当前温度进行比较,通过设计电路实现温度的升高和降低从而实现智能恒温控制的目的。1 系统设计1.1系统框图图1 系统框图1.2系统说明本系统由温度感应模块、电源模块、单片机主控模块、液
4、晶显示模块、输入模块、时钟模块、存储模块、加热/制冷装置、驱动电路等组成。1.2.1 系统各部分作用(1)感应模块当感应模块感应到到外界环境温度时,通过温度传感器感应被测温度,温度传感器可以将被测温度的数据做出相应的处理,把模拟信号转换成数字信号,并将数字信号传输给单片机处理。电源模块整流、滤波、稳压组成了整个电路。整流电路将220V的交流电压转变成脉动直流电压即为正路电路中所需的电压,再把脉动直流电压转变成较小的脉动直流电压,通过集成稳压器得到电路所需的直流电压。液晶显示模块显示模块在本次设计中主要承担显示数据参数的作用,用电压的高低控制光的通过量,从而把电信号转换成光像。它可以实时地将测量
5、电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来输入模块采用4*4键盘输入,每个按键相当于一个开关,输入到单片机中,单片机进行数据处理,主要是利用行列扫描,来检测是否有那个键被按下本系统中,输入模块采用4*4阵势设计,共十六个按键。设计内容为数字键09、温度上调按钮、温度下调按钮、停止按钮、清零按钮、复位按钮。时钟模块使用DS1302时钟芯片实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小于31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。存储模块使用FM24C256存储芯片进行存储,当地址信息被发送后,主机和FM24C256之间的数据传送就会开始,对于读操作,FM24C256将把8位数据放在总线上
6、,然后等待主机的应答,如果主机答应,FM24C256将开始传送下一个连续字节。由时钟芯片的时钟脉冲控制的模块,将设定好的数据存储起来,再在一定的需求之后,将数据读出。(7)单片机主控模块当被测信号经过整形放大输入到单片机,单片机主要将输入的被测信号进行处理,完成对存储数据的读取,对检测到的数据进行处理,并根据相应的数据关系把数据信号输送到显示电路中显示实时时间和温度。(8)驱动模块驱动电路主要是将单片机输出的脉冲进行功率放大,送入加热制冷驱动电路时,光电耦合器对来自单片机信号做出处理使单片机信号能够被H桥电路所执行,当信号指示加热时,半导体加热制冷片加热;反之,半导体加热制冷片制冷。1.2.2
7、系统原理说明如图1所示,首先由感应模块感应到外界环境的温度,作用到单片机上,将环境的温度信号与输入模块设置的环境温度参数进行比较,根据比较结果,单片机发出相应的控制指令,通过驱动电路进行加热或者制冷。将结果通过存储器存储,并在液晶显示器上显示当时的温度与时间参数。2 单元电路设计2.1方案论证2.1.1 时钟模块方案一:由PCF8563芯片构成的时钟模块图2 PCF8563芯片构成的时钟模块如上图所示,该电路由PCF8563芯片构成的时钟模块,PCF8563内部有16个可寻址的8位并行寄存器,前两个寄存器用作控制寄存器和状态寄存器,02H08H用于时钟计数器(秒到年计数器),09H0CH用于报
8、警寄存器(定义报警条件),0DH用于控制CLKOUT管脚的输出频率,0EH和0FH分别用作定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器的编码格式为BCD码,星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码。PCF8563采用的是串行I2C总线接口,通过两条线SDA和SCL在不同的芯片和模块间传递信息。SDA为串行数据线,SCL为串行时钟线,两条线都必须用上拉电阻与正电源相连。数据只在总线不忙时才可传送。方案二:由DS1302构成的时钟模块图3 DS1302芯片构成的时钟模块如上图所示,该电路图是由DS1302构成的时钟模块,DS1302的通讯端由3个接口线
9、组成,分别为RST,SCLK,I/O,其中RST从低电平变成高电平启动一次数据传输过程,SCLK是时钟线,I/O是数据线。数据在时钟(SCLK)的上升沿串行输入,前8位指定访问地址,命令字装入移位寄存器后,在之后的时钟周期,读操作时输出数据,写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8(8位地址+8位数据),在多字节方式下为8加最多可达248的数据。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息,每月的天数和闰月的天数可自动调整,时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:(1)RES复
10、位(2)I/O数据线,(3)SCLK串行时钟/RAM的读写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW。方案三:由DS12C887构成的时钟模块图4 DS12C887芯片构成的时钟模块如上图所示,该电路主要由DS12C887与电容组成的时钟模块。DS12887采用8位地址数据复用的总线方式,具有一个锁存引脚,通过读、写、锁存信号实现其内部数据的输入输出,控制内部的控制寄存器、读取内部的时间信息寄存器。DS12887的各种寄存器在其内部空间都有相应的固定地址,因此,单片机通过正确的寻址和寄存器操作就可以获取需要的时间信息。在使用D
11、S12887时,首先要初始化,主要是打开晶振、对控制寄存器A、B写入控制字以及对日历、时钟各寄存器写入初始值。除校时外,上电时不用再次初始化。第一次初始化时,应禁止操作DS12887内部更新周期,即先将寄存器B的SET位置“1”,然后初始化时标寄存器(00H09H)和状态寄存器A,再通过读寄存器C清除中断标志,读寄存器D将VRT位置“1”,最后将寄存器B的SET位清零,DS12887开始计时。设置日历时钟,必须保证时钟芯片DS12887处于设置状态,即SET=1,然后向DS12887的专用寄存器写入时间信息,写入完毕后,DS12887恢复正常数据更新状态,即SET=0。在读取日历时钟芯片DS1
12、2887的时钟信息时,必须保证UIP=0,然后读取存储其内部寄存器的时钟信息。由以上三个论证方案比较得出,三种不同芯片构成的时钟模块在原理、方法,功耗等这些方面相比,由DS1302芯片构成的时钟模块不管硬件电路结构还是运行程序都要简洁得多,功耗也低,而且利用DS1302时钟芯片独立于单片机来计时,在提高计时进度的同时也提高了整个系统的抗干扰能力。所以我选择方案二的DS1302时钟模块。2.1.2 存储模块方案一:由FM24C256构成的存储模块图5 FM24C256芯片构成的存储模块由上图可知,该电路由FM24C256芯片构成的存储模块,当地址信息被发送后,主机和FM24C256之间的数据传送
13、就会开始,对于读操作,FM24C256将把8位数据放在总线上,然后等待主机的应答,如果主机答应,FM24C256将开始传送下一个连续字节。如果主机没有答应,FM24C256将结束当前的读操作。对于写操作,FM24C256接受主机发送的8位数据后,给出应答。所有数据都以高位在前方式传送。方案二:由6264构成的外接存储模块图6 6264芯片构成的外接存储模块由上图可知,该电路由6264存储芯片构成的存储模块,由于单片机内只有低于128byte数据寄存器可供用户使用,且指令本身也占据了一些字节空间,而每一个汉字符就占据了32kb的空间,因此,当显示字符较多时使用片内寄存器作为接受来自PC机的数据的
14、数据缓冲区是不可取的方法。为了能够存储和显示更多的字符,我们外接了6264作为片外数据储存器,空间大小为8KB,能容纳260多个字符(一个字符占用32byte),同时采用movx dptr类指令作为寻址指针。方案三:由AT24C1024构成的存储模块图7 AT24C1024芯片构成的存储模块由上图可知,该电路由AT24C1024芯片构成的存储模块,该移动式固态存储器是用在水文观测站的遥测终端机上作为雨量和水位数据的存储器。SDA引脚通常被外部设备拉高,SDA引脚仅在SCL低电平时可以改变。SCL在高电平期间,数据变化将引起启动和停止条件。开始条件:在SCL为高时,SDA从高到底变化时产生启始条
15、件,它必须先于任何其他命令;停止条件:在SCL为高时,SDA从低至高变化时产生停止条件,读时序后,停止命令将放置在EEPROM的待机电源模式下。应答:所有的地址和数据都是以8位串行方式从EEPROM输入输出。待机模式:AT24C1024具有低功耗待机模式,启用条件:1)上电2)接受到停止位以后和任何内部操作完成。记忆恢复:在协议中断后,断电或系统复位后,任何2线部分可以按一下步骤重置:(1)时钟高达9次;(2)当SCL为高时,寻找SDA的每个周期的高电平。(3)产生一个开始条件由以上三个论证方案比较得出,FRAM(FM24C256)是一种新型存储器,最大特点是可以随总线速度无限次的擦写,而且功
16、耗低,FRAM(FM24C256)性能优越于EEPROM,6264外接存储器。FM24C256的应用逐渐被推广和认可,尤其是大容量存储器,它的优良特性远高于同等容量的EEPROM,在电子式电能表行业中,数据安全保存是最重要的。FM24C256在电能表中的使用,会提高电能表的数据安全存储特性。2.1.3 输入模块如图8所示,该电路是由按键和电阻构成的4*4输入模块,矩阵键盘又成为行列式键盘,它是用4条I/O线作为行线,4条I/O线作为列线组成的键盘,在行线和列线的每一个交叉点上,设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4*4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。单片机与该
17、电路连接时,使用4个端口作为输出口,接4条行扫描线;在本接受中,使用AT89C51单片机的P3.0P3.7这8个端口作4*4键盘的扫描,IOP3.003.3接行扫描线,IOP3.43.7.接列扫描线。图8 4*4输入模块电路图键盘功能设置图9 4*4矩阵键盘结构设计图功能说明按键作用按键作用S0按下按键,显示数字0S1按下按键,显示数字1S2按下按键,显示数字2S3按下按键,显示数字3S4按下按键,显示数字4S5按下按键,显示数字5S6按下按键,显示数字6S7按下按键,显示数字7S8按下按键,显示数字8S9按下按键,显示数字9S10开始按键S11停止按键S12复位按键S13Delete(删除按
18、键)S14上移/下移按键S15左移/右移按键2.2核心器件介绍2.2.1 DS1302时钟芯片(1)器件概述DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 (2)内部结构及工作原
19、理图11 时钟模块内部结构DS1302工作时为了对任何数据传送进行初始化,需要将复位脚(RST)置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟(SCLK)的上升沿串行输入,前8位指定访问地址,命令字装入移位寄存器后,在之后的时钟周期,读操作时输出数据,写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8(8位地址+8位数据),在多字节方式下为8加最多可达248的数据。(3)外观与管脚说明 图12 外观实物图 图13 芯片管脚图芯片管脚说明:X1、X2:连接32.768KHz晶振管脚,为芯片提供定时脉冲。GND:接地。RST:芯片强制复位脚。I/O:数据输入/输出引脚。SCLK:串
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 恒温 控制系统 设计 33
限制150内