最新单片机室内温度自动控制系统的设计幻灯片.ppt

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1、基于单片机室内温度自动控制系统的基于单片机室内温度自动控制系统的设计设计1. 摘要 在人们的日常生活及生产过程中，经常要用到温度的检测和控制，在新世纪科学技术得到了空前的发展，科学技术有力推动了社会生产力的发展和社会信息化程度提高，同时也是现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。通过毕业设计学习和研究新技术具有实际意义。不仅可以学好专业知识，还可以增强动手能力。 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努

2、力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单

3、片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。关键词：AT89S51单片机 DS18B20温度芯片 温度控制 串口通讯 电源空闲标志：电源空闲标志（POF）在特殊功能寄存储器SFR中PCON的第4位（PCON.4）,电源打开时POF置“1”,它可由软件设置睡眠状态并不为复位所影响。 存储器结构：MCS-51单片机内核采用程序存储器和数据存储器空间分开的结构，均具有64KB外部程序和数据的寻址空间。 程序存储器：

4、如果EA引脚接地（GND），全部程序均执行外部存储器。在AT89S51,假如接至Vcc（电源），程序首先执行从地址0000H0FFFH（4KB）内部程序存储器，再执行地址为1000HFFFFH（60KB）的外部程序存储器。 数据存储器：在AT89S51的具有128字节的内部RAM，这128字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行，128字节均可设置为堆栈区空间。 看门狗定时器（WDT）：WDT是为了解决CPU程序运行时可能进入混乱或死循环而设置，它由一个14bit计数器和看狗复位SFR（WDTRST）构成。外部复位时，WDT默认为关闭状态，要打开WDT，必按顺序将01H

5、和0E1H写到WDTRST寄存器，当启动了WDT，它会随晶体振荡器在每个机器周期计数，除硬件复位或WDT溢出复位外没有其它方法关闭WDT，当WDT溢出，将使RST引脚输出高电平的复位脉冲。引脚图详见下图：AT89S51单片机引脚图 5 各单元的设计各单元的设计 1.键盘单元 单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。 键开关状态的可靠输入 ：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动

6、影响 在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。 对照图示的4*4键盘，说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现

7、的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。键盘共有16个按键，用于方便设定温度。09数字按键，输入数字0-9 确认设置的确认，修改设置温度时进行确认 清除 设置的清除，修改设置温度时进行删除 开启开启电源 关闭关闭电源 F1 显示及设置转换到温度点1，按此按键后，显示预设置温度的数码管闪烁 F2显示及设置转换到温度点2，按此按键后，显示预设置温度的数码管闪烁 P2.00123P2.14567P2.289F1F2P2.3清除开启关闭确定P2.4P2.5P2.6P2.72.2.

8、温度控制及超温和超温警报单元温度控制及超温和超温警报单元 当采集的温度经处理后超过规定温度上限时，单片机通过 P1.4 输出控制信号驱动三极管 D1 ，使继电器 K1 开启降温设备 ( 压缩制冷设备) ：当采集的温度经处理后低于设定温度下限时，单片机通过 P1.5 输出控制信号驱动三极管 D2 ，使继电器 K2 开启升温设备 ( 加热器1) 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。具体电路连接如下图 所示 ：具体电路连接图 3.温度测试单元温度测试单元 采用温度芯

9、片DS18B20。使用集成芯片，能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构 。4.温度控制器件电路温度控制器件电路 单片机通过三极管控制继电器的通断，最后达到控制电热器的目的。当温度未达到要求时，单片机发送高电平信号使三极管饱和导通，继电器使电源与电热器接通，电热器加热。温度慢慢升高。当温度上升到预定温度时，单片机发送低电平信号三极管进入截止状态，继电器的弹片打到另一侧，使电热器与电源断开，电热器停止加热。继电器电路中有一个三极管8050的保护电路，即将一个二极管反向接到三机管的两端。连接方法如下图所示 单片机控制信号 其原理是：当继电器突然断电时，继电器产生很大的反向电流。二极

10、管的作用是将反向电流分流，使流过三级管8050的电流比较小，达到保护三极管8050的作用。 5.5.七段数码管显示单元七段数码管显示单元 本部分电路主要使用七段数码管和移位寄存器芯片74LS164。单片机通过I2C总线将要显示的数据信号传送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制数码管的显示，从而实现移位寄存点亮数码管显示。由于单片机的时钟频率达到12M，移位寄存器的移位速度相当快，所以我们根本看不到数据是一位一位传输的。从人类视觉的角度上看，就仿佛是全部数码管同时显示的一样。具体见实际连线图如下图。当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。 串行数据输入端

11、（A，B）可控制数据。当 A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下 Q0 为电平。当 A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态，逻辑封装图如上图。引出端符号：CLOCK 时钟输入端；CLEAR 同步清除输入端（低电平有效）；A，B 串行数据输入端；QAQH 输出端。真值表如下表：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Sep-2004Sheet of File:E:Documents and Settings公 用 桌 面 复 件 8

12、9s51综 合 实 验 板 原 理 图 .ddbDrawn By:abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS6abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS7abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS8abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS9abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS13abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS16A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U1674LS164A1B2QA3QB4QC5QD6C

13、LK8CLR9QE10QF11QG12QH13U1374LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U1274LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U1474LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U1574LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U974LS164+5V+5V+5V+5V+5V+5VR1R2R3R4R5R6+5V+5V+5V+5V+5V+5VSDASCL 实际连线图 6.6.接口通

14、讯单元接口通讯单元 max232资料简介： 该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。主要特点 ：1、单5V电源工作2、 LinBiCMOSTM工艺技术3

15、、 两个驱动器及两个接收器4、 30V输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.287、ESD保护大于MIL-STD-883（方 法3015）标准的2000V 51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。 在本设计中采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串

16、口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接，串口通讯具体如下图：通讯接口连线图 6 .6 .电源输入部分电源输入部分 控制系统主控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如下图所示，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和

17、电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。本电路使用集成稳压芯片7805解决了电源稳压问题。7 7 程序设计程序设计 电源部分连线图 7.1 7.1 程序结构分析程序结构分析 主程序调用了5个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、单片机与PC机

18、串口通讯程序。键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入按键的识别及进入相应的程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。继电器控制程序：控制继电器动作串口通讯程序：实现PC机与单片机通讯，将温度数据传送给PC机。 程序结构图 7.27.2主程序主程序 程序开始的时候先设置初始化，然后就控制数码管显示当前温度。接着就判断F1、F2按键是否被按下。按下F1进入温度控制点1的程序、按下F2进入温度控制点2的程序。程序控制设置温度的两个数码管闪烁的，此时键盘输入有效。有按键按下的时候进入按键处理程序。按下“确定”按键后

19、，程序进入判断程序和继电器控制程序。继电器动作后，程序回到显示当前程序，并开始循环。 7.3 程序代码（详见附录 程序清单） 8. 测设分析 1、测试环境 环境温度28摄氏度，室内面积20平方米 测试仪器：数字万用表，温度计0-100摄氏度 2、测试方法 使系统运行，采用温度计同时测量室内度变化情况，得出系统 测量的温度。 3、测试结果 设定温度由0摄氏度到40摄氏度 标定温差=1摄氏度 调节时间 15s（具体视现场情况） 静态误差=0.5摄氏度 最大超调量1摄氏度 4、通过测试分析，对于实际室内的温度控制，可以再提出以下 2 点方法 ： 增加传感器个数，对各个温度传感器采集的数据进行求算术平

20、均，可得到较为准确的温度值。 对实际室内的温度控制，可采用功率较大的电炉，并且通过风扇对箱内温度进行充分搅和，降温设备可采用空气压缩机等制冷设备。 5、通过实验测试和分析，发现虽然传感器的温度采集精度最高可得到 0.06 ，但测试得到的数据最小间隔为 0.03 。通过分析，当对浮点数求平均处理时，遇到同一时刻两个传感头采集的温度相差不大，使 0.06 时求出平均温度变为 0.03 为了解该数据是否真实，可采用一个高精度的数字温度计测试，发现读出的值与其基本一致，由此推断如果在同一 时间增加采集温度的个数，则可以进一步提高温度的精度。谢辞 本论文是在我的指导老师密切关心和悉心指导下完成的。老师在

21、课题开题期间和论文写作的过程中给予了我许多指导，导师总是以认真负责、一丝不苟的工作态度阅读并修改文章中不足的地方，他优良的作风和严谨治学的态度深深影响着我，至此,向恩师致以最真挚的感谢和最崇高的敬意！ 同时我要感谢我的同学，特别是我的室友们，正是他们在这几年里陪我一起成长，一起学习，才让我有了今天的成绩。他们在平时的学习和生活中他们给予了我无私的关怀和帮助，在此表示我最诚挚的谢意。程序清单 主程序： ORG 0000H ;DS18B20.ASM DS18SL EQU 41H ;用于保存读出温度的低8位 DS18SH EQU 40H ;用于保存读出温度的高8位DS18FIG EQU 8H ;是否

22、检测到DS18B20标志位A_BIT1 EQU 31H ;数码管个位数存放内存位置B_BIT1 EQU 32H ;数码管十位数存放内存位置D_BIT1 EQU 35H ;数码管百位数存放内存位置DS18CD1 EQU 42H ;DS18CD1-DS18CD8暂存64位ROMDS18CD2 EQU 43H ;从低到高DS18CD3 EQU 44HDS18CD4 EQU 45H DS18CD5 EQU 46HDS18CD6 EQU 47HDS18CD7 EQU 48HDS18CD8 EQU 49HDS1864B EQU 4AHDS18ADS EQU 4BHDS18DQ EQU P1.0 ;30H,

23、31H,32H,33H: X 个位 十位 XMOD7: MOV SP,#60HLCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序LCALL READCODEAJMP MOD7 INIT_1820: ;DS18B20初始化 SETB DS18DQ CLR DS18DQ ;延时,500US低MC MOV R7,#250 DJNZ R7,$ MOV R7,#150 DJNZ R7,$ SETB DS18DQ ;释放总线 LCALL DELAY60US ;15-60US的等待时间 MOV R6,#4 SETDSDQ: LCALL DELAY60USJNB DS18DQ,SETDSDQFH ;60-2

24、40US内是否有返回信号,为0跳DJNZ R6,SETDSDQMOV R7,#250DJNZ R7,$CLR DS18FIGRETSETDSDQFH:SETB DS18FIGMOV R7,#250 DJNZ R7,$MOV R7,#100DJNZ R7,$RET; 数据处理程序： TEMP0: INC AAJMP TEMP1TEMPCOV: MOV A,DS18SL ;数据处理子程序 TEMPCOVMOV B,#16DIV ABJB B.3,TEMP0TEMP1: MOV 34H,A ;将DS18SL的高四位右移四位,存入34H中（温度值）MOV A,B ;将DS18SL的低四位X10/16得

25、小数后一位数.MOV B,#10MUL ABMOV B,#16DIV ABMOV 30H,A ;将小数后一位数.存入30H中MOV A,DS18SH ;DS18SH中存放高8位数,权重16 MOV B,#16MUL ABADD A,34H ;34H中存入温度值的整数部分MOV B,#10 DIV ABMOV 31H,B ;个位存入31H中MOV B,#10 ;DIV AB ;MOV 32H,B ;十位存入32H中MOV B,#10 ;DIV AB ;MOV 35H,B ;百位存入33H中MOV A,DS18SHMOV 33H,#10H ;JB ACC.7,EXIT7MOV 33H,#00HEX

26、IT7: RET GET_TEMPER: ;读出转换后的温度值,并显示SETB DS18DQLCALL INIT_1820 ;先复位DS18B20JB DS18FIG,TSS2RET ;判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返TSS2: MOV DS18ADS,#0DS18JX:LCALL DS18CODPMOV A,DS18ADSADD A,#9MOV DS18ADS,ACJNE A,#63,DS18JXRETDS18CODP:LCALL MRCOVT ;转换指定的DS18B20的温度LCALL MRRDTEDP ;显示温度RETTEMP:LCALL INIT_1820JB DS

27、18FIG,NEXT4RETNEXT4:MOV DS18ADS,#9MOV A,#0CCH ;SKIP ROMLCALL WRITE_1820MOV A,#44H ;温度转换命令LCALL WRITE_1820LCALL DELAY1SLCALL MRRDTEDPRET;写DS18B20的子程序(有具体的时序要求)WRITE_1820: ;写DS18B20MOV R5,#8DS18JXWE:SETB DS18DQ ;初始化CLR DS18DQCLR DS18DQMOV R7,#5DJNZ R7,$ ;拉低15US内,写入数据CLR CRRC AMOV DS18DQ,CLCALL DELAY60

28、US ;持续60USSETB DS18DQ ;写完一个位DJNZ R5,DS18JXWERETREAD_1820_CODE: ;读取CODE 64位 MOV R4,#8 ;读8次数 MOV R1,#DS18CD1 ;低位地址存在R1 DS18JXRD3: MOV R5,#8 ;8位数据DS18JXRD2:SETB DS18DQ CLR DS18DQ ;前两句完成初始化NOPNOP ;延时至少1USSETB DS18DQ ;上升沿,并在,15US内读数MOV R7,#5DJNZ R7,$MOV C,DS18DQRRC ALCALL DELAY60US ;读时序,最少60USDJNZ R5,DS1

29、8JXRD2MOV R1,AINC R1DJNZ R4,DS18JXRD3SETB DS18DQRET;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据READ_18200:MOV R4,#2 ;读两次数MOV R1,#DS18SL ;低位地址存在R1DS18JXRD1:MOV R5,#8 ;8位数据DS18JXRD:SETB DS18DQ CLR DS18DQ ;前两句完成初始化NOPNOP ;延时至少1USSETB DS18DQ ;上升沿,并在,15US内读数MOV R7,#5DJNZ R7,$ MOV C,DS18DQRRC ALCALL DELAY60US ;读时序,最

30、少60US DJNZ R5,DS18JXRDMOV R1,ADEC R1DJNZ R4,DS18JXRD1SETB DS18DQRETREAD_1820_1: ;读取1位SETB DS18DQCLR DS18DQCLR DS18DQCLR DS18DQSETB DS18DQMOV R7,#5DJNZ R7,$JB DS18DQ,WEFHLCALL DELAY10MSWEFH:LCALL DELAY60USRETREADCODE: ;读取64位ROM,并显示出来SETB DS18DQLCALL INIT_1820JB DS18FIG,NEXTRETNEXT:MOV A,#33HLCALL WRI

31、TE_1820LCALL READ_1820_CODELCALL DISPLAYCD RETDS1864SEN: ;送出64个位的数据MOV R4,#8MOV DPTR,#DS18TAB DS1864SEN1:MOV A,DS1864BMOVC A,A+DPTRLCALL WRITE_1820INC DS1864BDJNZ R4,DS1864SEN1RETMATCHROM:LCALL INIT_1820MOV A,#55H ;MARCH ROMLCALL WRITE_1820MOV DS1864B,DS18ADSLCALL DS1864SENRETMRCOVT: ;匹配ROM并发出温度转换命令

32、LCALL MATCHROMMOV A,#44H ;发出温度转换命令LCALL WRITE_1820LCALL DELAY1SRETMRRDTEDP: ;匹配ROM并显示转换温度LCALL INIT_1820LCALL MATCHROMMOV A,#0BEH ;发出读取命令 LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200LCALL TEMPCOVLCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序RET键盘子程序 START:NOP ;程序开始 LCALL CH_KEY ;检查键盘 AJMP START ;返回 CH_KEY:LCALL KS ;检查有没有按键按下 JNZ LK

33、1 AJMP CH_KEY LK1:LCALL T12MS ACALL KS JNZ LK2 RET LK2:NOP LCALL SBIE ;按键识别子程序 MOV BUFF, A ;送缓冲区以识别是数字键还是功能键？ LCALL CH_KF ;判断按键功能。 JB FLAG1 ,KEY_FUN ;标志为1，则为功能键超温报警程序： DIV: MOV R2,#08H;1kz持续时间 DIV1:MOV R3,#0FAH DIV2:CPL P3.3;输出1khz方波 LCALL D5ms;调用延时程序1 DJNZR3,DLV2;持续1秒 DJNZ R2,DIV1 MOV R2,#10H;2khz持

34、续时间 DIV3:MOV R3,#0FAH DI4:CPL P3.3;输出2khz方波 LCALL D25ms;调用延时程序2 DJNZ R3,DIV4 DJNZ R2,DIV3 SIMP DIV;反复循环 D5MS：MOV R7，#0FFH;延时子程序1 LOOP：NOP NOP DJNZ R7，LOOP RET D25MS：MOVR6，#0FFH;延时子程序2 LIN：DJNZ R6，LIN RET继电器控制程序：START1:MOV SP,#60HJD: CPL P2.6 ;P2.6取反 LCALL DELAY ;延时 NOP SJMP JDDELAY: MOV R0,#0AH ;延时子程序(1秒)DELAY33: MOV R1,#00HDELAY44: MOV R2,#0B2H DJNZ R2,$ DJNZ R1,DELAY44 DJNZ R0,DELAY33LJMP START1 RET