基于AVR的水温控制系统毕业论文(44页).doc
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1、-基于AVR的水温控制系统毕业论文-第 36 页毕业论文题 目: 基于嵌入式的水温调控系统 学 校: 昆明理工大学 学 院: 信息工程与自动化学院 专 业: 计算机科学与技术 年 级: 2011级 姓 名: 学 号: 指导教师单位: 昆明理工大学信自工程与自动化学院 指导教师姓名: 指导教师职称: 讲师 Graduate ThesisSubject: The water temperaturecontrol system based on Embedded SystemSchool : Kunming University of Science and Technology Faculty:
2、School of Information Engineering and Automation Major : Computer science and technologyGrade : Number: Name : Guiding Teachers Department: Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology Guiding Teachers Name : Guiding Teachers Position : Lecturer 目录毕业
3、论文i目录I摘 要IIAbstractIII前 言IV第一章 绪 论11.1水温控制系统的应用背景11.2水温控制研究的意义11.3水温控制的研究现状21.4本论文的主要内容2第二章 设计内容及方案32.1单片机控制水温方案32.1.1 ATmega128的特点32.1.2 ATmega128单片机的内部结构62.1.3 ATmega128的引脚说明72.2 水温传感器方案92.2.1 DS18B20的特点92.2.2DS18B20工作方式102.2.3 DS18B20的ROM指令132.3显示部分的实现142.3.1 LCD 1602液晶显示屏原理:142.3.2液晶工作过程:152.3.3
4、 RAM地址映射图162.4 键盘设置162.5控制继电器与温度警告172.6 用户设置保存182.6.1 ATmega128片内EEPROM的特点182.6.2 EEROPM的原理192.7 供电模块20第三章 软件设计及其实现213.1、主程序流程图213.2各个模块流程图223.2.1 DS18B20流程图223.2.2键盘流程图263.2.2控制模块273.2.4显示模块283.2.5存储器模块293.3开发工具的介绍31第四章 系统仿真与实现374.1 Proteus仿真电路374.2仿真过程及软件使用384.3系统结果调试384.4 实际测试39第五章 结 论41第六章 总结与体会
5、42致 谢45参考文献46附录47一、 使用手册47二、源代码481、主程序:482、液晶屏程序:543、DS18B20温度采集程序:554、EEPROM程序59摘 要近年来,随着我国经济的快速发展,温度控制的需求与日俱增,温度控制要求越来越高并且逐渐走向了智能化、无人化。水温控制领域繁多例如工业控制,智能家具、化学领域、农业繁殖等等。本系统以AVR单片机为核心、利用Ds18B20温度传感器采集温度、1602液晶显示当前状态、人工在键盘设置的温度、通过继电器控制加热设备。从而达到单片机控制水温的保持在规定的范围内。此外加入了EEPROM来存储当前设定的温度,达到断电而不丢数据的安全设置。关键词
6、: AVR单片机;温度控制;温度传感器;1602液晶显示器;EEPROM ;AbstractIn recent years, the rapid development of Chinas economy cause peoples needs for temperature control increasingly. Intelligent and unmanned are the key technique in requirement for temperature control. The water temperature control field various in many
7、area such as industrial control, intelligent home system, chemical field, agricultural breeding and so on. This temperature control system is mainly composed of AVR microcontroller as a core, Ds18B20 temperature sensor as a gather temperature, and 1602 LCD as the screen. At the same time the keyboar
8、d which can be used for setting temperature value, resetting and showing the present temperature value. Also through relay control to heat the equipment. So as to achieve the microcontroller to control the water temperature with keeping within the prescribed scope. In addition, this system added EEP
9、ROM equipment is for power-off protection, that is, to record the present temperature value in order to prevent information lost when outages. Keyword: AVR; temperature control; temperature sensor; 1602 LCD; EEPROM;前 言 温度控制无论是工业中还是生活都有着非常重要的地位,无论是温度过高或者过低都会使能源与水资源的浪费。现在我国很多地区有着程度不同的能源与水资源的缺乏。在没有计算机控
10、制之前,温度的控制相对困难。随着计算机科学技术与传感器技术的不断发展,计算机与传感器器件的价格不断降低,并且技术的日益成熟、可靠,使得用微型控制器来实现水温控制完全可以实现。用科技改变生活,提高生产变得越来越热门。目前单片机已经在嵌入式控制技术中得到了广泛应用,各个领域中都有用到,其特点有体积小、耗电低、控制简单、扩展好等特点,结合不同的外设,既可实现不同的功能,利用单片机可以组成不同的嵌入式控制系统,信息数据的采集系统。通过单片机使在控制中温度能够方便的采集、控制及显示。并且可以通过算法编程等操作,得到的数值更加精确。本系统以AVR单片机为核心、利用Ds18B20温度传感器采集温度、1602
11、液晶显示当前状态、人工在键盘设置的温度、通过继电器控制加热设备。从而达到单片机控制水温的保持在规定的范围内。此外加入了EEPROM来存储当前设定的温度,达到断电而不丢数据的安全设置,从而达到断电保护的作用。第一章 绪 论1.1水温控制系统的应用背景单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,单片机的发展使计算机技术发生一场深刻的改革。随着大规模电路的发展与应用,出现了微型计算机与组装计算机,单片机凭借着凭借着其速度快、可靠高、价格低廉,在工业、农业、军事、航天、以及日常生活的产品中得到广泛使用。温度与人类活动息息相关,从古代烧火取暖到当今的工业温度控制,处处体现了温度对于人类
12、的重要性,随着生产力的提高,人类对温度的控制不仅仅在于模糊的估计,而是精确的控制。温度控制技术同时得到迅速发展。自18世纪工业革命以来:工业过程离不开温度的控制。其中一点就是水温的控制。水温控制在生产中及生活中都发挥着重要的作用,如在一些现代化车间里,生产特殊要求产品加工需要在一定的温度下才能进行,水产养殖中,也要对水的温度进行严格的控制,才能确保达到最好的效果,在家居生活中,我们同样力不开水温的控制,如电加热饮水机、热水器等,都要用到水温控制系统。水温控制对于人类的活动中应用十分广泛。在人为规定的温度控制范围内并且能在温度人类无法承受的环境中运行。通过使用算法与数据的收集处理,使成品在保证测
13、量温度准确的同时还能保证低功耗。1.2水温控制研究的意义随着社会的发展、科技的进步。温度作为一大重要的测量单位越来越重要。温度的过高或过低都会造成能源的过多消耗也会造成水资源的浪费。利用嵌入式技术控制水温,既能达到良好掌握水温的高地又能节约成本。在没有计算机控制之前,控制水温是难以实现的。而当今随着计算机科学的进步,计算机技术逐渐成熟,而且电子器件的价格不断降低、可靠性也不断提高,利用嵌入式控制技术来调节水温是完全可以实现的。此课题来设计并且完成一套水温控制的模型,可利用在工业控制、智能家具、农业生产等等行业中。温度控制器的运用越来越广泛,如电冰箱、空调、锅炉等都得用到.日常经常用到的温度控制
14、器主要分为机械式和电子式.传统多为机械式控制器,但机械式较易损坏且不精确.随着科学技术的迅猛发展,利用微处理器控制在日常生活中得到了更为广泛的应用,因为它使用更方便且相当精确,对人们的生活起到了深远的影响.1.3水温控制的研究现状我国开始20世纪80年代。国内工程技术人员在学习发达国家温控技术的基础上,掌握了室内温度微型计算机控制技术,此技术仅限于控制温度的单环境因子。国外对温度控制技术研究始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度控制技术发展
15、很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。1.4本论文的主要内容1. 第一章介绍了选题的背景和重要意义以及当前的水温控制研究状况,比较和分析了现有的研究方法,阐述了本论文的主要内容。2. 第二章介绍了本系统中设计概念、技术背景、功能模块及其使用。3. 第三章介绍了本系统的各个模块电路设计及其实现、介绍原理和使用元器件的参数。4. 第四章电路的仿真及其实现、调试。5. 第五章总结了本设计所做的工作和成果。第二章 设计内容及方案本课题方案总概:Ds18b20温度传感器ATmega128LDC1602显示器 加热器 继电器 键盘2.1单片机控制水温方案ATmega128是
16、ATMEL公司的 8位系列单片机的最高配置的一款单片机,稳定性极高,应用极其广泛。本系统原定用51单片机作为控制芯片,但是由于考虑到拓展性,与稳定性采用当今流行的ATMEL公司的mega系列单片机。综合考虑采用ATmega128单片机作为控制器。2.1.1 ATmega128的特点1、 高性能、低功耗的AVR 8位微处理器。2、先进的RISC结构 -133条指令且大多数可以再一个时钟周期内完成;-328通用工作寄存器与外设控制寄存器;-全静态工作;-工作于16MHz时性能高大16 MIPS;-只需两个时钟周期的硬件乘法器。2、 非易失性的程序和数据存储器-128K字节系统可编程FLASH,寿命
17、可到10,000次擦写周期;-具有独立的锁定位、可选择的启动代码区,通过片内的启动程序实现 系统内编程,真正达到读修改写操作;-4K字节的内部EEPROM,寿命达100,000次写/擦出周期;-4K字节的内部SRAM;-高达64K字节的优化外部存储器空间;-可以对锁定位进行编程实现软件加密;-可以通过SPI实现系统内编程;3、 JTAGA借口(与IEEE1149.1标准兼容)-符合JTAGA标准边界扫描功能;-支持扩展的片内调试;-通过JTAG接口实现对FLASH,EEPROM,熔丝位和锁定位的编程。4、 外设特点-两个具有独立的预分频器和比较器功能的8位定时/计数器;-两个具有预分频器、比较
18、功能和捕捉功能的16位定时/计数器;-具有独立分频器的实时时钟计数器;-具有两路8位PWM-6路分辨率可编程(2-16位)的PWM-输出比较调节器;-8路10位ADC8个单端通道;7个差分通道;2个具有可编程增益的差分通道;-面向字节的两线接口;-两个可编程的串口USART;-可工作与主机/从机对的SPI串口;-具有独立的片内振荡器的看门狗定时器;-片内模拟比较器。5、 特殊的处理特点 -上电复位以及可编程的掉电检测系统;-片内经过标定的RC振荡器;-6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、掉电模式、省电模 式、Standby模式、拓展的Standby模式;-可以通过软件记性选择的时钟频率
19、;-通过熔丝位可选择ATmega103的兼容模式;-全局上拉禁止功能。6、 I/O和封装-53个可编程I/O借口;-64引脚的TQFP与64引脚的MLF封装。7、 工作电压-2.7-5.5V ATmega128L;-4.5-5.5V ATmega128。8、 速度等级 -0-8MHz ATmega128L;2.1.2 ATmega128单片机的内部结构AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与逻辑计算器(ALU)相连,使得每一条指令都可以同时在一个时钟周期访问两个独立寄存器,这种结构可以大大提高代码的效率。并且比普通的复杂指令集高达10倍的吞吐量。2.1.3 ATm
20、ega128的引脚说明ATmega128各引脚功能如下:Vcc:数字电路的电源。GND:地。端口A(PA7PAO):端口A为双向I/O口并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性,可以输出和吸收大电流。作为输入使用时,若内部上拉电阻使能,则端口被外部电路拉低时将输出电流。复位发生时端口A为三态。端口A也可以用作其他不同的特殊功能。端口B(PB7PB0):端口B为8位双向I/O口,复位发生时端口B为三态。端口B也可以用作其他不同的特殊功能。端口C(PC7PC0):端口C为8位双向I/0口,复位发生时端口C为三态。端口C也可以用作其他不同的特殊功能。在ATmegal 03兼容模式下
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