本科毕业设计--基于51单片机温度控制电路的设计与制作.doc
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1、韶 关 学 院毕 业 设 计题 目:基于单片机温度控制电路的设计与制作学生姓名: 学 号:院 (系):物理与机电工程学院 电子系专 业:电子信息科学与技术班 级:2007级指导老师姓名及职称:凌晟 讲师起止时间: 2010 年 9 月 2011年 5 月2基于单片机温度控制电路的设计与制作摘 要:本设计以STC89C52RC单片机为控制核心,由实时时钟芯片DS1302和数字温度传感器DS18B20构成了一个高温和低温时,分别对相应的器件进行控制的系统。详细地介绍了整个系统的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计,重点阐述了时钟模块、显示模块、温度检测模块及相关控制模块等的模块化设计思路与制
2、作。系统采用液晶LCD1602作为显示器,具有实时时间显示、环境温度显示,显示系统连续工作前24小时整点的温度值。在本设计中,软件程序均采用C语言编写,便于移植与升级。关键词:STC89C52RC; 单片机; DS1302; LCD1602; 温度控制;Based on single-chip microcomputer temperature control circuit design and production Abstract:This design with STC89C52RC microcontroller as control core, by real time clock
3、 chip DS1302 and digital temperature sensor DS18B20 constitute a high temperature and low temperature respectively on the corresponding device to control system. Introduced the whole systems hardware structure, working principle and system software program design in detail, expounds the clock module
4、, display module, temperature detecting module and related control module of modularization design and production. System adopts LCD monitor, LCD1602 as with real-time time display, environmental temperature display, display the system worked 24 hours before the temperature on the hour value. In thi
5、s design, software program all use written in C language, for transplantation and upgrades. Key words: STC89C52RC; single-chip; ds1302; lcd1602;Temperature control;目 录目录1背景与意义11.1背景11.2意义11.3功能介绍22方案比较与论证32.1设计任务与要求32.2方案比较与论证32.2.1方案比较与论证32.2.2方案的选择43系统硬件设计43.1总体电路框图43.2单元电路设计53.2.1单片机模块53.2.2时钟模块6
6、3.2.3温度采集模块63.2.4液晶显示模块83.2.5按键模块84系统软件设计94.1总体软件框图94.2各模块程序设计104.2.1时钟驱动程序:104.2.2温度数据采集:114.2.3液晶驱动程序:135系统调试与测试145.1硬件调试145.2软件调试156设计总结15致 谢17参考文献18附录19附录A:电路图19附录B:程序清单19正 文基于单片机温度控制电路的设计与制作专业班级: 指导教师: 1背景与意义1.1 背景随着社会的发展,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,设计一个
7、温度控制系统,具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一,物理,化学,生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中,像电力,化工,石油,冶金,航空航天,机械制造,粮食存储, 酒类生产等领域内,温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行;炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油,柴油,煤油等产品。没有合适的温度环境,许多电子设备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障。因此,各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见,温度的测
8、量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。比较成熟的产品就有水温测控温度控制系统和语音报警的温度监控仪等。其中水温测控温度控制系统的功能可以实现从常温开始对自来水加温,加热到人工设定的温度的恒温控制。而语音报警的温度监控仪可以通过控制空调对温度进行自动调节,使被控环境的温度达到要求的范围,并能实现对所控区域内环境温度的自动监控的远程智能调控系统。1.2 意义基于单片机温度控制的测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛
9、,比如温室,水池,发酵缸,电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现可以根据外界环境温度控制电机的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。1.3 功能介绍1.3.1按Model键可切换设置模式,液晶屏显示相应模式页面。 1.3.2当液晶屏显示页面1时,即液晶屏的第一行显示年、月、日、星期,第二行显示时、分、秒、温度时,按Set键,可实现风扇的自动控制和手动控制工作方式的切换。1.3.3当液晶屏显示页面2时,是时间设置模式,在该模式下按一下Set键后,
10、通过按左键、右键、加键和减键就可以对时间进行设置,设置完后再按Set键后就可以保存设定的时间。1.3.4当液晶屏显示页面3时,可查看系统连续工作时前24小时内整点的温度值,即系统连续工作24小时后,输入整点的时间,液晶屏显示对应该点时间的温度值。1.3.5当液晶屏显示页面4时,是继电器工作情况的显示,继电器用于控制加热设备的工作。当光标在AuTo/Manuel时,按加或减键可设置继电器的自动或手动工作方式,手动(Manuel)工作方式时,继电器一直打开此时,如何工作?,此时,风扇无论何种情况下都是按照风扇本身最大速度运转;自动时,由设定温度控制继电器的开或关,当环境温度低于设定温度时,继电器才
11、打开。1.3.6当液晶屏显示页面5时,是显示风扇自动工作时不能打开不知道什么意思?的时间段显示,即是在液晶页面显示的时间范围内,自动工作时,风扇不允许打开,直到过了这个时间段,自动控制才能再次正常工作。这个时间段是通过程序设定的,而且设定好之后不允许再次修改。2 方案比较与论证2.1 设计任务与要求2.1.1当传感器检测出的环境温度偏低时,控制继电器,实现电暖炉的开与关的状态。2.1.2 当传感器检测出的环境温度偏高时,随着温度的改变,控制电机的转速作出相应的改变。2.1.3 通过时钟芯片DS1302自动控制电机,使其在某个时间段不工作。2.1.4 当环境温度超出了设定值时,蜂鸣器发出声响报警
12、。2.2 方案比较与论证2.2.1 方案比较与论证方案一:单片机按照一定的控制算法对采集的温度数据进行处理,得到控制量,以控制电机的功率,从而实现风扇转速的控制。传感器采用集成的AD599,但是这个方案的电路结构十分复杂,A/D转换器的精度实现既定功能的困难很大,而且由于器件很多,使得单片机89C51的内部资源不能满足需要,调试和安装都十分不方便,同时实现扩展功能困难。方案组成方框图如图1所示:温度传感器信号放大A/D转换单片机键盘液晶显示蜂鸣器或门放大光耦可控硅电机过零触发电路220V 图1 方案一组成方框图方案二:采用数字式温度传感器DS18B20,它能够将温度直接转换成数字信号,可以通过
13、一根数据线与单片机进行通信,而且它不需要外部元件,在-100C850C范围内可以精确到+0.50C。完全满足设计要求。这样设计就可以不使用A/D转换器,从而使系统的精度得以提高,也能够大大节省单片机得系统资源,所以我又加了DS1302时钟模块电路,使时间能够实时显示。方案组成方框图如图2所示:DS18B20键盘DS1302单片机STC89C525RCLCD显示负载蜂鸣器 图2方案二组成方框图2.2.2 方案的选择 通过以上两种方案的比较,我选择的是方案二作为设计方案,因为方案二与方案一相比,它的硬件系统更简单,但是功能却更强大,它本身的模块化设计又使它的系统通用性远远超过方案一,在现在的条件下
14、我能够完成这个方案,所以最终选择了这个方案。3 系统硬件设计3.1 总体电路框图本设计以STC89C52RC单片机为主控核心设计的一个温度控制系统,低温时可控制加热设备,高温时控制风扇,超出设定最高温度值时蜂鸣器发出声响报警。硬件方框图如图3所示:DS18B20温度检测模块DS1302时钟模块键盘STC89C52RC 单片机LCD显示模块蜂鸣器继电器光耦可控硅加热设备风扇图3 总体硬件方框图3.2 单元电路设计3.2.1 单片机模块STC89C52RC单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3),每一条
15、I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。31引脚接电源端9-11,如图4所示: 图4 单片机电路3.2.2 时钟模块缩进太多!DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能,低功耗的实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI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和
16、RAM数据。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。工作电压宽达2.5V5.5V234-243。采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源供电方式,提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302与单片机的连接仅需要3条线:RST引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚,由Y2组成DS1302时钟振荡电路,提供计时脉冲,其中Y2为32.768MHz。然后其中SCLK,I/O,RST分别接主控单片机的P22,P23,P24脚。电路原理图如图5所示:图5 DS1302原理图3.2.3 温度采集模块DS18B20支持“一线总线
17、”,故可以大大提高系统的抗干扰性,适合于恶劣的环境温度测量。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内,体积小。同时DS18B20的测量温度范围为-55 0C+125 0C,在-10+85 0C范围内,精度为+0.5 0C。同样的,DS18B20还可以程序设定912位的分辨率,精度为+0.5 0C。同时设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。并且支持3V5V的电压范围。便于系统设计。DS18B20的主要特点:适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电;独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS
18、18B20的双向通讯;DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温;DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;温范围55125,在-10+85时精度为0.5;可编程的分辨率为912位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高精度测温;在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快;测量结果直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力;负压特
19、性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作249-256。对DS18B20的设计外部供电方式单点测温。在这种外部电源供电方式下,DS18B20工作电源由VDD引脚接入,因为由VDD接入电源不存在电源电流不足的问题,可以保证转换精度。不过要注意。在这种外部供电的方式下,DS18B20的GND脚不能悬空,否则不能转换温度,读取的温度总是80 oC。DS18B20的硬件电路连接如下图6所示: 图6 DS18B20原理图3.2.4 液晶显示模块字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、版本号等的点阵式液晶显示模块。它是由若干个57或511等点阵符位组成的,第一个点阵字符位都可以显示
20、一个字符。点阵字符位之间有一定点距的间隔,这样就起到了字符间距和行距的作用。本系统采用字符型液晶显示模块1602,我设置单片机驱动LCD1602采用并行方式,RS,RW,EN分别接主控单片机的P25,P26,P27脚,DB0DB7接到主控单片机的P0数据接口。BLA接口通过一个+5V电源,BLK接地。LCD1602的硬件连接原理图如图7所示:图7 液晶显示LCD1602原理图3.2.5 按键模块我在本设计中加入了5个按键,其中S1为模式键,按一次,选择显示当前时间与温度模式,按第二次,选择显示日期和时间设置模式,按第三次,选择查看前24小时整点温度模式,按第四次,选择显示继电器工作情况模式,按
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- 本科 毕业设计 基于 51 单片机 温度 控制电路 设计 制作
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