大学毕业设计---基于单片机的温度控制系统.doc
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1、 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计(论文)说明书 2015届毕业设计(论文)题 目基于单片机的温度控制系统设计专 业 班 级2011自动化02 学 号6102150230 姓 名张震 指 导 教 师曾丽教授 学 院 名 称武汉工程大学邮电与信息工程学院 2015年5月20日基于单片机的温度控制系统设计Design of a Temperature-Control based on the single-chip学 生 姓 名:张震 指 导 教 师:曾丽教师 摘 要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精
2、度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同;产品的工艺不同,控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。本设计使用单片机作为核心进行控制。为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用,本文介绍一种应用AT89C52单片机设计的温度控制系统。该环境温度系统采用温度传感器DS18B20通过I2C总线通信来获得当前温度,并与从3X4矩阵键盘输入的温度值进行验证,系统自动控制升温或降温的操作,将温度稳定在所设定的温度值。经实际制作表明该环境温度控制系统具有体积小、操作灵活、可靠
3、性高、实用、成本低等特点,适合住宅和各类温室温度的控制,具有一定的实际意义。关键词:单片机;键盘;稳定温度;显示器;温度控制 II AbstractWith the continuous development of electronic products to intelligent and miniaturization, microcontroller has become electronic product development and the development of the preferred controller. In order to better promote t
4、he application of single-chip microcomputer in the actual life and production, this paper introduces a design which AT89C52 single chip microcomputer temperature control system is used.The environment temperature system adopts the temperature sensor DS18B20 through the I2C bus communication to get t
5、he current temperature, and with temperature from 3x4 matrix keyboard input validation, the system automatically control the operation of the heating or cooling, to keep the temperature stable according to the set. The practical production shows that the temperature control system has small volume,
6、flexible operation, high reliability and practical, low cost, suitable for residential and all kinds of greenhouse temperature control, has a certain practical significance. Keywords: Single chip microcomputer; keyboard; Stable temperature; Display; temperature controlII 目 录摘要 IAbstract II第1章 绪论6 1.
7、1 选题背景61.2 选题简介6第2章 系统总体设计及方案7 2.1单片机的介绍7 2.2系统功能的确定8 2.3温度传感器DS18B20的介绍8 2.4人机交互与串口通信12第3章 硬件设计12 3.1系统结构框图13 3.2人机交互与串口通信单元设计15 3.3控制执行单元设计19第4章 软件设计20 4.1主程序20 4.2温度采集子程序22 4.3数据转换子程序22 4.4动态显示子程序23 4.5温度控制执行子程序24 4.6键盘输入中断服务子程序26第5章 结 论28附录 29致谢 42参考文献 43 第1章 绪论1.1 选题背景 在生产过程中,温度的控制是十分常见的。国内已相继出
8、现各种以微机为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。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。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
9、,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,温度的测量和控制是非常重要的。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,但温度控制一直是一个未开发的领域,却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况,设计一个温度控制系统,具有广泛的应用前景与实际意义。在日常生活中,人们为了拥有一个更舒适的生活环境,往往需要室内拥有一个合适的温度,而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点,可结合升温和降温设备,有效的应用到实际生活中。单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。近几年来单片机因其独特的,方便,
10、快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中。1.2 选题简介课题名称:基于单片机的温度控制系统主要任务:将温度控制在设定的温度值,设定范围为2-98度,针对在生产和日常生活中温度智能化控制系统的实现。开发环境:本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译,并由Proteus 7 Professional进行仿真测试。技术指标:u 以AT89C52系列单片机为核心部件u 以数字电路和模拟电路为硬件基础u 以汇编语言为软件实现语言功能概述:在该环境温度控制系统中,单片机作为核心部件进行检测控制,增强了设计的通用性,适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器,它不仅具有较高的
11、精度,而且适用电压宽。同时采用了3x4矩阵扫描键盘输入,显示设备等外围扩展芯片。温度控制分为升温和降温控制,升温控制和降温控制分别采用继电器来控制外部的升温和降温设备。软件部分采用流程图来表示,对各个子程序进行说明,包括控制算法,偏差计算等。控制是否升温或降温。第2章 系统总体设计及方案2.1单片机的介绍 随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,因此单片机早期的含义称为单片微型计算机,直译为单片机 。 2.1.1单片机的特点1 具有优异的性能价格比 2 集成度高、体积小、可靠性高 3 控制功能
12、强 4 低电压、低功耗 2.1.2 单片机的基本组成 它由 CPU 、存储器(包括 RAM 和 ROM )、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上,片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0、P1、P2、P3 的功能: P0.0P0.7(3239 脚):P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时,它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时,由 P0 输入指令字节,而在验证程序时,则输出指令字节。验证程序时,要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。 P1.0P1.7(18
13、脚): P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时,由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P2.0P2.7(2128 脚): P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时,由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时,由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3. 0 P3. 7 ( 1017 脚): P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。在 MCS-52中,这8个引脚还用于专门的第二功能。P3能驱动4个LSTTL负载。u P3.0 RX
14、D(串行口输入) u P3.1 TXD(串行口输出) u P3.2 INT0(外部中断 0 输入) u P3.3 INT1(外部中断 1 输入) u P3.4 T0(定时器 0 的外部输入) u P3.5 T1(定时器 1 的外部输入) u P3.6 WR(片外数据存储器写选通) u P3.7 RD(片外数据存储器读选通)2.2系统功能的确定 一个控制系统是否能被大众所接受,在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点,确定了该系统功能:u 3x4矩阵键盘输入。u 由温度采集。u 温度显示。u 温度控制执行。u 温度测量范围为0-9
15、9度,温度有效范围为2-98度,允许误差为1度。2.3温度传感器DS18B20的介绍 DS18B20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,可以挂很多这样的温度传感器,十分方便。2.3.1 DS18B20的特点1. 只要求一个端口即可实现通信。2. 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。3. 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。4. 测量温度范围55到125。5. 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。6. 内部有温度上、下限告警设置。2.3.2 DS18B20
16、的内部结构DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2.1所示。 64位ROM和单线接口 存储器与控制逻辑 高速缓存 温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器 图2.1 DS18B20内部结构框图64位ROM的位结构如图2.2所示。开始8位是产品类型的编号;接着是每个器件的唯一的序号,共有48位;最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限数据。 8位检验CRC48位序列号8位工厂代码(10H)MSB LSB MSB LSB MSB
17、LSB 图2.2 64位ROM的位结构图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。 高速暂存RAM的结构为9字节的存储器,结构如图2.3所示。前2字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器,其内容用于确定温度值的数字转换分辨率,DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图2.4所示,其中,低5位一直为1;TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,在DS18B20出厂时,该位被设置为0,用户不要去改动;R
18、1和R0决定温度转换的精度位数,即用来设置分辨率,其定义方法见表2.1。 温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TH用户字节11TL用户字节2E2PROMTL用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC 图2.3 高速暂存RAM结构图 表2.1 DS18B20分辨率的定义和规定R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750TM R1 R0 1 1 1 1 1 1 图 2.4 配置寄存器由表可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且设置的分辨率越高,所需要的温度数据转换时间就越长。因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存RA
19、M的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节是前面8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。 当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存RAM的第1、2字节中。 单片机可以通过单线接口读出该数据。读数据时,低位在先,高位在后,数据格式以0.0625C/LSB形式表示。温度值格式如图2.5所示:低字节232221202-12-22-32-4高字节SSSSS262524 图2.5 温度数值格式2.3.3 DS18B20的引脚介绍TO92封装的DS18B20的引脚排列见图2.6,其引脚功能描述见
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