1、温度控制系统设计课设课程设计报告题 目： _ 温度控制系统的设计 _专 业： _ 电子信息工程 _ _年 级： 2011 级 _ 学 号： _B110301 学生姓名： 联系电话： 完成日期： 2014 年 12 月 绪论随着社会的发展，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， 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。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
2、 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
3、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。单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。 在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单 片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。而 51 单片机是各单片机种最为典型和最有代表性的一种。 本系统是基于 MCS51 系列单片机所设计的， 可以 实现键盘按键与数字动态显示并可以显示出实时温度。本系统基于单片机技术原理，以单 片机芯片 AT89C51 作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制， 设计制出 一个温度控制系统，包
4、括以下功能： 1能设置需要控制的温度； 2检测实际温度； 3能显示 设置温度和实际温度； 4比较实际温度和设定温度 ,判断是否启动加热装置；该温度系统主 要有 LCD显示模块、 LED 状态灯模块、键盘模块、温度检测模块，复位模块等部分组成。2011 年 1 月 4 日于长沙第一章 单片机温度控制系统方案及原理简介 1.1 单片机温度控制系统方案 1.2 原理简介 第二章 系统硬件处理方案及原理 2.1单片机控制电路模块 2.2 矩阵键盘模块 2.3 LCD 液晶显示模块 2.4 单片机温控模块 第三章 系统软件设计 3.1主程序流程3.2系统软件设计总结第一章 单片机温度控制系统方案及原理简
5、介1.1单片机温度控制系统方案单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用。 在冶金、化工、建材、机械、食品、 石油等各类工业中，广泛使用着加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度是工业对象中 一个主要的被控参数。本单片机温度控制系统是以 MCS-5l单片机为控制核心，其系统结构框图可表示为 : 系 统采用单闭环形式，其基本控制原理为 : 将温度设定值和温度采样值同时送入控制电路部 分，然后经过单片机运算得到输出控制量，输出控制量控制其他驱动电路，以此来对所要 控制的对象进行温度控制，因此达到一定的温度。图 1-1 硬件电路设计框图1.2原理简介本温度控制系统共有四个模块，分别是单片机控制系统，矩
6、阵键盘电路，温度检测电 路，液晶显示电路，其中以单片机控制系统为控制核心，如图 1-1 所示。首先由温度检测电路对环境进行温度采集，本系统中检测电路中用的温度传感器是 DS18B20，将所在环境温度检测出来，单片机读取温度数据，接着进行液晶显示。矩阵键 盘输入设定的数据，然后与实际温度比较，决定加热还是降温，并在液晶显示屏上显示相 应的状态。1.3系统总的原理图见附 1.第二章 系统硬件处理方案及原理2.1单片机控制电路模块根据系统要求分析， 我们选用 MCS-51 系列的单片机来完成系统设计， 下面对 MCS-51 系列的单片 作简要介绍。MCS-51单片机有 4 个 I/O 端口，公 32
7、 根 I/O 线， 4个端口都是准双向口。每个口都 包含一个锁存器，即专用寄存器 P0P3，一个输出驱动器和输入缓冲器。为方便起见，我 们把 4 个端口和其中的锁存器都统称 P0P3。在访问片外扩展存储器时，低 8 位地址和数据由 P0口分时传送，高 8 位地址由 P2口 传送。在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一位均可作为双向的 I/O 口使用。 P0口：可作为一般的 I/O 口用，但应用系统采用外部总线结构时，它分时作低 8 位地址和 8位双向数据总线用。P1口：每一位均可独立作为 I/O 口。P2口：可作为一般 I/O 口用，但应用系统采用外部系统采用总线结构时，它分时作为 高
8、 8 位地址线。P3 口：双功能口。 作为第一功能使用时同 P1口，每一位均可独立作为 I/O 口。另外， 每一位均具有第二功能，每一位的两个功能不能同时使用。图 2-1 单片控制电路原理图单片机的外围电路有复位电路，晶振电路以及其他一些控制电路。其他引脚功能：1)主电源引脚 VCC和 VSS温度控制系统设计课设 VSS（40脚）：主电源 +5V，正常操作的对 EPROM编程及验证时均接 +5V电源。 VSS（20 脚）：接地。2） XTAL1（19 脚）和 XTAL2（ 18脚）：接外部晶振的两个引脚。3） RST/VPD、ALE、 /PROG、 PSEN控制信号引脚。RST/VPD（ 9脚
9、）：单片机复位 /备用电源引脚。刚接上电源时，其内部寄存器处于随机 状态，在引脚上输入持续两个机器周期的高电平将使单片机复位。 VCC掉电期间，此引脚 可接上备用电源，一旦芯片在使用中 VCC电压突然下降或短电，能保护片内 RAN中信息不 丢失，使复电后能继续正常运行。ALE、/PROG（30 脚）：当访问片外存储器时， ALE的输出用于锁存低字节地址信号。 即使不访问片外存储器， ALE 端仍以不变的频率周期性地出现脉冲信号。其频率为振荡器 频率 1/6 。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时的目的。应注意的是：当访问片 外数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲； ALE端可以驱动 8个
10、LSET负载。对含有 EPROM的单片机，片内 EPROM编程期间， 此引脚用于输入编程脉冲 （PROG）。 PROG（29 脚）：输出访问片外程序存储器的读选通信号。 CPU在从片外程序存储器 取指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。每当访问片外存储器时，这两次有效的 PROG信号将不会出现。该端同样可驱动 8 个 LSTTL负载。EA/VPP（31 脚）：当 EA 输入端输入高电平时， CPU可访问片内程序存储器 4KB的 地址范围。若 PC值超出 4KB地址时，将自动转向片外程序存储器。 当 EA 输入低电平时， 不论片内是否有程序存储器，则 CPU只能访问片外程序存储器。本系统直接
11、将 EA端接高电平。2.2矩阵键盘模块 键盘分为编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别有专用的硬件编码器实现，并 产生编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的键盘称为非编 码键盘，在单片机组成的各种系统中，用的较多的是非编码键盘。而非编码键盘又分为独 立键盘和矩阵 （又称行列式 ）键盘。 在本系统中，所需的案件要有 12个，故所采用的方案 就是矩阵键盘。温度控制系统中 34矩阵键盘 （如图 2-1） ，是将 12个按键排成 3行 4列，第一行将 每个按键的一段连接在一起构成行线，第一列将每个按键的另一端连接在一起构成列线， 这样便一共有 3行4列共7跟线，我们将这 7跟
12、线连接到单片机的 7个I/O 口上，通过程 序扫描键盘就可检测 12 个键。单片机检测是否有键被按下的依据是检测该键对应的 I/O 口是否为低电平。矩阵键盘 两端都与单片机 I/O 口相连，因此在检测时需认为通过单片机 I/O 口送出低电平。检测时， 先送一列为低电平，其余几列全为高电平 （此时确定了列数 ） ，然后立即轮流检测一次各行 是否有低电平，若检测到某一行为低电平 （这时又确定了行数 ） ，则便可以确认当前被按下 的键是哪一行哪一列的，用同样的方法送各列一次低电平，这就是矩阵键盘检测的原理和方法。图 2-2 矩阵键盘2.3LCD液晶显示模块温度控制系统选用的液晶显示屏 HD44780
13、。各引脚功能如下：1） 主电源引脚 VCC和 VSSVSS（引脚 1）：电源地 ；VCC（引脚 2）：电源（ +5V）；2） VEE（ 引脚 3） ：对比调整电压；3）RS,R/W，ERS（引脚 4） ：数据 / 命令选择端；R/W（引脚 5） ：读写控制端；E（引脚 6） ：使能端；4） DB0-DB7（引脚 7-14） ： I/O 端；5） A 和 KA（引脚 14）: LCD 背光源正极；K引脚 15） ：LCD背光源负极；1602液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表下表：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回00000000
14、1*3置输入模式00000001I/DS4显示开 / 关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF 计数器地址10写数到 CGRAM或 DDRA）M10要写的数据内容11从 CGRAM或 DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置 I/D
15、：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S: 屏幕上所 有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。 D ：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关 显示 C ：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B ：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C ：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单 行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字
16、符发生器 RAM地址设置。指令 8：DDRAM地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或 者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。2.4温度检测模块温度检测模块中检测温度的器件为温度传感器，选用 DS18B20，连接电路如图 2-2 所示：图 2-2 温度传感器电路温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS（达拉斯）公司生产温度控制系统设计课设的 DS18B20温度传感器当仁不让。 超小的体积，超低的硬件开消， 抗干扰能力强，精度高， 附加功能强，使得 DS18B20更受欢迎。对于我们普
17、通的电子爱好者来说， DS18B20的优势 更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可 以拓宽您对单片机开发的思路。DS18B20的主要特征：1)全数字温度转换及输出。2)先进的单总线数据通信。3)最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5 摄氏度。4)12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。5)可选择寄生工作方式。6)检测温度范围为 55 C +125 C ( 67 F +257 F)7)内置 EEPRO，M限温报警功能。8)64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。9)多样封装形式，适应不同硬件系统。DS18B20引脚功能：GND电 压地
18、 DQ 单数据总线 VDD 电源电压如图所示 2-2 ，DS18B20只需要接到控制器(单片机)的一个 I/O 口上。如要采用寄生工 作方式，只要将 VDD电源引脚与单总线并联即可。但在程序设计中，寄生工作方式将会对 总线的状态有一些特殊的要求。本系统采用的是外接电源。DS28B20芯片 ROM指令表：1)Read ROM(读 ROM)33H (方括号中的为 16 进制的命令字)这个命令允许总线控制器读到 DS18B20的64位 ROM。只有当总线上只存在一个 DS18B20 的时候才可以使用此指令，如果挂接不只一个，当通信时将会发生数据冲突。2)Match ROM(指定匹配芯片) 55H这个
19、指令后面紧跟着由控制器发出了 64位序列号， 当总线上有多只 DS18B20时，只有 与控制发出的序列号相同的芯片才可以做出反应，其它芯片将等待下一次复位。这条 指令适应单芯片和多芯片挂接。3)Skip ROM(跳跃 ROM指令) CCH这条指令使芯片不对 ROM编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以 选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。4)Search ROM(搜索芯片) F0H 在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的 64 位 ROM。5)Alarm Search (报警芯片搜索) ECH 在多芯片挂接的情况下
20、，报警芯片搜索指令只对附合温度高于 TH或小于 TL 报警条件温度控制系统设计课设 的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将被保持，直到再一次测得温度什达不 到报警条件为止。6） DS28B20芯片存储器操作指令表：Write Scratchpad （向 RAM中写数据） 4EH这是向 RAM中写入数据的指令，随后写入的两个字节的数据将会被存到地址 2（报警RAM之 TH）和地址 3（报警 RAM之 TL）。写入过程中可以用复位信号中止写入。7） Read Scratchpad （从 RAM中读数据） BEH此指令将从 RAM中读数据，读地址从地址 0 开始，一直可以读到地址 9，完成整个
21、RAM 数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字 节以减少读取时间。8） Copy Scratchpad （将 RAM数据复制到 EEPROM中） 48H此指令将 RAM中的数据存入 EEPRO中M，以使数据掉电不丢失。 此后由于芯片忙于 EEPROM 储存处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“ 0”，当储存工作完成时，总线 将输出“ 1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 10MS，来维持芯片工作。9） Convert T （温度转换） 44H 收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入 RAM的第 1、2 地址。
22、此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“ 0”，当储存工作完成时， 总线将输出“ 1”。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强 上拉并至少保持 500MS，来维持芯片工作。10） Recall EEPROM（将 EEPROM中的报警值复制到 RAM） B8H 此指令将 EEPROM中的报警值复制到 RAM中的第 3、4 个字节里。由于芯片忙于复制处 理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“ 0”，当储存工作完成时，总线将输出 “1”。另外，此指令将在芯片上电复位时将被自动执行。这样 RAM中的两个报警字节 位将始终为 EEPROM中数据的镜像。注：每一次通信
23、之前必须进行复位， 复位的时间、等待时间、回应时间应严格按时序编程。 DS18B20的测温过程由于 DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很 重要。系统对 DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化 DS18B20（发复 位脉冲）发 ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。图 2-3 温度传感器 DS18B20 测温过程第三章 系统软件设计3.1 主程序图 2-4 主程序流程图3.2系统总程序：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ActualT
24、emp_worth 9#define TempSet_worth 9#define row_worth 16void dentify_key(uchar key);void get_temp(void); uchar keyscan();void solid_data(void);uchar sk,temp2;/sk 表示有键按下标志， temp2 用来临时存储扫描值 uchar code table=RealTemp:;uchar code table1=TempRset:;uchar code table2=0xdf,C;uchar code table3=ADD;uchar code t
25、able4=SUB;uchar a,a_low,b,t,t1,temp1,key,c;/t 表示温度整数部分， t1 表示温度小数 部分 ,temp1 为中间变量( P3)float t2,f_temp;uint temp;uchar sg=0,made_temp=0,made_temp1=0;LCD1602的使能端sbit lcdrs=P16;LCD1602的数据命令端DS18B20的 DS端sbit SIG=P15;按键输入信号sbit ADD=P12;sbit SUB=P13;sbit ex0_enter=P32;uchar code tablenum=0xc0,0xf9,0xa4,0x
26、b0,0x99, /090x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar code tablenum2=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34, /09 的 ASIIC值0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;/*LCD1602液晶显示*/uchar num=0;void delay(int z)/ 延迟函数 delayuint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay1(uint i)/ 延迟函数 delay1while(i0) i-;void write_com(uchar com)lcdrs=0;P0=c
27、om;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;P0=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;void init_lcd()/LCD1602 初始化函数lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);bit int_DS18B20(void)/DS18B20 初始化函数unsigned char x=0;uint i;DQ=0;i=103;while(i0)i-;DQ
28、=1;i=4;while(i0)i-;x=DQ; / 延时片刻后，若 x=0, 则初始化成功；若 x=1，则初始化失 败delay(20);return x;/*DS18B20 读取一位数据函数bit tempreadbit(void)uint i;bit dat;DQ=0;i+;DQ=1;i+;i+;dat=DQ;i=8;while(i0)i-;return (dat);/*DS18B20 读取一个字节函数 uchar Read(void)/DS18B20 读取一个字节 unsigned char i=0;unsigned char j=0;unsigned char dat=0; for(i=8;i0;i-)j=tempreadbit(); dat=(j1);return(dat);/*DS18B20 写一个字节函数Write(unsigned char dat)uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb)DQ=0;i+;i+;DQ=1;i=8;while(i0)i-; elseDQ=0; i=8;while(i0)i-;DQ=1;i+;i
