【正文】 功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點， 因此在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛應(yīng)用。 設(shè)計思想 該設(shè)計是一種用于室內(nèi)溫度檢測控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制核心為單片機，可分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。 硬件部分設(shè)計思想基于單片機，溫度傳感器，液晶顯示，按鍵控制和電機控制幾個部分，利用溫度傳感器對溫度進行采集，再將采集到的數(shù)據(jù)送到單片 機處理，然后再將處理后的溫度值顯示用 LCD12864 液晶顯示出來，通過按鍵調(diào)節(jié)溫度范圍的上下限，再將當(dāng)前的溫度值與上下限進行比較，利用比較結(jié)果來控制電機的工作狀態(tài)。 部分設(shè)計思想是利用單片機的分時控制原理以實現(xiàn)多任務(wù)的操作，以便能及時地對溫度值進行讀取和對按鍵進行檢測，通過對采集到的溫度值與設(shè)定值比較，超過設(shè)定范圍就啟動電機運轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度達到設(shè)定范圍之后則讓電機停止轉(zhuǎn)動。該程序采用模塊化設(shè)計，把問題分成幾個模塊，每個模塊又分成若干個小模塊，逐步細化，然后通過函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)全部功能。每個子模塊都有對應(yīng)的 .C 和 .H 文件，每個模塊出問題時都可以被快速找到。本程序采用的是 C語言編程，用到的編程軟件是 KEIL 軟件。 系統(tǒng)的總體設(shè)計 方案比較 方案一 由于本設(shè)計是測溫電路，首先考慮的是價格比較便宜的熱敏電阻，利用熱敏電阻的 3 感溫效應(yīng)，將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算，熱電阻的測溫線路比較復(fù)雜，且后續(xù)信號處理電路 麻煩 ， 而且在對采集的信號進行放大時容 易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差， 而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn)確度低， 溫度值 誤差 較大 。 方案二 進而考慮采用數(shù)字溫度傳感器，所以可以采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便， 電路簡單， 測 量 范圍廣，測 量 精確，數(shù)字顯示， 軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設(shè)計要求。 通過對以上兩種方案的比較，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 系統(tǒng)框圖 圖 溫度控制系統(tǒng)框圖 如圖 所示，在系統(tǒng)正常運行時，溫度傳感器 DS18B20檢測環(huán)境中的溫度，并傳給單片機，單片機將溫度值通過液晶顯示出來，并將當(dāng)前溫度值與設(shè)定值比較控制電機轉(zhuǎn)動，同時還掃描按鍵檢測程序，當(dāng)有按鍵按下時處理按鍵程序。 設(shè)計重點與難點 本次設(shè)計的重點是系統(tǒng)的整合硬件設(shè)計、合理的軟件設(shè)計、程序流程圖設(shè)計、顯示模塊設(shè)計，其中設(shè)計的難點是溫度檢測與液晶顯示和按鍵檢測對 CPU 使用的資源分配。 單片機 STC89C52RC 溫 度檢測模塊 LCD12864 顯示模塊 按鍵檢測單元 電機控制模塊 4 2 硬件電路設(shè)計 STC89C52RC單片機簡介 STC89C52是 中國本土 STC公司生產(chǎn)的一 款 低功耗、高性能 CMOS8位微控制器， 與傳統(tǒng)的 51單片機相比具有很大的優(yōu)勢。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能 ， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路，3個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4個外部中斷，一個 7向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的 5向量 2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜 態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T可選 。 STC89C52RC單片機管腳圖 圖 STC89C52RC單片機管腳圖 5 單片機最小系統(tǒng)電路圖 圖 STC89C52RC單片機最小系統(tǒng) 單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng) 處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位電路的作用就是 在上電或復(fù)位過程中，控制 CPU 的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓 CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能 。 LCD12864液晶簡介 12864是一款 帶中文字庫的 LCD是一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接 口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置 8192個 16*16點漢字，和 128個 16*8點 ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行1616 點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點 。 6 LCD12864的接口原理圖 圖 LCD12864與單片機的接口圖 按鍵工作原理 按鍵模塊由 4個鍵組成，采用獨立按鍵式鍵盤， 4個鍵分別與單片機 、 、 、每個按鍵單獨連接一條輸入線，另一端接地，通過檢測輸入線的電平就可以判斷該鍵是否被按下。 按鍵原理圖 7 圖 按鍵接口電路圖 L298N簡介 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用 15 腳封裝。主要特點是：工作電壓高， 最高工作電壓可達 46V；輸出電流大， 瞬間峰 值 電 流可達 3A，持 續(xù) 工 作 電流 為 2A；額 定 功 率 25W。內(nèi)含兩個 H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感 性負載； 采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制； 具有兩個使 能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯 片 驅(qū) 動 電 機 ,該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。 L298N原理圖 8 圖 L298N原理圖 DS18B20溫度傳感器簡介 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的 編程 設(shè)定 9~12位的分辨率，精度為 177。176。C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EPROM中，掉電后依然保存。 DS18B20原理圖 圖 DS18B20與單片機接口圖 直流電機工作原理簡介 9 直流電機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機 ，它 電磁感應(yīng)的作用而使電動機轉(zhuǎn)動，同時利用換向器及時改變線圈中的電流方向，從而保持線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動。直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成。 系統(tǒng)總電路原理圖 圖 系統(tǒng)總原理圖 上圖為系統(tǒng)總原理圖，該系統(tǒng)采用分時控制原理，當(dāng)給該系統(tǒng)通電，單片機上電復(fù)位后進行系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化完成后開始對溫度進行實時采集，并通過 LCD12864液晶顯示當(dāng)前溫度值，并用當(dāng)前溫度值與設(shè)定的溫度值范圍進行比較，如果當(dāng)前溫度值高于設(shè)定溫度上限值時，電動機反轉(zhuǎn)；如果當(dāng)前溫度值低于設(shè)定溫度下限值時，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度在設(shè)定溫 度范圍內(nèi)時電機就停止轉(zhuǎn)動。同時系統(tǒng)利用分時控制原理對按鍵進行檢測，當(dāng)有按鍵按下時，通過對按鍵值的判斷來實現(xiàn)系統(tǒng)的工作模式切換和溫度上下限的設(shè)定。 10 3 軟件設(shè)計 軟件整體設(shè)計 本軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，主要包括以下模塊： （ 1） 主程序初始化：主要完成系統(tǒng)上電后進行 LCD液晶模塊初始化，設(shè)定各個數(shù)據(jù)的存儲單元地址。初始化完成后，系統(tǒng)將正常運行，并進行鍵盤掃描和溫度的控制等操作。 （ 2） 鍵盤掃描子程序：提供人機信息交換接口，完成溫度上、下限值的設(shè)定。 （ 3） 溫度測量子程序：微控制器首先發(fā)布 1個啟動傳輸時序，接 著調(diào)用寫時序發(fā)布溫度的測量命令，等待測量完成。在完成測量后，再將測量結(jié)果返回給單片機進行數(shù)據(jù)處理。 （ 4） 液晶顯示子程序：通過 LCD屏顯示測量數(shù)據(jù)和溫度上下限。 （ 5） 控制子程序：微控制器比較溫度的預(yù)設(shè)值和實際值的大小，控制電機正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)溫度。 系統(tǒng)軟件功能模塊框圖如圖 圖 系統(tǒng)軟件功能模塊框圖 主程序流程圖 將程序下載到單片機去后， 給單片機上電或復(fù)位單片機，首先單片機對液晶初始化、定時器初始化等，延時一段時間等待個模塊就緒后單片機驅(qū)動液晶顯示 主界面；單片機開始分時對溫度進行檢測，然后對鍵盤進行檢測，有按鍵按下時則進行按鍵操作，無按鍵按下時就直接顯示測量結(jié)果，接著單片機判斷測量當(dāng)前的溫度是否滿足要求，如不滿足要求，則啟動電機，如已滿足工作，則繼續(xù)檢測顯示，然后就是周而復(fù)始的循環(huán)上述工作，主程序模塊如圖 所示。 溫度控 制主程序 系統(tǒng)初始化 按鍵處理 溫度采集 LCD 顯示 輸出控制 11 圖 主程序模塊框圖 溫度采集子程序 采用單總線技術(shù)，與單片機通信只需要一根 I/O 線，硬件接口設(shè)計十分簡單，通信協(xié)議是芯片廠家自行定義，所以才采用單片機與 DS18B20進行通信測溫時，單片機必須使用 DS18B20 的“語言”來與它進行交流，即必須遵循 DS18B20 的讀寫時序才能完成溫度的采集和讀取，如“ DS18B20 的初始化”、“寫一個字節(jié)”、“讀一個字節(jié)”等。 開始 初始化 溫度檢測 有按鍵按下？ 按鍵處理 Y 液晶顯示 滿足設(shè)定值？ 控制電機 N Y N 12 對照時序圖依次拉高或拉低數(shù)據(jù)線和時鐘線即可實現(xiàn)啟動傳輸時序，完成對溫度的采集。在測量完成以后，調(diào)用讀時序讀回測量結(jié)果。 溫度采集程序流程圖如圖 所示： 圖 溫度測量程序流程圖 液晶顯示子程序 由于 LM3033DDW0B 液晶用 ST7920 控制器 內(nèi)置了漢字庫，因此省掉了查閱國標(biāo)字碼甚至自己取模的繁瑣過程，只需要直接在程序中輸入想要顯示的字符和漢字即可，給編寫程序帶來了極大的方便，多以編寫程序時只需要找出輸入的字符串在 DDRAM 上的坐標(biāo)和字符的數(shù)目。 LCD