【正文】 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 I 大連海事大學 畢 業(yè) 論 文 基于單片機的溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計 二○一 三 年六月 ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊ 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 II 摘 要 工業(yè)技術(shù)水平正在不斷提高， 溫度控制成為工業(yè) 生產(chǎn)生活 等多 領(lǐng)域 重要的性能指標 ， 工業(yè)生產(chǎn)中需要 溫度控制具有可靠高效經(jīng)濟的特點 ， 本設(shè)計迎合經(jīng)濟合理可靠性的需求 ，以 STC89C52MCU為核心 設(shè)計 溫度控制系統(tǒng) ， 因具有體積小、操作簡單、造價合理 的特點而被廣泛采 用。 測溫采用 DS18B20，產(chǎn)自美國 DALLAS 公司，是單線數(shù)字溫度傳感器 ，特點是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格適中， 僅 通過編程處理溫度信號，會變得十分復雜費時費力，通過 DS18B20 則可以節(jié)省很多時間人力。 DS18B20 的測溫范圍適中 ，在很多地方可以應(yīng)用。通過自行設(shè)置溫度上下限 ，可應(yīng)用于 農(nóng)業(yè)大棚溫度控制、 糧食存儲溫度控制、 冷凍庫房、 水溫控制等 很多 溫度控制系統(tǒng) 。 本設(shè)計以 STC89C52 為核心，設(shè)計制作具有 LCD 顯示溫度控制系統(tǒng)。測溫范 圍為 55℃ 125℃，通過功能鍵可自行設(shè)置溫度控制范圍，低于溫度范圍最小值，繼電器吸合，加熱電路工作。高于溫度范圍最大值，繼電器控制加熱電路斷開，停止加熱 ，從而保證控制環(huán)境溫度處于設(shè)置范圍內(nèi)。 第 2 章開篇 介紹整體的功能框圖，接著 論述 了單片機引腳性能的、復位電路 設(shè)計 、時鐘電路 設(shè)計 、 鍵盤 功能設(shè)計 、 LCD1602 顯示 及 DS18B20 測溫原理和程序功能實現(xiàn)流程圖，最后介紹了編譯軟件和燒錄軟件的使用及其注意事項 ， 和功能模塊組合到一起后上電調(diào)試遇到的問題和解決方法。 關(guān)鍵詞：溫度控制 、 單片機 、 DS18B A/DC080 LCD1602 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 III Abstract With the development of industrial level, the temperature control system bees more important in different areas, the industrial area requires the temperature control with reliable and efficient economic characteristics , this design can suit the requirement . The MCU STC89C52 is the main part of the temperature control system. It has a small size and can be easily operated. The price of it is cheap, so it is widely accepted and used. We use the DS18B20 sensor to measure the temperature. It is produced by DALLAS Company. The DS18B20 is a kind of digital sensor with easy structure and cheap price. If you deal with the temperature signal through programming, it will be very plicated, if we use the DS18B20 sensor, we can save a lot of hard work. The temperature range of DS18B20 is widely used, you can set the value of the temperature. It can be used in agriculture greenhouse and the water temperature control system. We use the STC89C52 chip as the main part of the system design, the design aims to build the temperature control system with the LCD displaying function. The control temperature range is between 55℃ and 125℃ . The user can set the temperature range, when the temperature is lower the min value, the relay closes, the heating circuit begins to work. When the temperature is higher than the max value, the heating circuit stops working, aiming to achieve the goal that the temperature is in the control range. At the beginning of the chapter two, the paper introduces the whole functional diagram, then introduces the function of MCU’s pins, the design of clock circuit and the design of keyboard. Then the paper introduces the design of LCD displaying and the temperature measurement principle of DS18B20. The paper introduces the flowchart of the programming, and the precaution of using the programming software. At last the paper bines the different functional blocks together. Then we begin debugging the temperature control system. Keywords: temperature control, MCU, DS18B20, function key settings, LCD1602 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 IV 目 錄 第 1 章緒論 1 課題的研究背景及意義 1 設(shè)計的主要任務(wù)和目標 1 第 2 章系統(tǒng)硬件功能設(shè)計 3 系統(tǒng)整體功能設(shè)計框圖 3 STC89C52 簡介 4 選擇 STC89C52 芯片的原因 4 單片機基本結(jié)構(gòu)及原理 4 STC89C52 本身特性 5 供電方案確定 9 復位電路方案確定 9 單片機晶振電路設(shè)計 10 按鍵設(shè)計方案選擇 11 繼電器驅(qū)動電路設(shè)計 12 系統(tǒng)的顯示方案 12 溫度采集電路設(shè)計方案確定 15 溫度控制系統(tǒng)電路設(shè)計 18 系統(tǒng)總電路圖 20 組合功能模塊焊接實物圖 21 第 3 章系統(tǒng)軟件編寫及使用 22 系統(tǒng)總體設(shè)計方案流程圖 22 DS18B20 時序流程圖 22 初始化 23 DS18B20 寫時序 25 讀時序 27 顯示部分初始化顯示流程圖 28 繼電器動作流程圖 29 第 4 章軟件使用及上電調(diào)試 30 設(shè)計使用的編程軟件和燒錄軟件 30 上電出現(xiàn)的問題及解決步驟 31 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 V 結(jié)論 32 參考文獻 33 致 謝 34 附錄一程序 1 附錄 2 外文翻譯 14 1 外文原文 14 2 中文翻譯 24 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 1 基于單片機的溫度控制系統(tǒng) 第 1 章緒論 課題的研究背景及意義 溫度控制一直都是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中重要的一部分 。 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如溫度、壓力、流量、物位和轉(zhuǎn)速等物理量都必須進行嚴格的測量和控制。 設(shè)備的性能、價格、發(fā)展空間等 特點 備受人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。 近年來，測溫技術(shù) 高速發(fā)展 ，測溫所 應(yīng) 用的 溫度 傳感器 類型 也 多種多樣 。目前國內(nèi)多采用接觸式測溫，并且主要使用熱電阻與熱電偶。國外輻射測溫技術(shù)發(fā)展很快，己引起國內(nèi)有關(guān)人士的重視，近幾年其使用也有了明顯的增多。 基于測溫技術(shù)的不斷發(fā)展，這就要求我們找到一種既經(jīng)濟又精確的測量方法。而在考慮經(jīng)濟性和精度的角度出發(fā)來看，單片機控制的測溫方法其優(yōu)越性是明顯的。 隨著 電子技術(shù) 的 發(fā)展， 溫控 元件的性能得到了很大的提升。 單片機作為溫度控制系統(tǒng)重要的一部分，片 上集成 了更 多 的 資源， 精確性和可靠性都得以提高，價格變得更加便宜，推動了單片機溫控系統(tǒng)的發(fā)展 ， 以單片機為核心的溫控系統(tǒng)使得測量控制技術(shù)更加趨 近于智能化，尤其是在需要較高精度控制的場合， 利 用運算能力更高的單片機，能夠更好的滿足 工業(yè)生產(chǎn)控制 的需求 。 本課題研究的溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計 ，應(yīng)該的范圍十分廣泛，可以應(yīng)用于火災(zāi)報警，農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 中的溫度控制，糧食存儲中溫度的控制，以及冷凍庫房溫度的控制，以 傳統(tǒng)的工作方式采集溫度，耗費時間較長， 可操作性差，勞動強度較高， 工作效率無法得以提升，造成資源的浪費 。 如果可以 廣泛應(yīng) 用智能溫度控制系統(tǒng)，自動采集數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭惶帲缓筮M行集中地處理，這樣可以有效的減少人力運營成本，而且能夠保證系統(tǒng)控制的測量精度，市場上 對這種高精度，低成本，質(zhì)量過硬 的 溫度控制系統(tǒng)的需求 很大 ，市場的強烈需求會促進技術(shù)的快速發(fā)展， 從而 推動 單片機 技術(shù)更好的發(fā)展。 設(shè)計的主要任務(wù)和目標 設(shè)計任務(wù)： 以 STC89C52 MCU 為核心，設(shè)計一個 通過 LCD1602 顯示測量溫度的控制系統(tǒng) ，通過功能按鍵 能夠 設(shè)置溫度范圍， 測溫范圍是 55℃ 125℃， 通過資料查找 ，進行理論分析， 確定設(shè)計方案 ，通過編程語言使用， 加深理解軟件編 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 2 程應(yīng)用，更好 理解整個系統(tǒng)設(shè)計的方法，結(jié)合學習課程加深理解 MCU 的使用。 實現(xiàn)目標：分別設(shè)計不同硬件功能模塊，組合各模塊成為一個完整系統(tǒng)，按設(shè)計方案焊接硬件電路，根據(jù)硬件電路編程，實現(xiàn)一個溫控系統(tǒng)功能，可以在LCD1602 上正確顯示溫度，通過功能按鍵設(shè)置溫度范圍，超過溫度范圍以繼電器通斷表示加熱電路通斷 。 論文開篇，論述整體功能設(shè)計框圖，接著介紹使用單片機各引腳功能，然后介紹應(yīng)用芯片自身特性以及硬件電路設(shè)計方案。第三章首先介紹了軟件編寫流程圖， 包括 DS18B20 初始化流程圖、讀數(shù)據(jù)流程圖、寫數(shù)據(jù)流程圖、溫度數(shù)據(jù) A/D處理流程圖。接著論述了 LCD 顯示方案流程圖、按鍵軟件程序流程圖、繼電器控制流程圖，第三章末尾介紹了單片機編程軟件、下載軟件的使用步驟及其注意事項。第四章論述了按設(shè)計方案焊接實物圖上電調(diào)試遇到的問題和解決辦法。 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 3 第 2 章系統(tǒng) 硬件功能設(shè)計 系統(tǒng)整體功能設(shè)計框圖 本設(shè)計實現(xiàn)以 STC89C52 為核心，通過 LCD1602 顯示測量溫度，功能按鍵設(shè)置控制溫度數(shù)值，繼電器控制加熱電路通斷的溫度控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計的要求，具體設(shè)計方案如圖 ，系統(tǒng) 包括 LCD 顯示模塊，繼電器控制 加熱 模塊， 5V 電源供電模塊，功能按鍵設(shè)置模塊， USB 轉(zhuǎn)串口下載模塊。 加熱開關(guān) 采集 圖 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 整體設(shè)計框圖解讀：通過 5V 電源端口給 STC85C52 供電，通過 USB 轉(zhuǎn)串口向單片機中下載程序，通過功能按鍵設(shè)置溫度范圍數(shù)值， DS18B20 采集監(jiān)控環(huán)境溫度，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換傳送到單片機，通過單片機寫入程序處理決定繼電器是否動作， 當監(jiān)控溫度低于設(shè)置溫度最小值，繼電器吸合，開始加熱； 當所測溫度大于溫度范圍最大值，繼電器斷開 ，停止加熱 。 功能按鍵設(shè)置：設(shè)置 兩 個功能按鍵 分別為 K K2，分別連到單片機外部中斷INT0、 INT1 端口，編寫中斷程序，按下 K1 報警溫度增大，按下 K2 報警溫度減小，測得溫度和報警溫度比較，大于報警溫度，繼電器斷開停止加熱，低于報警溫度，繼