【正文】 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中 ,溫度檢測(cè)與控制占有很重要地位。溫度測(cè)控系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和在人們的生活領(lǐng)域 ,也得到了廣泛應(yīng)用。因此 ,溫度傳感器的應(yīng)用數(shù)量居各種傳感器之首。目前 ,溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字集成式方向飛速發(fā)展。 本論文概述了溫控器的發(fā)展及基本原理 ,介紹了溫度傳感器的原理及特性。分析了 DS18B20 溫度傳感器的優(yōu)劣。在此基礎(chǔ)上描述了系統(tǒng)研制的理論基礎(chǔ) ,溫度采集等部分的電路設(shè)計(jì) ,并對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進(jìn)行了討論。同時(shí)在介紹溫度控制系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上 ,提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。針對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)溫度采集、接收、處理、顯示部分的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證 ,進(jìn)一步介紹了單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用 ,分析了系統(tǒng)各部分的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)。利用 進(jìn)行了可行性的仿真 ,利用單片機(jī)開發(fā)板驗(yàn)證在實(shí)際電路中能起到的效果。試驗(yàn)證明 ,這套溫度控制器具有較強(qiáng)的可操作性 ,很好的可拓展性 ,控制簡(jiǎn)單方便。 課題初步計(jì)劃是在普通 環(huán)境下的測(cè)溫 ,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及器件的選擇也正是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 關(guān)鍵詞 :DS18B20 單片機(jī) 溫度控制 1602 液晶顯示 目 錄 前言 1 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及功能 2 溫度傳感器產(chǎn)品分類與選擇 2 常用的測(cè)溫方法 2 溫度傳感器產(chǎn)品分類 2 溫度傳感器的選擇 4 總體方案的確定 6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖 6 第二章 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì) 7 系統(tǒng)工作原理 7 系統(tǒng)相關(guān)硬件及模塊介紹 7 溫度采集電路 7 信號(hào)處理與控制電路 8 溫度顯示電路 9 按鍵功能設(shè)置電路 10 繼電器控制電路 11 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)電路 11 報(bào)警、音樂(lè)電路 12 電動(dòng)機(jī)電路 12 第三章 仿真軟件介紹 14 Keil uVision2 軟件 14 Proteus 軟件 15 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 DS18B20 數(shù)據(jù)通信概述 19 LCD1602 液晶數(shù)據(jù)顯示概述 21 接口信號(hào)說(shuō)明 21 控制器接口說(shuō)明 21 控制接口時(shí)序說(shuō)明 23 存儲(chǔ)器 24C02 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)概述 24 I2C 總線的定義 24 I2C 總線的時(shí)序 24 數(shù)據(jù)傳送 25 軟件程序設(shè)計(jì) 25 第六章 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 28 程序調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決辦法 28 調(diào)試結(jié)果 28 結(jié) 論 30 參考文獻(xiàn) 31 附件 1 系統(tǒng)硬件電路圖 2 附件 2 系統(tǒng)軟件程序 3 前言 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制即溫度控制器技術(shù) 、信息傳輸通信技術(shù)和信息處理計(jì)算機(jī)技術(shù)。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品 ,尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域 ,數(shù)量日漸上升。 溫度控制器是一種溫度控制裝置 ,它根據(jù)用戶所需溫度與設(shè)定溫度之差值來(lái)控制中央空調(diào)末端之水閥 (風(fēng)閥 )及風(fēng)機(jī) ,從而達(dá)到改變用戶所需溫度的目的。實(shí)現(xiàn)以上目的的方法理論上有很多 ,但目前業(yè)界主要有機(jī)械式溫度控制器及智能電子式兩大系列。 普通風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)溫控器基本上是一個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,主要由溫度傳感器、雙位控制器、溫度設(shè)定機(jī)構(gòu)、手動(dòng)三速開關(guān)和冷熱切換裝 置組成。其控制原理是空調(diào)溫控器根據(jù)溫度傳感器測(cè)得的室溫與設(shè)定值的比較結(jié)果發(fā)生雙位控制信號(hào) ,控制冷熱水循環(huán)管路電動(dòng)水閥 (兩通閥或三通閥 )的開關(guān) ,即用切斷和打開盤管內(nèi)水流循環(huán)的方式 ,調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度 (供冷量 )。 第一代空調(diào)溫控器主要是電氣式產(chǎn)品 ,空調(diào)溫控器的溫度傳感器采用雙金屬片或氣動(dòng)溫包 ,通過(guò)“給定溫度盤”調(diào)整預(yù)緊力來(lái)設(shè)定溫度 ,風(fēng)機(jī)三速開關(guān)和季節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)為潑檔式機(jī)械開關(guān)。這類空調(diào)溫控器產(chǎn)品普遍存在“溫度設(shè)定分度值過(guò)粗”、“時(shí)間常數(shù)太大”、“機(jī)械開關(guān)易損壞”等問(wèn)題。第二代空調(diào)溫控器為電子式產(chǎn)品 ,溫度傳感器采用熱敏 電阻或熱電阻 ,部分產(chǎn)品的溫度設(shè)定和風(fēng)速開關(guān)通過(guò)觸摸鍵和液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面 ,冷熱切換自動(dòng)完成 ,運(yùn)算放大電路和開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)雙位調(diào)節(jié)。這類智能空調(diào)溫控器產(chǎn)品改善了人機(jī)交互界面 ,解決了“溫度設(shè)定分度值過(guò)粗”等問(wèn)題 ,但仍存在“控制精度不高”、“時(shí)間常數(shù)大”、“操作較復(fù)雜”等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家正在研究開發(fā)第三代智能型室溫空調(diào)溫控器 ,應(yīng)用新型控制模型和數(shù)控芯片實(shí)現(xiàn)智能控制?，F(xiàn)在已有國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)出了智能型室溫空調(diào)溫控器 ,并已應(yīng)用于實(shí)際工程。 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及功能 溫度傳感器產(chǎn)品分類與選擇 溫度是日常生活中經(jīng)常遇到的一個(gè)物理量 ,它也是科研和生產(chǎn)中最常見、最基本的常量之一。在很多場(chǎng)合都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控 ,而溫度測(cè)控離不開溫度傳感器 ,因此 ,掌握正確的測(cè)溫方法及溫度傳感器的使用方法極為重要。 常用的測(cè)溫方法 物體受熱后溫度就要升高 ,任何兩個(gè)溫度不同的物體相接觸都必然產(chǎn)生熱交換 ,直到兩者的溫度達(dá)到平衡為止。據(jù)此 ,可以選擇某種溫度傳感器與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量 ,這種方法稱為接觸式測(cè)溫。接觸式測(cè)溫常用于較低溫度的測(cè)量。 此外 ,物體受熱后溫度升高的同時(shí)還伴有熱輻射 ,因此 ,可利用 溫度傳感器接收被測(cè)物體在不同溫度下輻射能量的不同來(lái)測(cè)量溫度 ,這種測(cè)溫方法稱為非接觸式測(cè)溫。非接觸式測(cè)溫常用于高溫測(cè)量。 溫度傳感器產(chǎn)品分類 目前 ,溫度傳感器沒(méi)有統(tǒng)一分類方法。按輸出量分類有模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。按測(cè)溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。按類型分類有分立式溫度傳感器、模擬集成式溫度傳感器和智能溫度傳感器(數(shù)字溫度傳感器 )。 模擬式溫度傳感器輸出的是隨溫度變化的模擬量信號(hào)。其特點(diǎn)是輸出響應(yīng)速度較快和 MPU(微處理器 )接口較復(fù)雜。數(shù)字式溫度傳感器 輸出的是隨溫度變化的數(shù)字量 ,同模擬輸出相比 ,它輸出響應(yīng)較慢 ,但容易與 MPU 接口。下面對(duì)工程中常用的溫度傳感器做簡(jiǎn)單介紹。 熱敏電阻式溫度傳感器 電阻式溫度傳感器分為熱電阻式溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器 ,他們的特點(diǎn)是自身的電阻值隨溫度而變化。 熱敏電阻式利用半導(dǎo)體材料制成的敏感組件 ,通常所用的熱敏電阻溫度傳感器都是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 ,它的電阻率受溫度的影響很大 ,而且隨溫度的升高而減少 ,簡(jiǎn)稱 NTC。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高 ,體積小 ,壽命長(zhǎng) ,工作穩(wěn)定 ,易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離 。缺點(diǎn)是互換性差 ,非線性嚴(yán)重。 熱電阻式溫度傳感器 利用熱電阻溫度系數(shù)隨溫度變化的特性而制成的溫度傳感器。稱為熱電阻溫度傳感器。對(duì)于大多數(shù)金屬導(dǎo)體 ,其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。由于純金屬的溫度系數(shù)比合金的高 ,因此均采用純金屬作為熱電阻組件。常用的金屬導(dǎo)體材料有鉑、銅、鐵和鎳。 熱電偶式溫度傳感器 熱電偶是一種傳統(tǒng)的溫度傳感器 ,其測(cè)溫范圍一般為 50 到 +1600℃ ,最高可達(dá) +2800℃ ,并且有較高的測(cè)量精度。另外 ,熱電偶產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化 ,使用時(shí)易于選擇 ,可方便地用計(jì)算機(jī)做線性補(bǔ)償 ,因此 ,至今在測(cè)溫領(lǐng)域 內(nèi)仍被廣泛使用。它的理論基礎(chǔ)是建立在熱電效應(yīng)上 ,將熱能轉(zhuǎn)化為電能。 模擬集成溫度傳感器 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的 ,因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20 世紀(jì) 80 年代問(wèn)世的。它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 IC,它屬于最簡(jiǎn)單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗 ,適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫 ,不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)。外圍電路簡(jiǎn)單 ,它是目 前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為普遍的一種集成傳感器。 智能溫度傳感器 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是在 20世紀(jì) 90年代中期問(wèn)世的。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶 ,它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。目前 ,行許多著名的集成電路生產(chǎn)已開發(fā)出上百種智能溫度傳感器產(chǎn)品。 智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn) :第一 ,能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量 ,適配各種微控制器 (MCU)。第二 ,能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成高性價(jià)比、多功能的智能化溫度測(cè)控系統(tǒng) 。第三 ,它是在硬件的基 礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的 ,其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 傳感器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路控制器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器 (R