【導(dǎo)讀】溫度，是人類社會(huì)環(huán)境中極其重要的一個(gè)因素。不管你的生活環(huán)境怎樣，從事的工作。是什么，我們無時(shí)無刻不在與溫度接觸。自從歐洲工業(yè)革命開始，工業(yè)發(fā)展的興衰與掌握。溫度的程度休戚相關(guān)。醫(yī)藥、鋼鐵、石化、水泥、冶金等等行業(yè)都需要考慮溫度對(duì)其生產(chǎn)。測(cè)量與控制也尤為重要。因此設(shè)計(jì)溫度測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用與生產(chǎn)生活中顯得迫切?？販夭糠质褂玫氖?個(gè)獨(dú)立按鍵進(jìn)行溫度上限和下限的設(shè)定，當(dāng)實(shí)際溫度超過設(shè)定值。范圍后，單片機(jī)將發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)升溫裝置或降溫裝置，使溫度保持在一定的范圍。熱器及加熱器工作電路組成。

　　

【正文】 D1I N 4 1 4 8D2I N 4 1 4 8L E D 3L E DL E D 4L E DU 1 4U 1 3R61KR71KR91KR 1 01KV C CV C CG N DG N DJ D Q 2J D Q 1外接加熱棒外接風(fēng)扇第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 本設(shè)計(jì)中的電磁繼電器具有 的 電氣隔離能力，在控制 通路 中， 三極 管能夠 將 從單片機(jī)輸出的信號(hào) 放大 ，繼電器的通斷就可以由這個(gè)信號(hào)控制，因此能夠 用弱電控制強(qiáng)電 。 由于單片機(jī)管腳的灌電流比拉電流容量大，因此電路設(shè)計(jì)為低電平輸出時(shí)蜂鳴器響，高電平關(guān)閉。當(dāng) 腳輸出低電平時(shí)， PNP 型三極管 S8550 導(dǎo)通，有集電極電流通過，蜂鳴器響；當(dāng) 腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器關(guān)閉。 溫度設(shè)定模塊 對(duì)于溫度上下限的設(shè)定， 設(shè)置了 4個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成按鍵電路 ， 獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線上的工作狀態(tài)。 通過檢測(cè) 每條 輸入線的電平狀態(tài) ，可以快速確定按鍵是否被按下。這種按鍵 接線 電路 ：靈活性好，編寫軟件簡(jiǎn)單；缺點(diǎn) ： 不可避免的會(huì)使每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng) 一根 I/O 口線，如果按鍵設(shè)置的比較 多時(shí)， I/O 端口就會(huì)被浪費(fèi)，在繪圖時(shí)，也會(huì)使 電路看起來復(fù)雜 。 K1， K2 按鍵用于設(shè)定溫度上限， K1為“ +1”鍵， 接 口， K2 為“ 1”鍵 ，接 口 ；而 K3， K4 按鍵用于設(shè)定溫度下限， K3 為“ +1”鍵， 接 口， K4 為“ 1”鍵 ，接 口 。具體電路如 圖 310 所示。 K1K EY 1K2K EY 2K3K EY 3K4K EY 4G N DS1S2S3S4 圖 310 獨(dú)立按鍵電路 電源供電 模塊 控制通路 需要用 12V 直流電 供電，其電路如圖 311 所示，把頻率 為 50Hz、 220V的單相交流電， 經(jīng)過電源適配器 轉(zhuǎn)換成 12V直流電壓。 電源適配器主要構(gòu)件是 電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路 ，從而把交流電 轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 12V 直流電壓經(jīng)過 LM1117 低壓差電壓調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換為 5V直流電壓，供應(yīng)給 LED 燈， LED燈亮，表示電源電路正常工作。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 231U5P O WL E D 1L E DR21KG N DGND1O U T2IN3U 29 L M 1117C 170. 1uFC 180. 1uFG N DG N D+ 12V+ 12VV C CC 16220uFC 15220uF 圖 311 電源供電 模塊 時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘電路是單片機(jī)重要的一部分 ， 它產(chǎn)生機(jī)器周期， 使單片機(jī)正常工作 。 MCS51 單片機(jī)時(shí)鐘頻率有很多，比較常用的為 12MHz，對(duì)應(yīng)的一個(gè)機(jī)器周期為 1us。 在 STC89C52內(nèi)部 ，安裝了 反相振蕩放大 器， XTAL1 端口對(duì)應(yīng)振蕩放大器的輸入端， XTAL2 端口對(duì)應(yīng)振蕩放大器的輸出端。該反相放大器可以由片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩配置 。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為 12MHz。 51 系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從 XTAL1 輸入，而 XTAL2 懸空。時(shí)鐘電路如 圖 312 所示。 C3 2 2 p FC2 2 2 p FJ11 2 M H ZG N D 圖 312 時(shí)鐘電路 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序結(jié)構(gòu)分析 在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件與硬件同樣重要。當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠 軟件來實(shí)現(xiàn)的，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性 能。 由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對(duì)龐大， 為了便于編寫、調(diào)試、修改 刪減，軟件采取了模塊化設(shè)計(jì) 方式 。即整個(gè)控制軟件由獨(dú)立的模塊程序組成，之間通過接口連接，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件主要由主程序 、數(shù)據(jù)采集 子 程序、數(shù)據(jù)處理 子 程序、 顯示模塊子程序等組成。 主程序 模塊 主程序是通電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架， 初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、芯片初始化和串口初始化等。然后等待溫度設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行后，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊程序，循環(huán)控制 直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序要協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作，要把溫度采集、溫度設(shè)置、溫度顯示、 鍵盤掃描輸入、中斷處理等各個(gè)模塊子程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，避免混亂沖突的現(xiàn)象，保證各個(gè)模塊正常有序的工作。主程序在整個(gè)程序中起著至關(guān)重要的作用，是各個(gè)子程序聯(lián)系 的樞紐。主程序流程圖如圖 41所示。 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 圖 41 主程序流程圖 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是將溫度信號(hào)采集到，并且將采集到的溫度模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)，從而傳送給單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集主要通過 DS18B20 溫度傳感器采集被測(cè)物體的溫度，由于 DS18B20 溫度傳感器將外界的溫度信號(hào)（模擬量） 直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，直接送入單片機(jī)，這個(gè)過程就不再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換了，這樣就十分方便，而且抗干擾能力強(qiáng)，且測(cè)溫精度高。這樣，軟件程序也簡(jiǎn)化了不少。 數(shù)據(jù)采集程序流程圖： DS18B20 溫度傳感器初始化 →采集溫度→等待溫度轉(zhuǎn)換→讀取溫度 TH? 開始 開始 液晶顯示、溫度傳感器、中斷 等各部分的程序初始化 測(cè)量水的溫度 讀取、顯示溫度 蜂鳴器工作 溫度 TH 或 TL？ 按鍵掃描 繼電器 1啟動(dòng) 加熱棒 繼電器 2啟動(dòng) 風(fēng)扇 是 是 否 否u 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 溫度→ 傳送給單片機(jī)處理。如圖 42 所示。 圖 42 溫度采集流程圖 鍵盤掃描模塊 作為優(yōu)先級(jí)較高的功能控制鍵，系統(tǒng)要實(shí)時(shí)響應(yīng)外部中斷。在該中斷的響應(yīng)過程中，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定設(shè)計(jì)界面，并 且不斷掃描鍵盤子程序。而且還在實(shí)時(shí)顯示實(shí) 際溫度。其流程為：開始→外部中斷初始化→等待外部中斷響應(yīng)→進(jìn)入設(shè)置溫度界面→鍵盤掃描→設(shè)置溫度→結(jié)束。流程圖如圖 43 所示。 開始 數(shù)據(jù)采集程序初始化 溫度采集 溫度轉(zhuǎn)換 讀取溫度信號(hào) 送單片機(jī)處理 結(jié)束 按鍵按下？ 是 否 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23 圖 43 按鍵 掃描 流程圖 溫度 顯示模塊 顯示部分采用技術(shù)已經(jīng)成熟且價(jià)格便宜的 1602 液晶顯示器作為輸出顯示。本次設(shè)計(jì)使用的 1602 液晶顯示器為 5V電壓驅(qū)動(dòng)的，帶背光，可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符。內(nèi)置 128個(gè)字符的 ASCII 字符集字庫， 只有并行 接口，無串行接口。液晶顯示器顯示起來方便、靈活。其流程圖：開始→液晶顯示初始 化→檢測(cè)忙碌信號(hào)→ 寫入顯示 RAM 地址→寫入顯示的數(shù)據(jù)→顯示在液晶→ 結(jié)束。 流程圖如圖 44所示。 開始 中斷初始化 按鍵按下？ 進(jìn)入設(shè)置溫度狀態(tài) 設(shè)置溫度 鍵值掃描 結(jié)束 否 是 按鍵按下？ 是 否 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 圖 44 液晶顯示流程圖 溫度超限蜂鳴 模塊 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的報(bào)警電路比較簡(jiǎn)單，由一個(gè)自我振蕩型 蜂鳴器（在蜂鳴器兩端加上 5V電壓，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音）、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè) PNP 型三極管組成。蜂鳴器是通過三極管電流放大來控制的。當(dāng)溫度達(dá)到一定的上限或者下限時(shí)，報(bào)警電路開始工作。程序流程 ：開始→判斷當(dāng)前溫度是否超限→發(fā)出報(bào)警。流程圖如圖 45 所示。 開始 液晶顯示初始化 忙碌信號(hào)檢測(cè) 寫入 RAM地址 寫入顯示數(shù)據(jù) 顯示在液晶上 結(jié)束 中斷？ 是 否 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 圖 45 溫度超限報(bào)警流程圖 開始 程序初始化 是否超過設(shè)定極限 正常采集溫度并顯示 降溫 加熱 蜂鳴且綠燈亮 蜂鳴且綠燈亮 再次檢測(cè)是否超過極限 結(jié)束 是 否 是 否 溫度超過上限？ 是 否 溫度低于下限？ 是 加熱 否 綠燈亮 第 5 章 基于 STC89C52 溫度測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 26 第 5 章 基于 STC89C52 溫度測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)介 根據(jù)溫度傳感器的認(rèn)識(shí)及用法用途的掌握，在實(shí)用、廣泛和典型的原則下，利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器及其他的串口通信技術(shù)設(shè)計(jì)了這個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)。把傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，利用溫度傳感器 DS18B20 測(cè)量環(huán)境溫度，以及實(shí)現(xiàn)串口通信的過程。 系統(tǒng)主框架 利用傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的測(cè)量，并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理。 單片機(jī)控制外圍電路 由 LCD1602 液晶顯示器顯示傳感器測(cè)得的實(shí)際溫度，由獨(dú)立按鍵設(shè)置溫度上下限，蜂鳴器根據(jù)實(shí)際溫度與溫度上下限的比較，發(fā)出報(bào)警 。 兩個(gè)控制通路 針對(duì)不同的溫度值來進(jìn)行不同的系統(tǒng)反饋。 系統(tǒng)原理圖說明 系統(tǒng)原理圖 如圖 51所示。 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 ( R X D )10P 3 .1 ( T X D )11P 3 .2 ( I N T 0 )12P 3 .3 ( I N T 1 )13P 3 .4 ( T 0 )14P 3 .5 ( T 1 )15P 3 .6 ( W R )16P 3 .7 ( R D )17X T A L 218X T A L 119G N D20V C C40( A D 0 ) P 0 .039( A D 1 ) P 0 .138( A D 2 ) P 0 .237( A D 3 ) P 0 .336( A D 4 ) P 0 .435( A D 5 ) P 0 .534( A D 6 ) P 0 .633( A D 7 ) P 0 .732E A / V P P31A L E / P R O G30P S E N29( A 1 5 ) P 2 . 728( A 1 4 ) P 2 . 627( A 1 3 ) P 2 . 526( A 1 2 ) P 2 . 425( A 1 1 ) P 2 . 324( A 1 0 ) P 2 . 223( A 9 ) P 2 . 122( A 8 ) P 2 . 021U1S T C 8 9 C 5 2C O M1R12R23R34R45R56R67R78R89U34 . 7 KR11 0 KC3 2 2 p FC2 2 2 p FJ11 2 M H ZG N DV C CG N DRSRWENS3S4S1S2J D Q 1J D Q 2GND1VCC2V03RS4R/W5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16L C D 1 6 0 2U2 L C D 1 6 0 2V C CRSENG N DG N DL E DA L A R M23154U9J D Q 223154U 1 0J D Q 112U 1 112U 1 2D1I N 4 1 4 8D2I N 4 1 4 8L E D 3L E DL E D 4L E DU 1 4U 1 3R61KR71KR91KR 1 01KV C CV C CG N DG N DJ D Q 2J D Q 1W E N U7P N PU8B E L LR51KR81KL E D 2L E D V C CG N DA L A R MV C CL E DK1K E Y 1K2K E Y 2K3K E Y 3K4K E Y 4G N D231U5P O WL E D 1L E DR21KG N D陶瓷電容 C 2 ， C 3 , C 17 , C 18電解電容 C 1 , C 15 , C 16電阻 R 1 ， R 1 1電阻 R 2