【正文】 風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫度，這樣 不僅 控制精度低 ，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)中經(jīng)常遇到的問題。 在設(shè)計(jì)的過程中 我 充分考慮到 性價(jià)比 和 精度 的因素 ，在選用 通用元件 、 低價(jià) 2 格 的的基礎(chǔ)上，盡量滿足設(shè)計(jì)要求， 并且 使 恒溫控制 系統(tǒng)具有 較 高的精度。當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)，驅(qū)動(dòng)降溫裝置執(zhí)行降溫工作；當(dāng)環(huán)境溫度低于溫度下限時(shí)，驅(qū)動(dòng)升溫裝置執(zhí)行升溫 工作。 本 論文 的設(shè)計(jì)理念緊扣時(shí)代 的 步伐，順應(yīng)當(dāng) 今世界科技發(fā)展的潮流。 我們都知道 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，只要 將科學(xué)技術(shù) 運(yùn)用得當(dāng)，先進(jìn)的 科學(xué)技術(shù) 不僅 能夠節(jié)約更多的人力 和 物力， 還可以 降低生產(chǎn)過程中的能源材料的消耗，省略 一些繁瑣的細(xì)節(jié)，使各種產(chǎn)品的生產(chǎn)效益更上一個(gè)臺(tái)階。 我 只有不斷地學(xué)習(xí)才能 有 不斷的進(jìn)步 ， 通過 結(jié)合社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況，然后根據(jù)自己的 愛好和 特點(diǎn)，更好 的去了解自己，充分挖掘自己的潛力。其功能模塊圖 如 圖 所示 ： 圖 基于單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng) 功能模塊圖 系統(tǒng)功能劃分 本次設(shè)計(jì)整個(gè) 恒溫控制 系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分。 硬件 部分 主要包括 單片機(jī) 、溫度采集電路 、 輸入控制電路、 時(shí)鐘電路、 復(fù)位電路、 顯示 電路、 蜂鳴器報(bào)警電路、繼電器控制 加熱和制冷 電路等 ， 其中最主要的部分是單片機(jī)控制電路，基于不同型號(hào)的單片機(jī)可以有不同的功能，選擇不同的單片機(jī)會(huì)有不同 的硬件設(shè)計(jì)方案。 方案 選擇 單片機(jī) 選擇 方案一： 選擇 8031 單片機(jī) 8031 單片機(jī)是 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi) 只讀存儲(chǔ)器 外，其余特性與 MCS51 單片機(jī)基本一樣。 單片機(jī) 復(fù)位電路 溫度采集 輸入控制 顯示電路 蜂鳴器報(bào)警 繼電器控制加熱電路 繼電器控制制冷電路 時(shí)鐘電路 4 方案 二 ： 選擇 89C52 單片機(jī) 89C52 單片機(jī) 運(yùn)行速度快， 算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活， 不僅 可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制 ， 而且 具有 成本低 、 體積小、 功耗低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。 基于以上分析擬訂方案 二 ，由 89C52 單片機(jī) 作為控制核心，對(duì)溫度采集、實(shí)時(shí)顯示和加熱裝置以及制冷裝置進(jìn)行控制。 方 案一：選擇獨(dú)立式鍵盤 在 獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵 互相 獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，每根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。獨(dú)立式鍵盤電路 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 配置靈活。 方案二：選擇矩陣式鍵盤 矩陣式鍵盤由 列線 和 行線 組成，按鍵位于 列 、 行 的交叉點(diǎn)上，分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。 在平時(shí)沒有按鍵動(dòng)作的時(shí)候 ，行線處于低電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下 的時(shí)候 ，列線為低 電平狀態(tài)，行線為高電平狀態(tài) 。因此，各按鍵彼此將 互相 影響，所以必須將 列 、 行 線信號(hào)配合起來并作 適當(dāng) 的處理，才 可以 確定閉合鍵的位置。 由于 本設(shè)計(jì)共使用 5個(gè)普通按鍵，一個(gè)用于置位復(fù)位，另外 4個(gè)用于切換數(shù)碼管顯示的內(nèi)容 ，調(diào)整小數(shù)位和整數(shù)位， 調(diào)節(jié)溫度上下限 ，故選擇獨(dú)立式鍵盤。 方案一：選擇 LED 顯示 LED 就是我們所說的發(fā)光二極管的英文縮寫，這種發(fā)光二極管工作的時(shí)候耗電量小， 時(shí)尚簡(jiǎn)約， 節(jié)能環(huán)保，工作原理就是把電能直接轉(zhuǎn)化為光能，不產(chǎn)生熱量或產(chǎn)生少量的熱量，對(duì)人體的輻射也比較小 。 同時(shí)數(shù)碼管采用 BCD編碼顯示 數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。但由于只需顯示四位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量 較 大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。 相對(duì)于 LCD顯示器件來說， LED 顯示器 原理簡(jiǎn)單、價(jià)格 便宜、壽命更長(zhǎng) ， 如果使用 LCD 顯示在經(jīng)濟(jì)上不能降低成本，編程也比較繁 瑣，反而顯得不合理。 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 選擇 方案一： ADC0832 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 方案 二 ： ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 ADC0808 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 是采樣分辨率為 8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器只適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換，而 ADC0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 有可控三態(tài)輸出的 ADC 芯片允許輸出線與微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，并在轉(zhuǎn)換結(jié)束后利用讀數(shù)信號(hào) RD 選通三態(tài)門，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送 至 總線。 其它器件選擇 對(duì)于本設(shè)計(jì)中要用到的繼電器、蜂鳴器、指示燈 、 二極管、 三極管 等 ， 我們只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能就行，型號(hào)可以隨意選擇。 用匯編語言設(shè)計(jì)的程序最終被轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令， 所以 能夠保持機(jī)器語言的一致性 ，具有 直接 、 簡(jiǎn)捷 等特點(diǎn) ， 并且能夠像 機(jī)器指令一樣 訪問 、 控制 計(jì)算機(jī)的各種 硬件 設(shè)備，如 中央處理器 、 存儲(chǔ)器 、 磁盤 、 輸入輸出 端口 等。 方案二：選擇 C語言 C語 言是一種通用的程序設(shè)計(jì)語言， 它不僅 代碼率高， 運(yùn)算符 及 數(shù)據(jù)類型 豐富， 而且 具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)，是目前使用較廣的單片機(jī)編程語言。 在本次設(shè)計(jì)中，出于對(duì) C語言 具有 編程 開發(fā)周期短 、 可讀性好 、 可移植性 強(qiáng)和修改方便等 優(yōu)點(diǎn) 來 考慮， 我 選擇編寫 C 語言程序。單片機(jī)是70 年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是 集 中央處理器 、 只讀存儲(chǔ)器 、 隨機(jī)存儲(chǔ)器 、 輸入輸出 接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。 89C52 是 51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 它 有 40個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入輸出端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 。 功能強(qiáng)大的 89C52 單片機(jī) 能夠 為 用戶 提供 很 多 比 較復(fù)雜 的系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 其 引腳功能 如下 ： ～ P0 口 8位雙向口線（在引腳的 39～ 32 號(hào)端子） ； ～ P1 口 8位雙向口線（在引腳的 1～ 8號(hào)端子） ； ～ P2 口 8位雙向口線（在引腳的 21～ 28 號(hào)端子） ； ～ P3 口 8位雙向口線（在引腳的 10～ 17 號(hào)端子）。 P1 口 ： 只 能 做 輸入輸出 口使用 ， 其內(nèi)部有上拉電阻。 P3 口：除了作為 輸入 輸出 使 用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能， 8 由特殊寄存器來設(shè)置 ， P3口的第二功能如表 ： 表 單片機(jī) 管腳含義 ALE/PROG 地址鎖存控制信號(hào)： 在訪問片外程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，每機(jī)器周期這個(gè)信號(hào)出現(xiàn)兩次，它的下降沿用來控制鎖存 P0口輸出的低 8位地址。但是在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候， ALE 脈沖會(huì)跳空一個(gè)，那此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不合適了。但是在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候， /PSEN 信號(hào)將不會(huì)出現(xiàn)。但是對(duì)于內(nèi)部含 有 可擦除可編程只讀寄存器 的 機(jī)型，我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候，這個(gè)引腳用作 21V 編程電源 VDD 的輸入端。 上電時(shí)，我們考慮到振蕩器有一定的起振時(shí) 間，這個(gè)引腳上高電平必須持續(xù) 10ms以上的時(shí)間才能夠保證有效復(fù)位。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。 VSS： 接 +5V 電源地端。 圖 硬件電路方框圖 下面具體介紹各個(gè)電路模塊的基本原理及電路圖 原理 、主要實(shí)現(xiàn)的功能和 在應(yīng)用過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題。單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由 時(shí)鐘電路提供的。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結(jié)果只是機(jī)器周期不 相 同 [5]。電路中兩個(gè)電容 CC3的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。圖中時(shí)鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為 1/12μs 。 單片機(jī)的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種 。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以 當(dāng) 上電復(fù)位 的時(shí)候 ，接通電源 就可以了 ， 在 上電以后 ，電容 C1 開始 緩慢 充電， 由圖我們可以看到 電路由電源到電容和地之間形成一個(gè)通 路，由于在 電阻 R1 上產(chǎn)生 了 電壓降， 那么 單片機(jī)的 RST 腳 為高電平，經(jīng)過一段時(shí)間后電容的電充滿，此時(shí) 電容 C1 處可視為斷路，單片機(jī) RST 腳處電壓逐漸降為 0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)， 這時(shí) 單片機(jī) 就 完成 了 上電復(fù)位，程序從 0000H 開始執(zhí)行。 按鍵 輸入 電路設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的 恒溫 控制系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)具備以下功能：一、 可以調(diào)節(jié)溫度上下限 ； 二、 可以切換顯示實(shí)時(shí)溫度和溫度上下限的值 。 鍵盤結(jié)構(gòu)可分為 矩陣式 鍵盤 和 獨(dú)立式鍵盤 兩類，由于本系統(tǒng)只采用 5 個(gè)按鍵，因此 選用獨(dú)立式按鍵。 整數(shù)位 的數(shù)值變化范圍為 099之間 ， 小數(shù)位的數(shù)值變化范圍 為 09之間 。 蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì) 根據(jù) 設(shè)計(jì) 的 要求，當(dāng)溫度 高于上限 或 低于下限時(shí)，應(yīng) 當(dāng) 具有報(bào)警功能。 圖 ： 12 圖 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 由圖可以看出 ： 單片機(jī)的 管腳 通過 三極管的基極連接到 蜂鳴器 。 繼電器控制加熱電路設(shè)計(jì) 按照本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)環(huán)境溫度低于所設(shè)定的 下限溫度時(shí)，需要通過繼電器驅(qū)動(dòng)加熱裝置來進(jìn)行升溫 。對(duì)于一些簡(jiǎn)易的電熱裝置，其主要部件是 電阻加熱器 。 當(dāng)測(cè)量 的溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)， 單片機(jī)控制端 給三極管 Q7基級(jí)一個(gè)高電平， 單片機(jī)控制端 給三極管 Q6基極一個(gè) 高 電平 ，三極管 Q6 和 Q7均 導(dǎo)通， 發(fā)光二級(jí)管 D2和 D4 發(fā)紅光， 兩個(gè) 線圈 都 有電流流過，繼電器 RL1和 RL2 均 閉合 ，此時(shí) OVEN 裝置兩端加上正向電壓，裝置開始加熱 。 圖 繼電器控制加熱電路 注意：在繼電器 RL1 和 RL2 線圈兩端 都 必須反接一個(gè)二極管。其原因?yàn)椋?當(dāng)線圈通電正常工作的時(shí)候 ，二極管對(duì)電路不起作用，當(dāng)繼電器 在斷電的一瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的反向電動(dòng)勢(shì)，在繼電 器線圈兩端反向并聯(lián) 一個(gè)二極管用來消耗這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì) ，通常這個(gè)二極管叫做消耗二極管， 假如 不加這個(gè)消耗二極管，反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)直接作用在驅(qū)動(dòng)三極管上，很容易將三極管損壞 [8]。 實(shí)際中常用的制冷裝置主要有空調(diào)、冷藏柜、冷庫(kù)等 [9]。 當(dāng)測(cè)量 的溫度 高于 設(shè)定的溫度 上 限時(shí)，單片機(jī)控制端 給三極管 Q7基級(jí)一個(gè)高電平，單片機(jī)控制端 給三極管 Q6基極一個(gè) 低 電平 ，三極管 Q7 導(dǎo)通， 三極管 Q6 截止， 發(fā)光二級(jí)管 D4發(fā)紅光， 發(fā)光二極管 D5發(fā)綠光，繼電器 RL1 的 線圈有電流流過 ， 繼電器 RL1 閉合， 而繼電器 RL2 繼續(xù)保持?jǐn)嚅_，此時(shí) OVEN 裝置兩端加上 反向 電壓，裝置開始 制冷 。 圖 繼電器控制制冷電路 溫度采集電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 ADC0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 作為溫度采集電路核心部件。 ADC0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 是采樣分辨率為 8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 它的轉(zhuǎn)換原理就是把輸入電壓 Vi 和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進(jìn)行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細(xì)逐次進(jìn)行，通過每次比較的結(jié)果來確定相應(yīng)的位是 0還是 1。 本設(shè)計(jì)的溫度采集電路如圖 所示： 圖 溫度采集 電路 示意圖 工作過程：把電熱爐的輸出通過電阻分壓轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的模擬信號(hào)輸入到IN0 引腳，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號(hào)從 D0～ D7 引腳輸出送給單片機(jī)，單片機(jī)再對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理。在該引腳上加高電平，就開始轉(zhuǎn)換 ； （ 4） EOC：轉(zhuǎn)換介紹指示腳。 ADC0808 典型的時(shí)鐘頻率為 640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間是 100us； （ 8） A， B和 C：三位地址輸 入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ； （ 9） REF(+)， REF()：參考電壓輸入端 [11]。 LED 數(shù)碼管顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管中的 7個(gè)長(zhǎng)條發(fā)光二極管按 a、 b、 c、 d、e、 f、 g 順序組成 “8” 字形，另一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光二極管放在右下方，用來顯示小數(shù)點(diǎn)。若內(nèi)部 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽極 連在一起接電源正極，就稱為共陽極數(shù)碼管；若 8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，則稱為共陰極數(shù)碼管。 因?yàn)?單片機(jī)的并行口不能驅(qū)動(dòng) LED 顯示器， 所以 必須采用專門的驅(qū)動(dòng)電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。 LED 顯示器的顯示控制 方式分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種， 如果 選擇靜態(tài)顯示 ， 那么 LED 驅(qū)動(dòng)器的選擇 比較 簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器的電流相匹配即 可，而且一般只需考慮斷的驅(qū)動(dòng) ，因?yàn)?共陽極接 5V而共陰極接地所以位的驅(qū)動(dòng)無須考慮 ； 而 動(dòng)態(tài)顯示則 不一樣 ，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和 位選信號(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定了 位的驅(qū)動(dòng)能力 [13]。采用單片機(jī) P2 口的低 4 位作