基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15638基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 124364第1章系統(tǒng)硬件及電路模塊 2234691.1硬件設(shè)計(jì) 2292661.2各部分硬件介紹和設(shè)計(jì) 2114161.2.1單片機(jī)AT89C52 2233191.2.2溫度傳感器DS18B20 3286321.3系統(tǒng)電路模塊 4266961.1.1時(shí)鐘電路 4216481.1.2復(fù)位電路 5250571.1.3單片機(jī)的按鍵電路 627241.1.4溫度傳感器電路 622121.1.5報(bào)警電路 798501.1.6顯示電路 7172521.1.7升溫和降溫調(diào)節(jié)電路 839892軟件設(shè)計(jì) 8285882.1主程序 8146152.2升降溫和報(bào)警程序 10145132.3上下限溫度閥值調(diào)整程序 1170412.4顯示程序 12第1章系統(tǒng)硬件及電路模塊1.1硬件設(shè)計(jì)如圖3-1為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)單片機(jī)溫度采集鍵盤控制復(fù)位電路顯示電路控制電路報(bào)警電路 圖3-1硬件結(jié)構(gòu)圖1.2各部分硬件介紹和設(shè)計(jì)1.2.1單片機(jī)AT89C52AT89C52是一款低電壓，高性能CMOS8位微處理器，具有內(nèi)置4K字節(jié)的閃存和可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，通常稱為單片機(jī)。AT89C2052是2K字節(jié)的閃存，用可擦除的只讀存儲(chǔ)器對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。AT89C52有三個(gè)并行I/O端口，P0:P0:P0.0~P0.7，P1.0~P1.7，P2.0~P2.7P0端口在沒(méi)有片上存儲(chǔ)器的情況下可以作為普通I/O端口，在使用外部存儲(chǔ)器的情況下可以作為地址線/數(shù)據(jù)線。P1端口可以作為普通I/O端口，P1.0、P1.1、P1.5~P1.7也有特殊功能。當(dāng)沒(méi)有片外存儲(chǔ)器時(shí)，P2端口可以用作普通的輸入/輸出端口，當(dāng)使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，可以用作高8位地址。1.2.2溫度傳感器DS18B20計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器斜率累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器高溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0圖3-2測(cè)溫原理內(nèi)部裝置DS18B20的寫入和讀出溫度的延遲順序及寫入后的延遲測(cè)量方法與上文DS18B20相同，只是由于寫入精度不同而同時(shí)獲取的寫入溫度延遲值時(shí)間不同，并且在寫入進(jìn)行一個(gè)溫度延遲變化函數(shù)轉(zhuǎn)換期間的寫入時(shí)間溫度延遲從2s開始減少為750毫秒。DS18B20的溫度檢測(cè)和控制工作原理結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。隨著溫度的改變，高溫系數(shù)的晶體振蕩器會(huì)使熱量發(fā)生振蕩。該圖還表示計(jì)數(shù)門。此時(shí)，DS18B20計(jì)數(shù)器的門被自動(dòng)地打開，計(jì)算一個(gè)由物體的低溫溫度系數(shù)高頻振蕩器振動(dòng)產(chǎn)生的溫度信號(hào)和時(shí)鐘脈沖以便于同時(shí)地完成對(duì)物體溫度的精確測(cè)量。計(jì)數(shù)器閥門的正確開合停止時(shí)間通常是用有耐高溫且有控制系數(shù)的功率振蕩器來(lái)來(lái)確定。在每次開始進(jìn)行溫度測(cè)量之前，將與-55相同并對(duì)應(yīng)的測(cè)量基數(shù)分別依次放入新的減法溫度計(jì)數(shù)器1和其他溫度控制記錄中，將放入減法溫度計(jì)數(shù)器1和其他溫度控制記錄的參數(shù)基值根據(jù)預(yù)設(shè)設(shè)置成-55相同并對(duì)應(yīng)于55。減法溫度計(jì)數(shù)器1對(duì)從晶體振蕩器前端輸入的信號(hào)有較低的脈沖溫度控制系數(shù)每個(gè)脈沖調(diào)制信號(hào)都可以用作二次遞減溫度計(jì)數(shù)。例如，當(dāng)一個(gè)加減法的溫度計(jì)數(shù)器1的減法溫度計(jì)數(shù)的預(yù)設(shè)值值被下降至0時(shí)，溫度計(jì)數(shù)寄存器的放大值將再次重新增加1，并且隨著這個(gè)加減法的溫度計(jì)數(shù)器1的溫度預(yù)設(shè)值1將被再次重新進(jìn)行放大，減法的溫度計(jì)數(shù)器1將重新對(duì)其進(jìn)行放大并從較低值的溫度預(yù)設(shè)系數(shù)下對(duì)由晶體振蕩器插入輸出而同時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)脈沖調(diào)制信號(hào)再次重新對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且周期性地對(duì)其進(jìn)行一個(gè)循環(huán)，直到每次計(jì)算工作全部完成后如果加減法中的溫度計(jì)數(shù)器2為0，停止了其對(duì)于溫度計(jì)數(shù)寄存器的值再次重新進(jìn)行累加。此時(shí)，溫度檢測(cè)寄存器的溫度值即是通過(guò)該檢測(cè)器得到的元件溫度。1.3系統(tǒng)電路模塊1.1.1時(shí)鐘電路圖3-3單片機(jī)的時(shí)鐘電路單片機(jī)需要一個(gè)時(shí)鐘電路去讓其正常運(yùn)轉(zhuǎn)操作，合理的配置設(shè)計(jì)一個(gè)使用時(shí)鐘電路才可以能夠真正使得一個(gè)單片機(jī)正常進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。因此對(duì)于時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)很是重要的。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘的方法，由電容和晶振兩個(gè)小的組成部分共同由電路所組成，電容器的輸出信號(hào)頻率一般都是30pf，晶振器的輸出信號(hào)頻率一般為11.0592mhz，連接在一個(gè)高頻單片機(jī)的輸入電路XTAL1和它的輸出信號(hào)XTAL2引腳之上，時(shí)鐘電路的連接電路結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。1.1.2復(fù)位電路圖3-4單片機(jī)的復(fù)位電路復(fù)位電路，是用來(lái)在單片機(jī)執(zhí)行異常的時(shí)候，可以讓它從頭開始執(zhí)行程序，STC89C52RC這款芯片是高電平復(fù)位，低電平正常工作，電路圖3-6所示。解析下這個(gè)電路圖，先來(lái)看STC89C52,電容的特性是通交隔直，電容是個(gè)儲(chǔ)能元件，儲(chǔ)存的是電場(chǎng)的能量，在沒(méi)有電到上電的瞬間，電容肯定要充電的，這個(gè)時(shí)候電容就短路成一根導(dǎo)線了，RST端就被拉到了5V，執(zhí)行復(fù)位指令，當(dāng)電容充滿電后，會(huì)斷開連接，RST引腳會(huì)被10K電阻下拉到低電平，所以電路開始正常的工作，之所以接上按鍵以及100R的電阻，是可以手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，RC并聯(lián)，我們知道，電阻是消耗電能的，會(huì)瞬間把電容里面的電能釋放掉，具體的時(shí)間計(jì)算，一階電路的零輸入響應(yīng)，計(jì)算比較麻煩，有一個(gè)時(shí)間參數(shù)，T=RC，單位是秒，T的大小反映了一階電路過(guò)渡過(guò)程的進(jìn)展速度。我們只要知道會(huì)瞬間釋放就好了，手動(dòng)復(fù)位之后，電容又開始了充電斷開正常工作的過(guò)程。通常，C為10uf，R為10K。1.1.3單片機(jī)的按鍵電路圖3-5單片機(jī)的按鍵電路按鈕電路如圖3-7所示。上限和下限溫度值由Key0，Key1和Key2的三個(gè)鍵控制。P1.0接口連接到Key0按鈕。P1.1接口連接到Key1按鈕。P1.2接口連接到Key2按鈕。1.Key1溫度上下限減小鍵：減小溫度上下限的值。2.Key2溫度上下限增加鍵：增加溫度上限和下限的值。1.Key0是溫度設(shè)置開關(guān)鍵：打開溫度設(shè)置。1.1.4溫度傳感器電路溫度采集通過(guò)數(shù)字化的溫度傳感器DS18B20，通過(guò)QD接向單片機(jī)的P2.1口。DS18B20溫度傳感器電路如圖3-8所示。圖3-6溫度傳感器電路1.1.5報(bào)警電路圖3-7報(bào)警電路警報(bào)通過(guò)LED指示燈和蜂鳴器蜂鳴器的閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果溫度超過(guò)上限，則高溫指示燈亮，蜂鳴器響。如果溫度低于下限，低溫指示燈亮，蜂鳴器響。（三極管是為蜂鳴器電路提供驅(qū)動(dòng)功率的中間組件。它可以確保向蜂鳴器提供穩(wěn)定的電壓，以確保蜂鳴器的正常工作。）1.1.6顯示電路圖3-8顯示電路此溫控系統(tǒng)的顯示采用的是LCD1602液晶顯示器，各個(gè)引腳的功能和作用如下：VSS連接電源地，VDD連接電源正極，VEE是液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端，RS是數(shù)據(jù)/命令選擇端，RW是讀寫選擇端，E是使能信號(hào)端。D0~D7是數(shù)據(jù)端。其中D0~D7端口與單片機(jī)的P0.0~P0.7連接。VSS、VDD、VEE、RW端接地，RS端與P2.5連接，E端與P2.7連接，可顯示系統(tǒng)允許溫度的上下限溫度以及當(dāng)前環(huán)境溫度。1.1.7升溫和降溫調(diào)節(jié)電路圖3-11升溫和降溫調(diào)節(jié)電路通過(guò)控制外部加熱裝置的繼電器動(dòng)作，使外部加熱器工作來(lái)達(dá)到升溫效果.或控制外部降溫裝置的電機(jī)動(dòng)作，使外部降溫裝置工作來(lái)達(dá)到降溫效果。2軟件設(shè)計(jì)2.1主程序首先對(duì)液晶顯示、傳感器等進(jìn)行初始化操作，然后通過(guò)DS18B20溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)溫度的變化，并且通過(guò)液晶屏將溫度實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度一旦小于10℃，繼電器閉合，加熱片工作，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度大于40℃時(shí)，另一個(gè)繼電器閉合，制冷片工作，蜂鳴器報(bào)警。另一方面，如果檢測(cè)到“設(shè)置”按鍵按下，則進(jìn)入修改最高溫度值和最低溫度值模式，此模式通過(guò)按鍵“加”和按鍵“減”調(diào)節(jié)最高溫度值和最低溫度值，再次按下“設(shè)置”按鍵，則退出修改模式。圖4-1程序總體流程圖2.2升降溫和報(bào)警程序初始化DS18B20溫度傳感器，讀取溫度值，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度小于10℃時(shí)，繼電器1閉合，加熱片工作，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度大于40℃時(shí)，繼電器2閉合，制冷片工作，蜂鳴器報(bào)警。圖4-2升降溫&報(bào)警流程圖

2.3上下限溫度閥值調(diào)整程序初始化按鍵，如果檢測(cè)到“設(shè)置”按鍵按下，則進(jìn)入修改最高溫度值和最低溫度值模式，此模式通過(guò)