單片機(jī)控制的釀酒過(guò)程溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28524單片機(jī)控制的釀酒過(guò)程溫度控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 1234301硬件電路說(shuō)明 16441.1電路概述 1102621.2主控電路說(shuō)明 247181.3單片機(jī)最小電路 35541.4傳感器電路說(shuō)明 499501.5顯示電路說(shuō)明 472861.6按鍵電路說(shuō)明 646721.7報(bào)警電路 7266532軟件程序說(shuō)明 9204872.1主控程序說(shuō)明 9282122.2子程序說(shuō)明 91硬件電路說(shuō)明1.1電路概述設(shè)計(jì)硬件主要由控制電路、最小系統(tǒng)電路、溫濕度傳感器電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路、外接時(shí)鐘電路7大部分組成如圖3-1。主控制電路由STC89C52芯片控制系統(tǒng)運(yùn)行，最小系統(tǒng)電路由電源電路、晶振電路及復(fù)位電路組成。按鍵電路是系統(tǒng)中重要的信息輸入部分，通過(guò)按鍵輸入的信息和溫濕度傳感器采集到的信息，傳輸至STC89C52芯片進(jìn)行處理比較，主控電路通過(guò)PID算法運(yùn)算，將處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)IO口輸出至顯示電路、報(bào)警電路，并加入風(fēng)機(jī)電路達(dá)到降溫的目的。經(jīng)過(guò)傳感器采集到的濕度數(shù)據(jù)輸送至微處理器作比較再判斷是否驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)除濕工作。圖3-1系統(tǒng)原理圖1.2主控電路說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)主控芯片為STC89C52如圖3-2所示，總共有40個(gè)引腳，這款芯片是C51的增強(qiáng)版。相比于C51，C52的內(nèi)部?jī)?chǔ)存增大了一倍，還額外增加了一個(gè)定時(shí)器T2。如圖3-3本次設(shè)計(jì)共用到32個(gè)引腳。其中使用27個(gè)準(zhǔn)雙向IO口連接5個(gè)獨(dú)立按鍵（復(fù)位按鍵K1、菜單設(shè)置按鍵K5、編輯減值按鍵K4、編輯加值按鍵K3、確認(rèn)按鍵K2）、有源蜂鳴器、溫濕度傳感器、時(shí)鐘電路、風(fēng)機(jī)電路、顯示電路。RST引腳連接到復(fù)位電路，單片機(jī)的18引腳與19引腳連接晶振電路，20引腳接地，40引腳連接+5V電壓。圖3-2STC89C52芯片圖圖3-3主控電路原理圖1.3單片機(jī)最小電路復(fù)位電路如圖3-4：由一個(gè)10μf電容串聯(lián)一個(gè)10K電阻組成，電容連接+5V電壓，電阻連地。通過(guò)電容與電阻的組合產(chǎn)生不少于二個(gè)機(jī)器周期的高電平，達(dá)到可靠復(fù)位的目的。晶振電路如圖3-5：由兩個(gè)C2C3：22pF電容與一個(gè)X1：11.0592M的晶振組成，通過(guò)晶振與電容串聯(lián)，達(dá)到提供基準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)的目的。電源電路如圖3-6：本系統(tǒng)采用五伏供電電壓，使用Micro-USB傳統(tǒng)安卓接口進(jìn)行連接。圖3-4復(fù)位電路原理圖圖3-5晶振電路原理圖圖3-6電源電路原理圖1.4傳感器電路說(shuō)明DHT11傳感器模塊共有是3個(gè)引腳如圖3-7，VCC引腳連接+5V電源，GND引腳接地，DATA引腳連接單片機(jī)的IO口雙向傳輸信號(hào)，形成信息傳輸通道將采集到的信息以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸至單片機(jī)加以處理。在能完成目標(biāo)任務(wù)的同時(shí)能有效的節(jié)省單片機(jī)的引腳使用。圖3-7溫濕度傳感器圖1.5顯示電路說(shuō)明顯示電路由一個(gè)10KΩ可調(diào)電阻與LCD1602液晶顯示屏組成。LCD1602的8個(gè)引腳（D0-D7）連接至STC89C52單片機(jī)芯片，可調(diào)電阻VR1接LCD1602的VO引腳。LCD1602液晶顯示屏共有16個(gè)引腳如圖3-8，在電路連接中其腳1接地，16引腳接背光負(fù)極，2引腳接+5V電源，15引腳接背光正極，3引腳連接可調(diào)電阻，做液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端，4引腳連接單片機(jī)PIN1.7做寄存器，5引腳連接地線(xiàn)，6引腳單片機(jī)PIN1.6做使能端。在本設(shè)計(jì)中需要顯示的內(nèi)容有兩排共4個(gè)內(nèi)容，第一排顯示當(dāng)前年月日與當(dāng)前環(huán)境下的實(shí)時(shí)溫度，第二排顯示的是當(dāng)前時(shí)分秒與當(dāng)前環(huán)境下的實(shí)時(shí)濕度。顯示有以下幾種顯示結(jié)果（數(shù)值可變化如圖3-9、如圖3-10）：2022-01-02(表示2022年01月02日)T:17C(表示攝氏度17，單位°C)11:38:26(表示11時(shí)38分26秒)H:68%(表示相對(duì)濕度68，單位%)Temp_H：30C(表示溫度上限閾值為30，單位°C)Temp_H：30C>(表示可選擇進(jìn)入溫度上限閾值30的編輯，單位°C)Temp_H：30C>>(表示已進(jìn)入溫度上限閾值30的編輯，單位°C)Temp_L：10C(表示溫度下限閾值為10，單位°C)Temp_L：10C>(表示可選擇進(jìn)入溫度下限閾值10的編輯，單位°C)Temp_L：10C>>(表示已進(jìn)入溫度下限閾值10的編輯，單位°C) Humi_H:80%(表示相對(duì)濕度上限閾值為80，單位%)Humi_H:80%>(表示可選擇進(jìn)入濕度上限閾值80的編輯，單位%)Humi_H:80%>>(表示已進(jìn)入濕度上限閾值80的編輯，單位%) Humi_L:30%(表示相對(duì)濕度下限閾值為30，單位%)Humi_L:30%>(表示可選擇進(jìn)入濕度下限閾值30的編輯，單位%)Humi_L:30%>>(表示已進(jìn)入濕度下限閾值30的編輯，單位%) 2022-01-02Y（表示進(jìn)入“年”的編輯）2022-01-02M（表示進(jìn)入“月”的編輯）2022-01-02D（表示進(jìn)入“日”的編輯）11:38:26H（表示進(jìn)入“時(shí)”的編輯）11:38:26M（表示進(jìn)入“分”的編輯）11:38:26S（表示進(jìn)入“秒”的編輯）當(dāng)顯示屏顯示T（攝氏度）的值大于等于溫度上限閾值時(shí)，蜂鳴器連續(xù)鳴響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)降溫。當(dāng)顯示屏顯示T（攝氏度）的值小于等于溫度下限閾值時(shí)，蜂鳴器連續(xù)鳴響風(fēng)機(jī)靜止。當(dāng)顯示屏顯示T（攝氏度）的值在上限閾值與下限閾值之間時(shí)，蜂鳴器不鳴響風(fēng)機(jī)靜止。當(dāng)顯示屏顯示H（相對(duì)濕度）的值大于等于濕度上限閾值時(shí)，蜂鳴器連續(xù)鳴響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)除濕。當(dāng)顯示屏顯示H（相對(duì)濕度）的值小于等于濕度下限閾值時(shí)，蜂鳴器連續(xù)鳴響風(fēng)機(jī)靜止。當(dāng)顯示屏顯示H（相對(duì)濕度）的值在上限閾值與下限閾值之間時(shí)，蜂鳴器不鳴響風(fēng)機(jī)靜止。圖3-8顯示屏電路原理圖圖3-9顯示屏實(shí)際圖圖3-10顯示屏顯示菜單頁(yè)面圖1.6按鍵電路說(shuō)明因系統(tǒng)需求復(fù)位電路及進(jìn)入菜單編輯修改年月日、時(shí)分秒、溫度閾值及濕度閾值等較為復(fù)雜的操作，因此采用了5個(gè)獨(dú)立按鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)如圖3-11、3-12。K1為復(fù)位按鍵，主要作用當(dāng)按下K1按鍵一次輸入一次高電平，電路復(fù)位為初始狀態(tài)。K2為確認(rèn)按鍵，主要作用為確認(rèn)進(jìn)入菜單設(shè)置功能、確認(rèn)修改的年月日、溫度、時(shí)分秒、濕度給予保持值的功能。K3為編輯加鍵，主要作用為編輯項(xiàng)目（年月日、溫度、時(shí)分秒、濕度）數(shù)值的加法，單位均為1。K4為編輯減值鍵，主要作用為編輯項(xiàng)目（年月日、溫度、時(shí)分秒、濕度）數(shù)值的減法，單位均為1。K5為菜單設(shè)置鍵，主要作用為進(jìn)入菜單編輯模式及選擇編輯項(xiàng)目（年月日、溫度、時(shí)分秒、濕度）時(shí)的向下選擇。圖3-11K1復(fù)位按鍵電路原理圖圖3-12K2K3K4K5設(shè)置按鍵電路原理圖1.7報(bào)警電路本系統(tǒng)報(bào)警電路主要如圖3-13由一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)PNP型號(hào)的S8550三極管和一個(gè)1k電阻組成，連接在單片機(jī)的P1.3端口，接+5V電壓。系統(tǒng)初始化時(shí)持續(xù)向蜂鳴器輸送高電平信號(hào)，蜂鳴器不工作。當(dāng)溫濕度傳感器采集到的信號(hào)輸送至芯片與先前設(shè)定好的上下限閾值作比較，當(dāng)采集到的信號(hào)值大于或者小于設(shè)定好的上下限值時(shí)，芯片會(huì)向有源蜂鳴器輸送低電平信號(hào)，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音，相當(dāng)于向人們告警的作用。直至傳感器采集到的信號(hào)處于設(shè)定好的上下限值時(shí)芯片才會(huì)向有源蜂鳴器輸送高電平信號(hào)停止蜂鳴器的發(fā)聲。圖3-13報(bào)警電路原理圖

4軟件程序說(shuō)明2.1主控程序說(shuō)明本系統(tǒng)的主控芯片為STC89C52，采用PID算法實(shí)現(xiàn)溫度控制。PID算法是用于反饋概念的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在實(shí)際電路控制中由比例、積分與微分三種規(guī)律的控制，稱(chēng)為PID控制調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)主要運(yùn)用PID算法達(dá)到溫度自動(dòng)控制的功能。如圖4-1當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后進(jìn)行初始化，DHT11溫濕度傳感器開(kāi)始采集信息向STC89C52單片機(jī)進(jìn)行判斷，同時(shí)向LCD1602輸出顯示信息。若此時(shí)溫度大于或等于上限溫度閾值，則PID算法處理信息向風(fēng)機(jī)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)降溫同時(shí)蜂鳴器鳴響，直到再次判斷溫度小于上限溫度閾值；若此時(shí)溫度小于等于下限溫度閾值時(shí)，蜂鳴器鳴響。濕度控制則是由傳感器采集的數(shù)據(jù)輸送至芯片，與預(yù)先設(shè)定好的上下限值作比較，若此時(shí)濕度大于或等于上限濕度閾值，則單片機(jī)處理信息向風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸入信號(hào)全速轉(zhuǎn)動(dòng)除濕同時(shí)蜂鳴器鳴響，直到再次判斷濕度小于上限濕度閾值，蜂鳴器和風(fēng)機(jī)才會(huì)停止工作；若此時(shí)濕度小于等于下限濕度閾值時(shí)，蜂鳴器鳴響；圖4-1程序基本框圖2.2子程序說(shuō)明傳感器子程序說(shuō)明傳感器的主要作用使采集溫度濕度信息并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，如圖4-2因此系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，傳感器初始化就進(jìn)行信息采集，通過(guò)IO口傳遞至單片機(jī)就是一個(gè)程序循環(huán)。圖4-2傳感器子程序框圖菜單設(shè)置子程序說(shuō)明菜單功能的設(shè)置主要通過(guò)4個(gè)按鍵K2菜單設(shè)置鍵、K3編輯加值鍵、K4編輯減值鍵、K5確認(rèn)鍵完成。如圖4-3當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行并完成初始化時(shí)，單片機(jī)已準(zhǔn)備好信息的傳入判斷。當(dāng)檢測(cè)到K5菜單設(shè)置按鍵按下時(shí)，進(jìn)入菜單編輯模式同時(shí)LCD1602顯示菜單信息，菜單信息最先顯示（X表示實(shí)際數(shù)值）“Temp_H：XXC>”與“Temp_L：XXC”表示當(dāng)前可選擇調(diào)整溫度上限閾值，若此時(shí)按下K2確認(rèn)鍵則顯示“Temp_H：XXC>>”表示確認(rèn)調(diào)整溫度上限閾值可通過(guò)按下K3K4加減當(dāng)時(shí)的值。若按下K5菜單設(shè)置鍵則選擇跳轉(zhuǎn)至“Temp_L：XXC>”表示當(dāng)前可選擇調(diào)整溫度下限閾值。可以通過(guò)連擊K5菜單設(shè)置鍵選擇10種項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，分別為T(mén)emp_H：XC、Temp_L：XC、Humi_H:XX%、Humi_L:XX%、XXXX-XX-XXY、XXXX-XX-XXM、XXXX-XX-XXD、XX-XX-XXH、XX-XX-XXM、XX-XX-XXS。同時(shí)使用“>”與“>>”兩種符合表示兩種狀態(tài)：當(dāng)前可選擇、已確認(rèn)選擇正在編輯狀態(tài)。圖4-3菜單設(shè)置子程序框圖顯示子程序說(shuō)明LCD1602液晶顯示模塊是一個(gè)顯示元器件。想將字符固定顯示在特定的位置或者達(dá)到特定的顯示效果，可以將需顯示的字符輸入顯示字符位地址，通過(guò)單片機(jī)命令顯示模塊在相應(yīng)區(qū)域顯示相應(yīng)內(nèi)容，使用流程便捷。LCD1602代碼的編寫(xiě)也是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)長(zhǎng)CD1602液晶顯示屏已經(jīng)帶