溫度控制系統(tǒng)設計 (2)

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1、摘要： 3 溫度控制系統(tǒng)設計 題 目: 基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)設計 姓 名: 應連兄 呂偉 學 院: 工學院 專 業(yè): 自動化 班 級: 自動化121、122 學 號: 32212110 32212206

2、 指導教師: 胡飛 呂成緒 職稱: 講師 2019年 10月 29 日 南京農(nóng)業(yè)大學教務處制 一、系統(tǒng)設計 4 1.1 項目概要 4 1.2設計任務和要求： 4 二、 硬件設計 5 2.1 硬件設計概要 5 2.2 信息處理模塊 5 2.3 溫度調(diào)節(jié)模塊 6 2.3.1傳感器DS18b20簡介 6 2.3.2實驗模擬電路圖 7 2.3.3程序流程圖 8 2.3.4仿真圖模型..............................................................

3、..... 8 2.4報警電路模塊 9 2.4.1信號燈 9 2.4.2蜂鳴器報警 10 2.5電機旋轉模塊 12 2.6 秒表和時模塊.............................................................................12 2.7顯示模塊.......................................................................................12 三、仿真后，部分顯示成果 13 四、兩周實習總結 15 五、參考文獻 17 六

4、、附錄 17 6.1原理圖 17 6.2參考程序………………………………………………………...17 摘要： 隨著社會發(fā)展的腳步，在各行各業(yè)追求經(jīng)濟效益已成為首要任務。在工農(nóng)業(yè)以原始的運行方式逐步發(fā)展為自動化的過程中，無論是在哪個階段對影響生產(chǎn)效率的某一因素如溫度，時間，濕度·······實現(xiàn)定量的控制，直觀的顯示會大大提高人類勞動力的價值，增加經(jīng)濟效益。本次實習設計是基于51單片機控制，將DS18b20溫度傳感器實時溫度轉化，通過1602液晶對本程序設計的溫度——高溫40攝氏度，低溫30攝氏度實行實時顯示，由MP28GA步進電機的順時針轉動（溫度高于40攝氏度）與逆

5、時針旋轉（溫度低于30攝氏度）直觀的、動態(tài)的顯示，并由高溫、低溫報警信號燈以和蜂鳴器對溫度實現(xiàn)進一步的顯示，以達到對溫度的自動控制。實驗結果顯示，此設計能達到效果并將溫度作進一步的精確。 關鍵字： 51單片機；DS18b20傳感器；LCD1602液晶；MP28GA步進電機 Abstract: With?the pace of social development,?the pursuit of economic?benefits?in all walks of life?has become a task of top priority.?In industry and agricultu

6、re?to run?the original way of?the progressive development of?automation?in the process,whether it is?the stage at which?influence on the?production efficiency?of a certainfactors such as temperature,?time,?humidity control?- -?- - - - -?to achievequantitative,?intuitive display?will greatly enhance

7、the?value?of human?labor,increase economic benefits.?The?practice?of design?is based on 51 MCU control,DS18b20?temperature sensor?real time temperature?transformation,?through the 1602 liquid crystal?on?the program design?of temperature,?temperature 40 degrees Celsius,?low temperature?of 30 degrees

8、Celsius?to implement?real-time display,?by the?motor?torotate clockwise?(temperature above 40?degrees Celsius)and?counterclockwise?(temperature?below 30?degrees Celsius)?intuitive,?dynamic display,?and by the?high temperature,?low temperature alarm?signal?lamp andbuzzer?achieve further?display

9、?of?temperature,?in order to achieve?the automatic control of temperature.?Experimental results show that?this design?can achieve the result?and the temperature?further?precise. Key word: monolithic integrated circuit ; Sensors; DS18b20；LCD1602 LCD;MP28GA stepper motor 一、系統(tǒng)設計 1.1 項目概要 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程

10、以和日常生活中溫度控制系統(tǒng)起著非常重要的作用。在構建資源節(jié)約型，環(huán)境友好型的社會進程中，保證資源的不浪費是至關重要的，就溫度來說，溫度的過高過低不僅會影響生產(chǎn)效率，帶來資源的浪費，而且會給工作人員的安全帶來一定的隱患。為了在各方面收到令人滿意的效果，本次的基于AT89S52的單片機溫度控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，能通過步進電機的正傳反轉直觀的顯示系統(tǒng)是處于高溫狀態(tài)還是低溫狀態(tài)，能通過LCD液晶上的顯示時間知道溫度過高過低的持續(xù)時間，具有很好的應用價值與應用前景。 1.2設計任務和要求： (1) 采用DS18B20作為溫度傳感器進行溫度檢測（本設計中采用手動調(diào)節(jié)溫度的高低）； (2) 在LCD上

11、顯示溫度； (3) 用步進電機的正傳、反轉對應所設計的高溫、低溫； (4) 在LCD上顯示秒表以檢測從系統(tǒng)開始時溫度達到高溫、低溫時所用時間，計算出系統(tǒng)超過高低溫的時間； (5) 在所設溫度上下限的前提下超過最高溫度或低于最低溫度時通過LED、蜂鳴器報警。 二、 硬件設計 2.1 硬件設計概要 根據(jù)應用、設計、項目需求，將此系統(tǒng)分為以下幾個模塊，分別是信息處理模塊，溫度調(diào)節(jié)模塊、報警電路模塊、電機旋轉模塊、秒表計時模塊，顯示模塊。 2.2 信息處理模塊 AT89S52是ATMEL公司的以8031核構成的8位Flash單片機系列。這個系列單片機的最大特點就是在片內(nèi)含有Fla

12、sh存儲器，AT89S52單片機是一種低功耗高性能的CMOS8位微控制器，內(nèi)置8KB可在線編程閃存。該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的80C51指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過SPI串行口改寫或用同用的非易失性存儲器改寫。通過把通用的8位CPU與可在線下載的Flash集成在一個芯片上，AT89S52便成為一個高效的微型計算機。它的應用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低。單片機模塊如圖（1） 所示。 圖(1)單片機模塊 2.3 溫度調(diào)節(jié)模塊 2.

13、3.1傳感器DS18b20簡介 DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18b20簡介新的“一線器件”，體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟。Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新的概念。DS18b20、DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18b20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃ ~ +125℃，在-10℃~ +85℃范圍內(nèi)，精度為0.5℃。DS18b20的精度較差為2℃。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，

14、大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測量類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~ 5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18b20內(nèi)部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18b20的實驗板原理接線圖如圖（2）： 圖（2） DS18b20的實驗板接線圖 其中：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 2.3.2實驗模擬電路圖 溫度檢測控制模擬電路圖ds18b2

15、0原件和其連線如圖（3）溫度此傳感器上顯示的溫度同步顯示到LED顯示器上，并有加溫，減溫按鈕。 圖（3）溫度檢測控制模擬電路圖 2.3.3程序流程圖 圖（4）主程序流程圖 2.3.4仿真圖模型化： 圖（5）仿真模型圖 2.4報警電路模塊 2.4.1.信號燈： 根據(jù)所設溫度的不同，當LCD顯示的溫度超過所設的最高溫度40攝氏度時led燈D1閃爍，當LCD顯示的溫度低于所設的最低溫度30攝氏度時led燈D2閃爍，已達到警示溫度的效果。

16、 圖（6） LED報警燈 2.4.2.蜂鳴器報警 根據(jù)所設溫度，當LCD顯示的溫度超過所設的最高溫度40攝氏度或低于最低溫度30攝氏度時，蜂鳴器都會響，以達到高溫或低溫的報警效果，有助于保護工作人員的人身安全，保護機器設備，減少不必要的損失。 圖（7） 蜂鳴器 2.5電機旋轉模塊 根據(jù)所設溫度的不同，當LCD顯示的溫度超過所設的最高溫度40攝氏度時，步進電機順時針轉動（程序里所設）；當LCD顯示的溫度低于所設的最低溫度30攝氏度時，步進電機逆時針旋轉，當LCD顯示的溫度在30至40攝氏度（程序所設）時

17、，步進電機停止轉動。 圖（8）電機旋轉圖 2.6秒表計時模塊 程序開始執(zhí)行后，LCD先顯示組員的學號與姓名，隨后在LCD的第一行顯示溫度，第二行顯示時間，程序所設初始時間是23:59:56，由此時間開始秒表的顯示，目的是知道程序開始運行后經(jīng)過多長時間溫度達到了最高值，并計算出達到最高溫度后所經(jīng)過的時間，以提示相關工作人員注意溫度的調(diào)節(jié)，節(jié)省電，從而達到節(jié)約資源與能源的效果。 圖（9）秒表顯示圖 2.7顯示模塊。 通過采集ds18b20的溫度，以和程序所設的溫度值，將采集到的溫度同步顯示到LED顯示器上，精確到小數(shù)點

18、后第一位。如下圖 圖（10）顯示電路 三、仿真后，部分顯示成果 圖（11） 啟動時顯示學號和姓名拼音的縮寫 圖（12） 隨后顯示溫度（精確到小數(shù)點后一位）以和時鐘功能 圖（13）溫度達到40度時，高溫報警啟動，D1亮，蜂鳴器鳴叫，同時步進電機正轉 圖（14）溫度達到30度時，低溫報警啟動，D2亮，蜂鳴器鳴叫，同時步進電機反轉 圖（15）當溫度在30與40度之間時，僅僅顯示溫度與時間，報警燈不亮，步進電機不轉，蜂鳴器也不響 四、兩周實習總結 這次單片機

19、實習我們的題目是溫度檢測。老師一共給出了三個題目，我們通過抽簽抽到了這個題目。起初剛拿到這個題目時真的是一點兒頭緒都沒有，雖然上學期學了單片機，但這個溫度傳感器DS18B20卻是一點都不了解，感覺無從下手。好在老師給了很多資料，無奈之下，只有一點一點的看，一點一點的學，還有不會的就去網(wǎng)上找視頻看。前兩三天幾乎都沒動手開始做，等到弄得差不多懂了的時候才開始動手設計。我們剛開始是先做最簡單的功能即顯示溫度。雖然簡單但也遇到了一些問題，但都是一些變量定義的問題，所以還是解決掉了。接著我們就開始往上加功能，我們加了一個時鐘和電機，顯示溫度時顯示時間，高溫報警時，電機正傳，低溫報警時，電機反轉。其中讓我

20、印象最深刻的就是畫仿真圖時，把兩個芯片的引腳直接接在了一起，在仿真時不管怎么弄電機就是不轉，我們也是很困惑。后來發(fā)現(xiàn)引腳端的電平?jīng)]變化，一直是灰的，才意識到兩個芯片根本沒有連好。另一個問題就是時鐘模塊時間總是走不準，通過向大神的請教才知道是電機程序的循環(huán)占了一定的執(zhí)行時間導致定時器的定時不準。通過整個實習，我們遇到過很多問題，但通過我們的努力我們還是一個個的解決掉了，整個項目完成時，沒有感覺到累，反而是特別的激動，感覺很有成就感。通過這個實習，學到了很多，也收獲了很多。 雖然說單片機實習結束了，但覺得它對我們以后的就業(yè)確實有很大幫助，就這次實習過程中所了解的，雖然上位機沒有做成功，但的的確

21、確感受到了單片機的強大，也感受到了單片機的作用，以前雖然學過單片機的課程但“上位機”三個字聽都沒聽過，別說自己揣摩著作，這次還是從別的同學那里聽到的，自己也著手做了一點，但由于時間原因沒有做成功，這一點感到非常的遺憾，不過以后還是有時間的，可以在接下來的時間里好好琢磨單片機的相關知識，希望在以后的工作與學習中以和生活中用到，真真做到學以致用。 這次的實習相比以往有很多不同的地方，首先是分組的情況，以前一般都是和自己熟悉的或學號挨著比較近的學生一個小組，但這次我和二班的同學一組，雖然說我們都不是學霸，但我們沒有放棄，仍然以自己的進度來完成本次實習，雖然說在學習的過程中遇到了許多問題，如程序報錯

22、，仿真電路圖有錯，步進電機不轉等等，這些問題我們先解決，如果是在解決不了就找其他同學幫忙調(diào)解然后明白自己錯在了哪里，這樣一步步的下來確實學到了不少東西。以前覺得非常難的單片機經(jīng)過這次的實習也沒覺得很難，即使單片機的只是很豐富?？偟膩碚f自己對這次的實習還是可以的，獲得了許多書本上的知識，獲得了許多實踐的知識，獲得了許多無法在課堂上學到的東西。 本次實習也算是大學的最后一次是實習，我們小組一起討論過，思考過，也為了一個小問題苦惱過，如LED燈不亮，蜂鳴器不響，步進電機不轉，LCD上溫度顯示不穩(wěn)定，秒表顯示不出來等等，兩周下來，看自己做的設計雖然說沒有達到自己非常想要的結果，但還是令人欣喜的，因為

23、我們解決了遇到的種種問題，雖然說有些問題不是我們自己解決的，但還是突破了障礙，做到了最后一步，還是非常感謝這次實習的機會，能夠綜合的鍛煉我們的能力，提高自己的動手能力，設計思維，總結能力，這給我們今后的工作帶來了一定的好處。 通過做上位機真切的感受到了單片機，VC的強大，在知識的海洋里我們永遠是渺小的，饑渴的，還有很多知識等待我們?nèi)W習，還有很多驚喜等著我們自己去挖掘，學習才有收獲，實踐才能錘煉知識，多學習，多實踐，多收獲。 五、參考文獻 [1] 郭天祥.新概念51單片機C語音教程——入門提高開發(fā)拓展攻略 [M].北 京：北京：電子工業(yè)出版社，2009. [2] 韓廣興.電子元器件與

24、實用電路基礎[M].北京：電子工業(yè)出版社，2019. [3] 方大千，朱麗.電子控制系統(tǒng)裝置制作入門[M].北京：國防出版社，2019. [4] 劉向舉,劉麗娜. 基于單片機的智能溫度測控系統(tǒng)的設計[J]. 齊齊哈爾大 學學報(自然科學版). 2019(03) [5] 黃文力,鄧小磊. DS18B20數(shù)字溫度傳感器接口程序的時序[J]. 儀器儀表 用戶. 2019(06) [6] 黃曉林. 一種實用型智能恒溫控制系統(tǒng)設計[J]. 自動化技術與應用. 2019(11) [7] 王文,王直. 基于ARM和DS18B20的溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 電子設計工程. 2

25、019(20) [8] 陳錫華,賈磊磊. 溫度傳感器DS18B20序列號批量搜索算法[J]. 單片機與 嵌入式系統(tǒng)應用. 2019(09) 六、附錄 6.1原理圖 6.2參考程序 6.2.1 main.c： #include #include #include #include "lcd.h" #include "temp.h" #define _Nop() _nop_() //定義空指令 #define uchar unsigned char #define uint unsigne

26、d int unsigned char date[]="32212206 lvwei"; unsigned char date1[]="32212110 ylx"; unsigned char time[]=" TIME 23:59:55 "; uchar DateTime[7]; unsigned char int_time; unsigned char second=55,minute=59,hour=23; uint tvalue; uchar i=0; sbit SPK=P1^7; 設置LCD位置 void SET_LCD

27、_POS(uchar p) Write_LCD_com(p|0x80); LCD寫程序 void LCD_string(uchar p,uchar *s) uchar i; SET_LCD_POS(p); for(i=0;i<16;i++) { Write_LCD_Data(s[i]); DelayMs(5); void format_datetime(uchar d,uchar *a) a[0]=d/10+'0';a[1]=d%10+'0'; void display2(int temp) form

28、at_datetime(DateTime[3],LCD_DSY_BUFFER1+10); TEM_BCD(GET_TEMP()); LCD_string(0x00,LCD_DSY_BUFFER1); 設置電機 unsigned char code FFW[8]= { 0xf1, 0xf3, 0xf2, 0xf6, 0xf4, 0xfc, 0xf8, 0xf9 }; unsigned char code REV[8]= { 0xf9, 0xf8, 0xfc, 0xf4, 0xf6, 0xf2, 0xf3, 0xf1 }; char

29、 code reserve[3]_at_ 0x3b; //保留0x3b開始的3個字節(jié) 電機正傳 void motor_ffw(unsigned int n) unsigned char i; unsigned int j; for (i = 0; i < 8; i++) //一個周期轉30度 P1 = FFW[i]; //取數(shù)據(jù) DelayMs(8); //調(diào)節(jié)轉速 P1 = 0xf0; //使步進電機掉電 步進電機反轉(轉n*30度) voi

30、d motor_rev(unsigned int n) unsigned char i; unsigned int j; for (j = 0; j < n; j++) //轉n*30度 for (i = 0; i < 8; i++) //一個周期轉30度 P1 = REV[i]; //取數(shù)據(jù) DelayMs(8); //調(diào)節(jié)轉速 P1 = 0xf0; //使步進電機掉電 鐘表顯示 void clock_write(unsigned int s,unsigned int m

31、,unsigned int h) write_sfm(0x48,h); write_sfm(0x4b,m); write_sfm(0x4e,s); 主函數(shù) void main() LCD_Init(); write_string(0x80,date); write_string(0xC0,date1); DelayMs(500); TMOD = 0x10; TH1 = 0x4C; TL1 = 0x00; EA = 1; ET1 = 1; TR1

32、= 1; int_time=0; while(1) if(i==0) Write_LCD_com(0x01); while(i==0) display2(); if(htvaluetemp==1) motor_ffw(12); //電機正轉360度 HT=0; SPK=1; else HT=1; SPK=0; if(ltvaluetemp==1) motor_rev(6); //電機反轉180

33、度 LT=0; SPK=1; else LT=1; SPK=0; void T0_interserve(void) interrupt 3 int_time++; if(int_time==20) int_time=0; second++; clock_write(second,minute,hour); if(second==60) second=0; minute++; if(minute==60) minute=0; hour++; if(hour==24

34、) hour=0; TH1 = 0x4C; TL1 = 0x00; 6.2.2 LCD.h #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit RS = P0^2; sbit RW = P0^1; sbit EN = P0^0; char code reserve[3]_at_ 0x3b; //保留0x3b開始的3個字節(jié) void delay(uint z) //延時函數(shù)，此處使用晶振為11.0592MHz uint x,y

35、; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); /** LCD1602程序模塊 **/ void DelayMs(uint t) uint i,j; for(i=t;i>0;i--) for(j=246;j>0;j--); 讀LCD狀態(tài) uchar Read_LCD_State() { uchar state; RS=0; RW=1; EN=1; DelayMs(1); state=P0

36、; EN=0; DelayMs(1); return state; 忙則等待 void LCD_Busy_Wait() { while((Read_LCD_State()&0x80)==0x80); DelayMs(5); LCD寫數(shù)據(jù) void Write_LCD_Data(uchar dat) { LCD_Busy_Wait(); RS=1; RW=0; EN=0; P2=dat; EN=1;

37、 DelayMs(1); EN=0; LCD寫指令 void Write_LCD_com(uchar i) { LCD_Busy_Wait(); RS=0; RW=0; EN=0; P2=i; EN=1; DelayMs(1); EN=0; LCD初始化 void LCD_Init(void) Write_LCD_com(0x38); //顯示模式設置 DelayMs(1);

38、 Write_LCD_com(0x38); DelayMs(1); Write_LCD_com(0x38); DelayMs(1); Write_LCD_com(0x38); Write_LCD_com(0x08); //顯示關閉 Write_LCD_com(0x01); //顯示清屏 Write_LCD_com(0x06); //顯示光標移動設置 DelayMs(1); Write_LCD_com(0x0C); //顯示開和光標設置 void

39、write_string(uchar addr,uchar *p)//采用指針的方法輸入字符，n為字符數(shù)目 Write_LCD_com(addr); while(*p!='\0') Write_LCD_Data(*p++); void write_sfm(uchar addr,uchar dat)//向指定地址寫入數(shù)據(jù) uchar shi,ge; shi=dat/10; ge=dat%10; Write_LCD_com(0x80+addr); Write_LCD_Data('0'+shi); Write_LCD_Data('0'+ge);

40、6.2.3 TEMP.H sbit DQ =P3^7; //DS18B20溫度 sbit HT=P0^3; //高溫報警 sbit LT=P0^4; //低溫報警 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int bit flag; uint tvalue; extern uchar htvaluetemp=0,ltvaluetemp=0; extern uchar LCD_DSY_BUFFER1[]={"temperature: "}; //LCD顯示緩沖 void DelayUs(u

41、char us) while(us--); ds1820復位 uchar ds1820rst() unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ復位 DelayUs(8); //延時 DQ = 0; //DQ拉低 DelayUs(100); //精確延時大于480us DQ = 1; //拉高 DelayUs(8); x=DQ; DelayUs(100); DQ=1; return x; 18B20讀數(shù)據(jù)

42、uchar ds1820rd() unsigned char i; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) DQ = 0; //給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; //給脈沖信號 _nop_(); _nop_(); if(DQ) dat|=0x80; DelayUs(30); DQ=1; return(dat); 18B20寫指令 void ds1820wr(uchar wdata)

43、 uchar i; for (i=8; i>0; i--) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; DelayUs(5); DQ = 1; wdata>>=1; /*讀取溫度值并轉換*/ uint GET_TEMP() uchar a,b; if(ds1820rst()==0) { ds1820wr(0xCC); //跳過讀序列號 ds1820wr(0x44); //啟動溫度轉換 ds1820rst(); ds1820wr(0xCC); //跳過讀序列號 ds1820wr(0xBE); /

44、/讀取溫度 a=ds1820rd(); b=ds1820rd(); tvalue=b; tvalue<<=8; tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0x0FFF) flag=0; else tvalue=~tvalue+1; flag=1; tvalue=tvalue*(0.625)+0.5; //溫度值擴大10倍，精確到1位小數(shù) htvaluetemp=0; ltvaluetemp=0; if(tvalue>=400) htvaluetemp=1; if(tvalue<=300) ltvaluetemp=1; return(tvalue); 溫度BCD轉換 void TEM_BCD(uint i) uint a,b,c; a=i/100; b=i%100/10; c=i%10; LCD_DSY_BUFFER1[11]=a+'0'; LCD_DSY_BUFFER1[12]=b+'0'; LCD_DSY_BUFFER1[13]='.'; LCD_DSY_BUFFER1[14]=c+'0'; LCD_DSY_BUFFER1[15]='C'; 第 15 頁