单片机课程设计（论文）温度控制系统的设计

1、温度控制系统的设计【摘要】：本文阐述了使用AT89S52单片机作为主控制器，采用一线制数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，采用液晶1602作为显示器件,采用DS1302作为时钟设置芯片。该方案实现了目标温度的测量、显示与控制，并能实现万年历和设置闹钟提醒等功能。1 绪论3温度控制系统的设计背景31.2温度控制系统发展状况32 温度控制系设计要求33 温度控制系统的方案论证3温控系统的总体方案3 温度控制系统的各个模块的方案论证4 单片机控制芯片模块43.2.2 键盘控制模块4传感器测试电路模块5液晶显示模块54 硬件部分64.1主控芯片部分电路64.2各个模块电路74.2.1温度测量模块74.2.2实时时钟电路7液晶1602接口电路7温度控制电路8键盘控制部分9蜂鸣器报警模块115 软件部分1212各模块工作流程图12 DS18B20采集计算温度流程图13.2键处理子程序流程图146 系统调试14硬件调试14软件调试14测试结果与性能分析157 总结16第一章 绪论11温度控制系统的设计背景温度是一个和人们生活环境有密切关系的物理量，也是一个人们在科学实验和生产生活中经常需要加

2、以监测和控制的重要物理量。温度控制技术是一种比较重要的工业技术，不仅应用在化工、医疗、航空、航天等高科技领域，还应用在人们的日常生活中。在现代化电器装置中，许多设备也装有电风扇用于散热，但是在设备长期的运行中，若电风扇损坏的话，对设备的运行有潜在的威胁。为了保障设备的可靠运行，需要人们专门设计一个具有超温或低温报警功能温控系统，当设备的温度超过或低于某一限制时发出报警声，并能实现温度的自动调节。12温度控制系统发展状况 现在工业上用到的温度控制系统一般是干式变压器温度控制系统，经历了盘式温度表、毛细管式温控器、PTC（正温度系数）热敏电阻温控装置、铂热电阻测温装置的发展历程。随着电力工业的发展，温度控制系统的设计水平也相应的有所提高和完善。前三种温控系统逐渐被淘汰，铂热电阻温控系统则得到了长足发展。随着干式变压器应用领域的不断扩展，温度控制系统的功能也得到不断的完善A、B、C三相巡回显示；最大值显示；直接启停风机；超温、故障报警；光电耦合，冗余保护系统；自修正子程序等。第二章 温度控制系统设计要求系统设计要求1.采集温度，精度；2.实时显示温度；3.具有实现万年历的功能，通过液晶显示，

3、要求可以设置年、月、日、星期、小时、分钟和秒；4.温度控制范围：2040：当温度T=40时，能驱动鼓风机电路运转降温，并发出报警；当温度低于20时，能驱动加热电路加热。第三章 温度控制系统方案论证 温控系统的总体方案本系统由51系列单片机AT89S52、按键、时钟、液晶显示和外围降温、加热电路等部分构成。对温度进行实时采集并通过程序设定最高温度、最低温度。采集到的实时温度通过串口向单片机进行传输，最后将测得的结果发送到液晶1602显示出来。该系统对所测得的温度值进行分析，当温度高于或者低于设定的温度限时自动报警，并驱动相应的降温或加热设备，以达到对温度智能控制，从而使环境温度维持在设定的有利温度范围内。系统总体结构图如图3-1 图3-1 温控系统总体结构框图32温度控制系统的各个模块的方案论证 单片机控制芯片模块方案一：PIC16C84单片机。是8位CMOS EEPROM微控制器。它有高性能的类似于RISC的指令，共有35条单字节的指令，所有的指令除程序分支指令需要两个指令周期外，都只需要一个指令周期。程序指令的宽度为14位，在芯片内有1K14的EEPROM程序存储器。方案二：凌阳SP

4、CE061A单片机。该芯片拥有8路10位精度的ADC，两路10精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。另外凌阳十六位单片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用为软件开发提供了方便的条件。SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（unSP IDE）用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口进行下载。 方案三： AT89S52单片机。是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。易失性存储与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 基于以上所述，根据系统需要本设计选方案三。.2 键盘控制模块方案一：独立式键盘。如图3-2。它是利用单片机I/O口读取口的电

5、平高低来判断是否有键按下，这种方式的缺点是占用的I/O 口数较多。 图3-2方案二：44矩阵键盘。如图3-3。矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。图3-3 基于以上所述，根据系统需要我选方案二。.3传感器测试电路模块方案一：热敏电阻。可满足40-90的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差，对于检测小于1的温度信号是不适用的。方案二：DS18B20温度传感器 。采用“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C到 +125C，在-10到+85C范围内,精度为C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，支持3V-5.5V的电压范围， DS18B20可以程序设定9-12位的分辨率，精度为C。综合上述，采用方案二。3.2.4液晶显示模块方案一：数显液晶模块。是一种由段型液晶显示器件于专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标识符号。

6、段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。方案二：液晶点阵字符模块。它是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构件装配而成的，可以显示数字和西文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。方案三：点阵图形液晶模块。模块也是点阵模块的一种，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空格。因此可以显示连续、完整的图形。考虑到实用性和经济性，本设计选择方案二。第四章 温度控制系统的硬件部分41主控芯片部分电路 图4-142各个模块电路421温度测量模块DS18B20通过P3.3口和AT89S52进行通讯。GND为接地线， Q为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VCC为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3O55 V。其接口电路如图4-2. 图4-2422实时时钟电路到，采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传递多个字节的时钟信号或RAM数据。其接口电路如图4-3. 图4-3液晶1602接口电路 字符型液晶模块1602是一种用57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。本设计用到的是最常用的2行16个字的1602液晶模块.接口电路如图4-4. 图4-4温度控制电路 当温度高于设定的温度上限时，驱动外围降温设备（这里用鼓风机来降温）；当温度低于设定的温度下限时，驱动外围加热装置，以使温度维持在有利得范围内。降温电路和加热电路分别如图4-5，4-6。 图4-5 降温电路其中4N251,4N252代表光耦P251；Q5,Q6代表三极管9013；Q1Q4代表达林顿管TIP132；B1代表直流电机。 图4-6 加热电路键盘控制部分采用44矩阵键盘的形式。（1） 原理图 图4-7（2） 按键说明 K4 设定闹钟使能与禁止。按K4键后，LCD1602的第二行的最右边有小喇叭显示，闹钟使能。再按K4键，不显示小喇叭，闹钟禁止。K3 时间设定键。设定顺序：年，月，日，星期，时，分，秒。被选中的设定位闪动。K2 加键 。设定数增加K1 减键。设定数减少每当有键按下，蜂鸣器会响一声。双键功能：K1 K2先按住K1，然后再按K2，写入程序默认时间值。06/05/01 Week：1Time： 23：59：

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