基于单片机温度控制系统——硬件部分.doc
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1、基于单片机温度控制系统基于单片机温度控制系统硬件部分硬件部分 摘摘 要:要:本系统采用 STC89C52 单片机为检测控制中心,在硬件方面,主要应用性价比高的 STC89C52 单片机、LCD1602 液晶显示屏、DS18B20 温度传感器、7805 三端稳压器等使用方 便,价格适中的元器件,而软件方面,则使用 C 语言进行程序编写。基于设计成本和制作 工艺的考虑,该系统设计在能满足基本的功能要求基础上尽量以低成本、高性能、可拓展 原则来进行设计。 关键词:关键词:温度控制、单片机、温度传感器 、温度测量 Based on the single chip microcomputer tempe
2、rature control system - the hardware part Abstract: this system adopts the STC89C52 single-chip microcomputer to detect and control center, in the aspect of hardware, the main application of cost-effective STC89C52 SCM, LCD1602 LCD 7805 three-terminal voltage regulator, DS18B20 temperature sensor, s
3、uch as easy to use, moderate price of components, and software, using C language for programming. The whole system design on the basis of can realize the basic function as far as possible at low cost, high performance and scalable principles for design. Keywords: temperature control, microcontroller
4、, temperature sensors, temperature measurement 1 目录目录 第第 1 1 章章 绪论绪论1 1 1.1 课题的背景及意义 1 1.2 课题研究的内容及要求 1 1.2.1 课题研究的内容.1 1.2.2 课题研究的要求.2 1.3 课题的研究方案 2 第第 2 2 章章 设计理论基础设计理论基础4 4 2.1 STC89C52 系列单片机介绍4 2.1.1 STC89C52 系列引脚功能4 2.2 LCD1602 液晶显示屏4.6 2.3 DS18B20 温度传感器.7 2.4 7805 三端稳压器7 第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计
5、5 5. .8 8 3.1 单片机控制单元 8 3.2 电源输入模块 9 3.3 温度采样模块 .10 3.4 显示模块 .10 3.5 温度控制模块 .11 3.6 晶振电路模块 .12 3.7 复位电路模块 .12 3.8 蜂鸣器模块 .13 第第 4 4 章章 软件设计软件设计1414 4.1 主程序流程图 .14 4.2 按键流程图 .14 4.3 温度流程图 .15 4.4 显示流程图 .16 第第 5 5 章章 电路总体电路总体 PCBPCB 设计及制版设计及制版1616 5.1 PCB 设计和制版616 5.2 最终成品 .18 第第 6 6 章章 系统硬件调试系统硬件调试7 7
6、及结论分析 及结论分析1919 6.1 硬件电路故障及解决方法 .19 6.2 系统仿真图 .19 6.3 作品整体调试 .20 6.4 结论分析 .23 第第 7 7 章章 心得体会心得体会2323 致谢致谢2525 2 参考文献参考文献2626 附录附录 温度控制系统元件清单温度控制系统元件清单2727 1 基于单片机温度控制系统基于单片机温度控制系统硬件部分硬件部分 专业班级:10 通信工程(1)班 王明敏 指导老师:祁浩东 讲师 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 课题的背景及意义 在日趋发达的社会工农业生产中,温度测量变得越来越重要,同时,对测 量精度的要求也随之提高,于是,各种新
7、型的温度传感器1也如雨后春笋般出 现在各行业中,与此同时,人们对温度的检测和控制方法也相应的提出了更高 的要求,于是,智能化逐步成为温度控制的主流。一个足够智能的温度控制系 统,可以广泛应用在室内温度监视、蔬菜大棚保温以及保证孵化棚温度等众多 工农业生产中,并创造可观的收入和发展前景。另外,在某些特殊环境下,如 果人工的去调试温度的测量会存在一定的危险性,考虑到作业人员的人身安全 和一些突发状况,还有系统生产的成本,基于单片机智能化的温度控制系统逐 渐将占据工农业生产中极其重要的位置。 目前,相当多的温度控制系统使用的是电子式控制方式,其缺点:(1)由 于系统整体比较复杂及受到限制的模拟仪表的
8、实现功能,导致这些控制系统均 采用最简单的控制方式,不能很好的提供控制性能;(2)系统使用的逻辑元器 件过多而且残旧,使整个电路结构变得更为复杂,同时也让设备的日常维护与 管理变得更为困难,综上所述,我们认为,此类控制系统已无法满足目前飞速 增加的性能需求,而必须研发新的控制方式。通过不断查找资料和探索,我们 提出了基于单片机的温度控制方式。 1.2 课题研究的内容及要求 1.2.1 课题研究的内容 本毕业设计研究的是基于单片机2的温度控制系统,在原本模拟控制系统 的基础上做出改变。其主要思路如下:以 STC89C52 单片机为系统控制中心,通 2 过外部按键人为设定系统温度的上下限值,利用
9、DS18B20 温度传感器完成环境 温度的采集,温度会实时显示在 LCD 液晶显示屏上。当采集的温度高过设定温 度值上限时,单片机通过三极管驱动控制制冷模块的继电器 1 开始工作,此时 该继电器的红灯闪烁,蜂鸣器响一声,提醒制冷模块开始工作,风扇开始向外 送风,制冷片开始制冷,当温度下降到低于设定值 1时,制冷模块停止工作, 温度保持在该温度。当采集的环境温度低于设定的温度值下限时,单片机通过 控制三极管启动控制加热模块的继电器 2 工作。此时该继电器的红灯闪烁,蜂 鸣器响一声,提醒加热模块开始工作,加热板开始加热,直到温度上升到高于 设定下限值 1时,加热模块停止工作,温度传感器继续实时监测
10、环境的温度, 通过液晶显示屏显示出来。整个系统有外接电源提供能源,12V 的外接电压通 过 7805 三端稳压器3稳压后向系统提供 5V 电源。按下开关按键系统即可工作。 1.2.2 课题研究的要求 (1)能够在设定的温度范围内保持恒温。 (2)能够实现加热或降温控制。 (3)通过 STC89C52 单片机控制,温度的设定值由外部按键人为设定,采 集到的温度值显示在使用的液晶显示屏上。 (4)能够设定室内的温度值,设定范围是 1545。 (5)能够持续测量环境内的温度,采集到的温度值实时显示在使用的显示 屏上。 1.3 课题的研究方案 在这次设计之前,经过对比、商议几种不同设计方案的利弊与实现
11、难易度, 我们得出的结果如下: 方案一:(见图 1-1) 3 图 1-1 方案一图 该方案是一种比较传统的采用模拟电路来进行控制的系统,负载是否进行 加热或降温处理取决于反馈电路反馈回来的温度值与系统设定的温度值的比较, 系统通过继电器驱动负载工作。另外,系统的温度值设定工作由电位器执行, 比较难以随时改变。尽管采用了上下限比较电路,但还是无法达到要求的控制 精度。另外也不能使用液晶显示屏或数码管显示。 方案二:(见图 1-2) 图 1-2 方案二图 此方案采用 STC89C52 单片机来实现系统控制。使用单片机软件编程具有很多优 点,而且系统的温度值可以由外部按键认为设定设定,并通过显示屏来
12、实时显 示室内实际值,为生产和生活带来极大方便。本方案选择的 STC89C52 内含存储 器,没有外加元器件的冗余使整个系统变得更简洁,制作工艺变得更为容易。 结论:方案一采用的是传统控制方式,无论是控制运算还是控制方式都很 4 难进行修改,甚至有很多不能满足方案的可行性。而方案二选择以单片机为核 心的控制系统,无论是系统的测试精度还是智能性都有了很大突破,另外,还 可以通过按键实现温度控制值的设定,并显示出来,为人们的生活和生产带来 极大方便。所以,经过对比、分析讨论方案的利弊、可行性、元器件采购的难 易度等问题后,我们慎重的选择了方案二作为我们本毕业设计的执行方案。 第第 2 2 章章 设
13、计理论基础设计理论基础 本设计系统主要由:输入电源、环境温度采集、温度显示、单片机控制、 升温模块、降温模块等基本单元组成,接下来将对各单元进行详细的介绍。 2.1 STC89C52 系列单片机介绍 本次设计中我们选用的是 STC89C524芯片,它是一种低电压、超强抗干扰、 高性能 COMOS8 位的带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的微处理器,其指 令代码完全兼容传统的 8051 单片机,通过烧入程序实现相应的功能。 图 2-1 STC89C52 芯片实物图 2.1.1 STC89C52 系列引脚功能 STC89C52 共有 40 个引脚,其逻辑引脚图如图 2-2 所示: 5 图 2
14、-2 STC89C52 引脚图 STC89C52 引脚的各项功能具体解释如下表 2-3 所示: 表 2-1 STC89C52 引脚功能说明 分类引脚名称功能说明 VCC(Pin40)电源输入,接5V 电源主电源引脚(2 根) VSS 接地线 XTAL1 片内振荡电路的输入端外接晶振引脚(2 根) XTAL2 片内振荡电路的输出端 RST/VPP(Pin9) 复位引脚 ALE/PROG(Pin30) 地址锁存允许信号 PSEN(Pin29) 外部存储器读选通信号 控制引脚(4 根) EA/VPP(Pin31) 根据电平的高低选择从内或 外部 ROM 读指令 P0 口(Pin39Pin32)8 位
15、双向输入/输出口线,名 称为 P0.0P0.7 P1 口(Pin1Pin8)8 位准双向 I/O 口线,名称 为 P1.0P1.7 可编程输入/输出引脚(32 根) P2 口(Pin21Pin28)8 位准双向 I/O 口线,名称 为 P2.0P2.7 6 P3 口(Pin10Pin17)8 位准双向 I/O 口线,名称 为 P3.0P3.7 2.2 LCD1602 液晶显示屏5 LCD1602 是指显示内容为 162 的液晶模块,2 表示两行, 16 表示 16 个 字符,工作电压 3.3V 或 5V,通过调节按钮可改变它的亮度,消耗的功率很小、 实物的形状轻小,经常用于消耗功率低的应用系统
16、中,采用标准的 16 脚接口, 其引脚图如图 2-4 所示,具体说明如表 2-4 所示: 图 2-3 LCD1602 实物图 图 2-4 LCD1602 引脚图 表 2-2 LCD1602 显示屏引脚说明表 引脚名称说明 1VSS 接地端 2VCC 接电源端 3V0 液晶显示器对比度调整端 4RS 根据电平的高低选择不同的 寄存器 5RW 读写信号线,高读,低写 6EN 使能端 714D0D7 8 位双向数据端 1516A/K 空脚或背灯电源,15 脚背光 正极,16 脚背光负极 7 2.3 DS18B20 温度传感器 在以往的温度测量系统中,要想获得比较精确的测量值,需要解决很多问 题,例如
17、几个点之间的切换存在误差以及三极管放大电路中零点漂移产生的误 差等,另外测试环境的恶劣程度,也会影响测量精度。所以,在温度测试系统 中解决该类问题最好方法之一就是使用抗干扰强、测量精度高的新型传感器, 特别是目前该类传感器价格低廉、性能较高,很受欢迎。这类传感器在实际生 产过程中也被广泛使用,并且取得很好的测试效果,带来可观的经济效益。 图 2-5 DS18B20 实物图 DS18B20 温度传感器的主要特征如下: 1、测温范围为-55+125 2、使用过程中,不需要外加任何元件,大大简化了电路的结构。 3、工作电压比较低,一般为 3-5.5V,由于可以数据线寄生电源,所以可 以不增设外部工作
18、电源,简单方便。 4、测量得出的结果可以直接的输出十进制的 9 位数字信号,以“一线总线” 方式传输给单片机进行处理,并且本身还有非常强的抗干扰纠错能力。 2.4 7805 三端稳压器 7805 三端稳压集成电路,其外表和普通的三极管很像,TO-220 的标准封装, 三端是指输出端、输入端和接地端, 。 用 78 系列三端稳压器来组成稳压电源,不仅所需的外围元件少,而且电路 内部还包含过热、过流以及调整管的保护电路,使用起来方便、可靠,价格便 8 宜,经常用于电子制作。 图 2-6 7805 三端稳压器 第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计6 6 系统设计整体电路图如图 3-1 所示:
19、 图 3-1 整体电路图 3.1 单片机控制单元 单片机 STC89C52 通过与温度传感器连接的 P2.3 引脚获得 DS18B20 温度传 感器在所处环境中采集的温度,然后把得到的稳定值通过与显示屏连接的 P0.0P0.7 引脚传输给显示屏显示出来,再通过与当前设定的温度上下限值进 行对比,当温度大于设定值上限,通过与压缩制冷器连接的 P2.0 引脚驱动继电 9 器 1 开启压缩制冷器;当温度小于设定的温度值下限时,通过与加热器连接的 P2.1 引脚驱动继电器 2 开启加热器进行工作,当温度处于设定值上下限之间时, 两者皆不工作。 另外,单片机的温度值设定由外部按键根据具体情况和需求人为设
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