电子设计综合训练课程设计报告-基于单片机的温度控制器设计.pdf
《电子设计综合训练课程设计报告-基于单片机的温度控制器设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子设计综合训练课程设计报告-基于单片机的温度控制器设计.pdf(40页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、河南理工大学课程设计 1 河河南南理理工工大大学学 电子设计综合训练报告电子设计综合训练报告 题目题目 温度控制器 温度控制器 姓 名: 学 号: 专业班级: 指导老师: 所在学院:电气工程与自动化学院 2010 年 11 月 日 河南理工大学课程设计 2 摘要摘要 基于单片机的温度控制器,采用 DS18B20 温度传感器采集所要测 量的当前环境的温度,通过单片机进行处理并加以显示。单片机采用 的是 STC89C52 系列单片机。温度传感器 DS18B20 具有 12 位精度,可 较为精确的测量当前环境的温度。 该温度控制器具有设定温度上下限的功能,通过控制继电器控制 外部加热及制冷装置,从而
2、实现环境温度处于设定温度上下限范围 内。当 DS18B20 所测量的环境温度低于设定温度下限时,蜂鸣器发出 报警,控制外部加热装置的继电器动作,使外部加热装置工作,直到 温度高于温度设定下限时,警报解除。加热装置停止加热。当环境温 度高于温度上限时,蜂鸣器发出报警,控制外部降温装置的继电器动 作,使外部降温装制工作,直到环境温度低于温度上限,警报解除, 降温装置停止工作。 该温度控制器的显示部分采用 LED 数码管显示,具有显示当先温 度、温度上限值、温度下限值的功能。按键部分采用四个按键,每个 按键的功能不同,用过各个按键的配合使用,可以实现切换 LED 数码 管显示,调节温度上下限的功能。
3、 本设计原理简单,制作方便是广大电子爱好者的首选。设计采用 已经普遍使用的温度传感器 DS18B20,通过该温度控制器的设计可以 是广大电子爱好者掌握 DS18B20 的工作原理,并且能够熟练的应用。 还可以对单片机的基本工作原理及编程,有一个更深的认识。 关键字:单片机 DS18B20 控制器 数码管 继电器 河南理工大学课程设计 3 目录 目录 1 概述 . 4 1.1 功能描述 . 4 1.2 设计的主要内容 5 2 系统总体方案及硬件设计 . 6 2.1 系统总体方案 . 6 2.2 硬件设计 . 7 2.2.1 单片机型号选择 7 2.2.2 单片机最小系统电路设计 9 2.2.3
4、按键电路设计 . 10 2.2.4 蜂鸣器报警电路设计 10 2.2.5 继电器控制电路设计 11 2.2.6 温度采集电路设计 13 2.2.7 LED 数码管显示电路设计 . 22 3 软件设计 25 3.1 主程序设计 . 25 3.2 定时器 0 中断程序 26 4 Proteus 软件仿真 29 4.1 Proteus 软件仿真步骤 . 29 4.2 仿真过程出现的问题及解决办法 29 5 体统调试 31 5.1 软件调试 . 31 5.2 硬件调试 . 31 5.3 软硬联调 . 32 参考文献 . 33 附录 . 34 河南理工大学课程设计 4 1 概述 1 概述 温度是工业生产
5、中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反 应过程都与温度密切相关,因此温度控制是生产自动化的重要任务。 例如:在农业温室大棚生产、冶金工业、化工生产、电力工程、造纸 行业、 机械制作、 和食品加工等诸多领域中, 人们都需要对各类环境、 加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单 片机对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活兴大等优 点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产 品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业中经常 遇到的问题。 基于单片机的温度控制系统可以实现温度的显示、预警等功能, 对于工业生产效率的提高,可以起到很大的作用
6、。科学技术是第一生 产力, 对温度实现比较系统化的检测控制使人们的生产节奏有一个良 好的循环。从而将节约更多的人力物力,降低生产过程中可以省略的 一些繁琐的细节。 一个简单有效地控制系统可以在一定程度上使工厂 的生产的效益上一个台阶,只要运用得当,就有可能做到。 本设计是基于当前社会发展的良好形势下,经过慎重考虑后决定 的,也是对自己所学指示的一次检验,期望能够获得温故而知新的效 果。只有不断地学习才能不断的进步。结合社会的实际情况,然后根 据自己的特点,更好的去了解自己,充分挖掘自己的潜力。学以致用 使老师要求我们的努力的方向, 现今社会要求我们对知识的应用越来 越熟练,只有靠自己锲而不舍的
7、奋发图强,争取自己的一片天地。 1.11.1 功能描述 功能描述 本温度控制器系统可以实现以下功能: 采集温度,并通过 LED 数码管显示当前温度。LED 数码管显示温 度格式为,例如:20.3 通过按键调节温度上下限,并通过 LED 数码管显示设定的温度上 下限值。 数码管显示温度上限格式, 例如: 25.0L。温度下限格式, 例如:35.0H。 河南理工大学课程设计 5 控制继电器,从而达到控制外部加热、制冷装置。使环境温度保 持在设定温度范围内。 具有报警装置。当温度高于上限、或低于下限时,蜂鸣器发出不 同频率的报警声。 通过报警声就可以分辨出是温度过高还是过低。 1.2 设计主要内容
8、1.2 设计主要内容 本温度控制器系统的设计所涉及的主要内容有: 对 STC89C52RC 单片机的了解及应用主要有: 单片机最小系统的设 计、单片机外围电路设计以及程序设计 温度传感器 DS18B20 的应用:DS18B20 与单片机接口电路的设计, 对 DS18B20 采集温度的程序设计,包括对 DS18B20 温度传感器的 初始化、设定精度,读取温度值等。 4 位共阴极数码管的应用:数码管驱动电路的设计,数码管动态 扫描程序设计。 继电器控制电路设计及蜂鸣器报警电路设计。 按键电路的设计:由于按键并不是太多单片机端口有剩余,每个 按键可以接到一个端口上。这样就可以简化按键电路的设 计。按
9、键部分的设计主要在于程序设计。 河南理工大学课程设计 6 系统总题方案及硬件电路设计 2.1 系统总体方案 系统总题方案及硬件电路设计 2.1 系统总体方案 1) 系统分析 基于单片机的温度控制系统的基本结构图如图 2-1 所示。该系统 主要包含输入控制电路、晶振复位电路、LED 数码管显示电路、蜂鸣 器报警电路、继电器控制电路、DS18B20 温度传感器电路等外围电路 组成。 2) 系统功能划分 硬件功能:主要包括按键输入控制电路、晶振复位电路、4 位 LED 数码管驱动电路、温度采集电路、蜂鸣器报警电路、继电器控制电路 等都是有硬件功能来实现的。 软件功能:软件部分主要是程序的设计,它是在
10、硬件电路的基础 上实现的。 程序设计主要包括数码管动态显示、 温度采集、 按键扫描、 蜂鸣器报警、继电器控制等程序的设计。当然程序设计难点、重点在 晶振、 复位 单片机 (STC89C52RC) 输入控 制 数码管显 示 蜂鸣器报 警 温度采 集 继电器控制 图 2-1 温度控制系统功能模块图 河南理工大学课程设计 7 于数码管动态显示部分及温度上下限的调节及显示。 硬件与软件部分具体设计方法、步骤及再设计过程中需要注意的 问题,在以后的章节中将会做出详细的说明。 3) 机型器件选择 单片机采用 STC89C52RC 型号单片机。由于 STC 系列单片机具 有 51 单片机内核,并且价格便宜,
11、便于程序的下载。 按键采用一个自锁按键用于控制电源的开关, 四个轻触按键用 于切换数码管显示的内容及调节温度上下限。 4 为 7 段 LED 数码管用于显示温度数据及温度上下限。 温度传感器采用 DS18B20。 2.2 硬件设计 2.2 硬件设计 基于单片机的温度控制系统器其硬件电路方框图如图 2-2 所示。 有图可知,硬件电路有 6 部分组成。即单片机按键输入电路、单片机 最小系统电路、温度采集电路、继电器控制电路、蜂鸣器报警电路、 4 位数码管驱动电路等。 2.2.1 单片机型号的选择 2.2.1 单片机型号的选择 单 片 机 按键输入电路 最小系统电路 温度采集电路 数码管显示 电路
12、蜂鸣器报警 电路 继电器控制 电路 图 2-2 硬件电路方框图 河南理工大学课程设计 8 单片机型号的选择是根据设计的内容而定的,并不是什么单片机 都可以用。 一方面要考虑选用的单片机能否在不需要外扩的情况下就 可以满足要实现的功能。比如:单片机的存储器空间的大小、单片机 的 I/O 口数等。另一方面还要考虑单片机的性价比,是否容易买到等 一些外部因素。 由于实现该系统功能的程序不会超过 8K,而 STC89C52 单片机内 部有 8K 的 FlASH 程序存储器和 512B 的数据存储器, 因而不需要外扩 程序存储器和数据存储器。并且该型号单片机程序下载方便、价格便 宜的优点,因而被广泛的应
13、用。STC89C52RC 单片机引脚排列及功能 见图 2-3 所示。 有图可知该单片机共有 40 个引脚,按其功能类别将他们分为三 类: 1.电源和时钟引脚。如 Vcc、GND、XTAL1、XTAL2。 2.编程控制引脚。如 RST、PSEN、ALE、 EA/Vpp。 3.I/O 口引脚。如 P0、P1、P2、P3,4 组 8 位 I/O 口。 图2-3 STC89C52RC单片 河南理工大学课程设计 9 具体各个管脚的功能和作用请参考相关书籍。 2.2.2 单片机最小系统电路设计 2.2.2 单片机最小系统电路设计 单片机最小系统就是保证单片机能够正常工作的最基本的硬件电 路。主要包括时钟电
14、路、复位电路。 单片机工作的时间基准是有时钟电路提供的。在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 管脚, 按图 2-4 所示接上晶振和电容就够成了单片机的时钟 电路。 图 2-4 时钟电路 图中电容 C2、C3 对晶振频率有微调的作用,通常的取值范围为 (30+10pf) 。石英晶体选择 12MHz,选择不同的石英晶体,其结果只 是机器周期不同。 单片机的复位方式有上电复位和手动复位两种。本设计系统采用 上电自动复位和手动复位组合电路,如图 2-5 所示复位电路。 图 2-5 复位电路 河南理工大学课程设计 10 图中可以看到单片机的 RST 引脚连接 R1(10K)、C1(10uf), 按键
15、S2 可以选择专用的复位按键,也可以选择轻触开关。只要 Vcc 上升时间不超过 1ms,他们都能很好的工作。 2.2.3 按键电路设计 2.2.3 按键电路设计 基于单片机的温度控制系统工作时应具备以下功能:一、可以切 换显示实时温度和温度上下限的值。二、可以调节温度上下限。要实 现这些功能,可以通过按键输入电路。 键盘结构可分为独立式键盘和行列式键盘(矩阵式)两类,由于 本系统只采用 4 个按键,因此可选用独立式按键。如图 2-6 所示,电 路有四个按键组成,按键采用轻触开关。 图 2-6 按键电路 各个按键的功能为:S5 用来切换数码管显示界面,当数码管界面 显示的是温度上下限时通过按键
16、S4 可以调节要调整的温度上下限的 整数位和小数位。当数码管界面显示为某一位闪动时通过按键 S1、 S3 调节闪动位的数值。 小数位的数值变化范围 0-9 之间, 整数位 0-99 之间的数。S3 加数值,S1 减数值。 2.2.4 蜂鸣器报警电路设计2.2.4 蜂鸣器报警电路设计 按照设计要求,当温度低于下限或高于上限时,应具有报警功能。 这样就可以用一只蜂鸣器作为三极管 VT1 的集电极负载, 当 VT1 导通 时,蜂鸣器发出鸣叫声;VT1 截止时,蜂鸣器不发声。图 2-7 为蜂鸣 器驱动电路。 河南理工大学课程设计 11 图 2-7 蜂鸣器驱动电路 有图可以看出,蜂鸣器通过三极管 901
17、2 的基极连接到单片机的 P20 管脚。当 P2.0=0 时,VT1 导通,使蜂鸣器的两个管脚间获得将近 5V 的直流电压,蜂鸣器中有电流通过,而产生蜂鸣声; 当 P2.0=1 时,VT1 截止,蜂鸣器的两个管脚间的直流电压接近于 0,蜂鸣器不 发生。其中 R8=100 为限流电阻。 2.2.5 继电器控制电路设计 2.2.5 继电器控制电路设计 继电器工作原理和特性: 继电器工作原理和特性: 继电器是当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,使 被控制的输出电路导通或断开的电器。它可以分为电器量(如电流、 电压、频率、功率等)继电器及非电器量(如温度、压力、速度等) 继电器两大类。继电器
18、具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小 等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等 装置中。 继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路) 和被控制系统(又称输出回路) ,通常应用于自动控制电路中,他实 际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路 中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 继电器的选用: 继电器的选用: 1.先了解必要的条件 控制电路的电源电压,能提供的最大电流; 河南理工大学课程设计 12 被控制电路中的电压和电流; 被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时,一般控 制电路的电源电压可作为选用的依据。 控制电路应能给
19、继电器提供足 够的工作电流,否则继电器吸合是不稳定的。 2.查阅有关资料确定使用条件后,可查找相关资料,找出需要的 继电器的型号和规格号。若手头已有继电器,可依据资料核对是否可 以利用。最后考虑尺寸是否合适。 3.注意器具的容积。若是用于一般用电器,除考虑机箱容积外, 小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器,如玩具、遥控 装置则应选用超小型继电器产品。 本设计采用的继电器的型号为SDR-05VDC-SL-C松乐10A250VAC单 刀双掷继电器其实物图如图 2-8 所示。 图 2-8 继电器实物图 继电器的控制电路如图 2-9 所示。 有图可知单片机的 P2.2 端口控 制一个单刀双掷
20、继电器,继电器的常开端引出到 P7 端子上。与继电 器内部线圈相连接的两个端子,一端直接与 5V 电源的正极相连,另 一端接至三极管的射极。当单片机控制端给三极管基极一个低电平 时,三极管导通,线圈有电流流过,继电器吸和;当单片机控制端给 三极管基极一个高电平时,三极管截止,线圈无电流流过,继电器断 开。 河南理工大学课程设计 13 图 2-9 继电器控制电路 在应用该电路时需要注意以下几点: 1.图中 LED 发光二极管用来指示继电器工作情况,继电器吸合时 指示灯亮。 但是与发光二级管相连的限流电阻与单片机相连的限流电 阻的比值一定要大于 10 倍,即(R9/R11)10。否则,由于加在继电
21、器 两端的电压过低而不能使继电器吸和。 2.在继电器线圈两端反接一个二极管。这个二极管非常重要,当 使用电磁继电器时必须连接。原因:线圈通电正常工作时,二极管对 电路不起作用。 当继电器线圈在断电的一瞬间会产生一个很强的反向 电动势, 在继电器线圈两端反向并联二极管就时用来消耗这个反向电 动势的, 通常这个二极管叫做消耗二极管, 如果不加这个消耗二极管, 反向电动势会直接作用在驱动三极管上,很容易将三极管损坏。 2.2.6 温度采集电路设计 2.2.6 温度采集电路设计 本设计采用 DS18B20 温度传感器作为温度采集电路核心部件。在 介绍温度采集电路之前限详细的介绍 DS18B20 温度传
22、感器。 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持 “一线总线” 接口的温度传感器, 它具有微型化、 低功耗、 高性能、 抗干扰能力强、 易配微处理器等优点, 可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处 理。 河南理工大学课程设计 14 1.DS18B20 温度传感器特性 1.DS18B20 温度传感器特性 适应电压范围宽,电压范围在 3.0-5.5V,再寄生电源方式下 可有数据线供电。 独特的单线接口方式, 它与微处理器连接时仅需一条口线即可 实现微处理器与 DS18B20 的双向通信。 支持多点组网功能,多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上, 实现组网多点测温。
23、 在使用中不需要任何外围元件, 全部传感器元件及转换电路集 成在形如一只三极管的集成电路内。 测温范围-55-+125,在-10-+85时精度为+0.5。 可 编 程 分 辨 率 为 9-12 位 , 对 应 的 可 分 辨 率 温 度 为 0.5,0.25,0.125和 0.0625,可实现高精度测温。 在 9 位分辨率时,最多在 93.75ms 内把温度转换为数字;12 位分辨率时,最多在 750ms 内把温度值转换为数字,显然速度更快。 测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传给 CPU,同时可传送 CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性。电源极性接反时,芯片不会
24、因为发热而烧毁,但不 能正常工作。 2.应用范围 2.应用范围 冷冻库、粮仓、储罐、电信机房、电力机房、电缆线槽等测温 和控制领域。 轴瓦、缸体、纺机、空调等狭小空间工业设备测温和控制。 汽车空调、冰箱、冷柜以及中低温干燥箱等。 供热、制冷管道热量计量、中央空调分户热量计量等。 3.引脚介绍 3.引脚介绍 DS18B20 有两种封装:三脚 TO-92 直插式和八脚 SOIC 贴片式,封 河南理工大学课程设计 15 装引脚见图 2-10 所示。表 2-11 列出了引脚定义。 图 2-10 DS18B20 引脚封装图 表 2-11 DS18B20 引脚定义 引 脚 定 义 GND 电源负极 DQ
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子设计 综合 训练 课程设计 报告 基于 单片机 温度 控制器 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-5026152.html