單片機(jī)溫度控制

1、單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級:學(xué)號:姓名:實(shí)訓(xùn)日期：2008年11月24日至2008年12月12日第1章單片機(jī)溫度系統(tǒng)概述1.1 引言在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用MCS-51單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。1.2 設(shè)計(jì)

2、摘要本文介紹了基于單片機(jī)AT89C51的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件實(shí)現(xiàn)。采用溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，液晶顯示屏LCM1602顯示溫度數(shù)據(jù)，AT24C02B存儲(chǔ)溫度上下限設(shè)定值，按鍵設(shè)置溫度上下限并可改變加熱器與致冷器的溫控狀態(tài)，當(dāng)溫度低于設(shè)定的下限時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)加熱器加熱，同時(shí)點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管，當(dāng)溫度高于設(shè)定的上限時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)致冷器降溫，同時(shí)點(diǎn)亮紅色發(fā)光二極管。給出了系統(tǒng)總體框架、程序流程圖和Proteus仿真結(jié)果，并在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的功能。1.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊，溫度采集模塊，溫度顯示模塊，溫度上下限調(diào)整模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和外部存儲(chǔ)模塊等六

3、大部分。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。第2章硬件電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)控制模塊控制模塊是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度上下限值的設(shè)定與溫度越限時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)。本文選用AT89C51作為控制器件。它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的8位FlashROM單片機(jī)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是片內(nèi)ROM為FlashROM，可方便地擦寫1000次以上，價(jià)格低廉,而且其指令豐富，編譯工具多，仿真環(huán)境好。因此被廣泛地應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。本控制系統(tǒng)中AT89C51與外圍設(shè)備的連接關(guān)系如圖2所示：H-AH!'ll.耳/詡屯i屮.即冋*叫匕in.R|EhW叩mriiinr1哼IIiWR匸1叫I*!小pnuc:

4、ri1>:：5Hriiii-'iirl-lf'>,l|31i1!：.imi>|.2F5町1!11!.<1幃WHI,igI'lIIi冷:ri.v-Tr.由圖2可知，溫度數(shù)據(jù)采集模塊中溫度傳感器DS18B20的DQ端接P1.7；顯示模塊LCM1602的DBODB7數(shù)據(jù)端口接P0.0P0.7，數(shù)據(jù)命令選擇端RS接P2.0，讀寫選擇端接P2.1，使能信號接P2.2；溫度上下限調(diào)整模塊包括模式切換、增加溫度上下限值、減少溫度上下限值、溫控開關(guān)等四個(gè)功能，它們分別接P1.0P1.3；外部存儲(chǔ)模塊為AT24C02B，其SCK、SDA分別接P2.3與P2.4；電

5、機(jī)控制電路與P3.6和P3.7相連；XTAL1、XTAL2接振蕩電路，RST接復(fù)位電路，EA接高電平,LCM1602上的VO、RST接電源+5V，GND接地。2.2 溫度數(shù)據(jù)采集模塊溫度由DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集。DS18B20測溫范圍為-55°C+125°C,測溫分辨率可達(dá)0.0625°C,被測溫度用符號擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式串行輸出。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20內(nèi)部有一個(gè)9字節(jié)的高速存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)溫度值。其中前兩個(gè)字節(jié)是測得的溫度數(shù)據(jù)，第1

6、字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第2字節(jié)是溫度的高八位，第3和第4字節(jié)是溫度上限TH與溫度下限TL的易失性拷貝，第5字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新，第6、7、8這三個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算，第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，可用來保證通信的正確性。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)出后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在此存儲(chǔ)器的第1和第2個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，其中高5位是符號位，中間7位是整數(shù)位，最低4位是小數(shù)位。DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，因此對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。時(shí)序包括：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。每一次

7、命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從單片機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求DS18B20回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，單片機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的時(shí)序及命令請參考文獻(xiàn)1。2.3LCM1602LCM1602是2行X16個(gè)字符的字符型LCD顯示器，它由32個(gè)字符點(diǎn)陣塊組成，每個(gè)字符點(diǎn)陣塊由5X7或5X10個(gè)點(diǎn)陣組成，可以顯示ASCII碼表中的所有可視的字符。它內(nèi)置了字符產(chǎn)生器ROM(CharacterGeneratorROM,CGROM)、字符產(chǎn)生器RAM(CharacterGeneratorRAM,CGRAM)和顯示數(shù)據(jù)RAM(DataDisplayRAM,DDRAM)。

8、CGROM中內(nèi)置了192個(gè)常用字符的字模，CGRAM包含8個(gè)字節(jié)的RAM,可存放用戶自定義的字符，DDRAM就是用來寄存待顯示的字符代碼。DDRAM地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系以及LCM1602的指令與讀寫時(shí)序可參考文獻(xiàn)2。2.4外部存儲(chǔ)模塊外部存儲(chǔ)模塊采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗CMOS型E2PROM器件AT24C02B，它內(nèi)含256X8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2.55.5V)、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。它采用了I2C總線規(guī)程，使主從機(jī)雙向通信。主機(jī)通過SCL引腳產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號并發(fā)出控制字，控制總線數(shù)據(jù)傳送的

9、開始、方向和停止。無論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號。AT24C02B占用很少的資源和IO線，并且支持在線編程，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存取十分方便。AT24C02B的讀寫時(shí)序及控制字見參考文獻(xiàn)3。2.5溫度上下限設(shè)置模塊溫度上下限設(shè)置模塊包括四個(gè)按鍵：（1）模式切換鍵：進(jìn)行模式之間的切換，模式包括設(shè)置溫度上限模式、設(shè)置溫度下限模式，每次按下該鍵就在這兩種模式之間切換。（2）溫度上下限增加鍵：增加溫度上下限的值。（3）溫度上下限減少鍵：減少溫度上下限的值。（4）溫控開關(guān)鍵：是溫控與非溫控之間的切換鍵。它用于設(shè)置是否進(jìn)行溫度控制即是否讓越界的溫度值觸發(fā)加熱器或致冷器的啟動(dòng)。2.6控制電路模

10、塊該部分電路有光耦合元件4N25、繼電器、三極管，若干電阻等構(gòu)成。這部分電路的主要作用是光電隔離，即消除后級電機(jī)對前級單片機(jī)的影響。三極管使用的是9013，9013是NPN型的，把其集電極接+5V電壓，射極接繼電器。當(dāng)單片機(jī)引腳給出低電位時(shí)，4N25內(nèi)部的發(fā)光二極管亮，使其內(nèi)部的三極管導(dǎo)通，繼而通過第4引腳上的10K電阻分得電壓。當(dāng)4N25給其基極提供足夠的電壓時(shí)9013導(dǎo)通。繼電器的常開開關(guān)閉合，電機(jī)上電工作。第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，分別是LCD顯示程序、按鍵掃描及處理程序、溫度采集程序、溫度越界判決程序、AT24C02B讀寫程序。LCD顯示程序，用于溫度等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示；

11、按鍵掃描及處理程序，實(shí)現(xiàn)按鍵識別、按鍵輸入及相關(guān)處理；溫度采集程序負(fù)責(zé)把DS18B20所采集的現(xiàn)場溫度讀入到指定的數(shù)組中；溫度越界判決程序，對現(xiàn)場溫度與設(shè)定的溫度上下限進(jìn)行比較，若溫度越界，并且當(dāng)溫控開關(guān)處于開啟狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)加熱器或致冷器工作；AT24C02B讀寫程序，存儲(chǔ)和調(diào)用設(shè)定的溫度上下限值。圖3為系統(tǒng)主程序與按鍵掃描程序的流程圖。有關(guān)溫度采集的程序及流程圖可參考文獻(xiàn)4。淤:;二第4章試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論P(yáng)ROTEUS仿真：按照圖2所示電路原理圖，在Proteus里面建立元器件連接關(guān)系。根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求在Keil口Vision3環(huán)境下編寫C語言程序，并編譯連接生成十六進(jìn)制的hex文件，把此文件

12、加載到單片機(jī)，就可以進(jìn)行Proteus仿真了。圖4是當(dāng)溫度低于所設(shè)定的下限值并且溫控開關(guān)處于激活狀態(tài)時(shí)，綠色二極管亮，同時(shí)加熱器啟動(dòng)的仿真結(jié)果。第5章結(jié)束語本文詳細(xì)講述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并給出了相關(guān)程序流程。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，可以應(yīng)用在倉庫溫度、大棚溫度、機(jī)房溫度等的監(jiān)控。另外，如果把本設(shè)計(jì)方案擴(kuò)展為多點(diǎn)溫度控制，加上上位機(jī)，則可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，將具有更大的應(yīng)用價(jià)值。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于詳細(xì)設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)AT89C51的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行了Proteus仿真，所設(shè)計(jì)程序已經(jīng)在硬件平臺(tái)上成功運(yùn)行.此系統(tǒng)可廣泛用于溫度在DS18B20測溫范圍之內(nèi)的場合，有良好的應(yīng)用前景。附錄圖4源程序ORG

13、?00H?START：ANL?P1,#00H；顯示00?JB?P3.4?,$?；T0=0?有鍵按下？?CALL?DELAY1?；消除抖動(dòng)?JNB?P3.4?,$；T0=1?放下？?MOV?R0?,#00；計(jì)溫指針初值?L1：?MOV?A?,?R0?；計(jì)溫指針載入ACC?MOV?P1?,?A?；輸出至P1顯示?MOV?R5?,?#10?；延時(shí)1秒?A1：MOV?R6?,?#200?D1：MOV?R7?,?#248?；0.5毫秒?JNB?P3.4&nbsp;?,L2?；第2次按下TO?DJNZ?R7,$?DJNZ?R6,D1?DJNZ?R5,Al?INC?A?DA?A?MOV?RO?,?A

14、?JMP?L1?L2：CALL?DELAY1?；第2次按消除抖動(dòng)?JB?P3.4?,L3?；放開了沒？是則；跳至L3停止?JMP?L2?L3:?MOV?A?,R0?CALL?CHANGE?MOV?31H?,?A?；下限溫度存入31H?JB?P3.5?,$?；T1=0？有鍵按下？?CALL?DELAY1?；消除抖動(dòng)?JNB?P3.5?,$?；T1=1？放開？?M0V?R0?,#00?；計(jì)溫指針初值?L4：MOV?A?,RO?；計(jì)溫指針載入ACC?MOV?P1?,?A?；顯示00?MOV?R5?,#10?；延時(shí)1秒?A2：MOV?R6?,#200?D2：MOV?R7?,#248?；0.5毫秒?JN

15、B?P3.5?,L5?；第二次按下T1？?DJNZ?R7?,$?DJNZ?R6?,D2?DJNZ?R5?,?A2?ADD?A?,?#01H?DA?A?MOV?R0?,?A?JMP?L4?L5:CALL?DELAY1?；第2次按消除抖動(dòng)?JB?P3.5?,L6?；放開了？是則跳至L6?JMP?L5?L6：MOV?A,?RO?；?CALL?CHANGE?MOV?30H&nbsp;.A?；上限溫度存入30H?DELAY1：MOV?R6?，#60?；30毫秒?D3：MOV?R7?，?#248?DJNZ?R7?，?$?DJNZ?R6?，?D3?RET?CHANGE：MOV?B?，#5?MUL?A

16、B?JNO?D4?SETB?C?D4：RRC?A?RET?M0V?32H?,#OFFH?；32H舊溫度寄存；器初值?AAA：MOVX?RO?,?A；使BUS為高阻抗；并令A(yù)DC0804開始轉(zhuǎn)換?WAIT：JB?P2.0?,ADC?；檢測轉(zhuǎn)換完成否?JMP?WAIT?ADC：MOVX?A?，RO?；將轉(zhuǎn)換好的值送入；累加器?MOV?33H?，A?；將現(xiàn)在溫度值存入33H?CLR?C?；C=0?SUBB?A?,32H?JC?TDOWN?；C=0取入值較大,表示；溫度上升,C=1表示下降?TUP：MOV?A,?33H?；將現(xiàn)在溫度值存入A?CLR?C?SUBB?A?，30H?；與上限溫度作比較?JC?LOOP?；C=1時(shí)表示比上限小須；加熱,C=0表示比上限大,停止加熱?SETB?P2.1?JMP?LOOP?TDOWN：MOV?A?，33H?；將現(xiàn)在溫度值存入A?CLR?C?SUBB?A?，31H?；與下限溫度作比較?JNC?LOOP?；C=1時(shí)表示比下限小,須；加熱,C=0表示比下限大?CLR?P2.1?；令P2.1動(dòng)作?LOOP：MOV?32H?,33H?CLR?A?M0V?R4?,#OFFH?；延時(shí)?DJNZ?R4?，$?JMP?AAA?END參考文獻(xiàn)1