《計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)》word版

1、 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 電加熱爐計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院(部) 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 王 斌 學(xué) 號 200810311226 年級 2008級 指導(dǎo)教師 喻曉紅 職稱 講師 2011年 7月 2日 目錄 引言2 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc265692134 1 設(shè)計(jì)方案概述2 HYPERLINK l _Toc265692137 2 硬件的設(shè)計(jì)部分2 HYPERLINK l _Toc265692138 2.1 主要硬件介紹2 HYPERLINK l _Toc265692143 2.1.1 單片機(jī)3 HYPERLIN

2、K l _Toc265692143 2.1.2 溫度傳感器3 HYPERLINK l _Toc265692143 2.1.3 開關(guān)器件3 HYPERLINK l _Toc265692139 2.2 硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3 HYPERLINK l _Toc265692141 2.2.1 顯示部分電路4 HYPERLINK l _Toc265692142 2.2.2 溫度檢查電路4 HYPERLINK l _Toc265692143 2.2.3 鍵盤電路4 HYPERLINK l _Toc265692143 2.2.4 電氣開關(guān)及工作電路5 HYPERLINK l _Toc265692144 3 軟件

3、設(shè)計(jì)部分6 HYPERLINK l _Toc265692143 3.1繪制流程圖6 HYPERLINK l _Toc265692143 3.2 程序設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l _Toc265692143 3.3調(diào)試與仿真7 HYPERLINK l _Toc265692146 4 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)8參考文獻(xiàn)10 HYPERLINK l _Toc265692148 附錄11引言在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，很多場合需要對溫度進(jìn)行智能控制，日常生活中最常見的要算空調(diào)和冰箱了，他們都能根據(jù)環(huán)境實(shí)時(shí)情況，結(jié)合人為的設(shè)定，對溫度進(jìn)行智能控制。工業(yè)生產(chǎn)中的電加熱爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)和培養(yǎng)基的溫度監(jiān)控系統(tǒng)都是計(jì)算機(jī)控制

4、系統(tǒng)的典型應(yīng)用。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們將自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，目的在于將理論結(jié)合實(shí)踐以加深我們對課本知識的理解。 1設(shè)計(jì)方案概述要想達(dá)到技術(shù)要求的內(nèi)容，少不了以下幾種器件：單片機(jī)、溫度傳感器、LCD顯示屏、直流電動(dòng)機(jī)等。其中單片機(jī)用作主控制器，控制其他器件的工作和處理數(shù)據(jù)；溫度傳感器用來檢測環(huán)境中的實(shí)時(shí)溫度，并將檢測值送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)值對比；LCD顯示屏用來顯示溫度、時(shí)間的數(shù)字值；直流電動(dòng)機(jī)用來表示電加熱爐的工作情況，轉(zhuǎn)動(dòng)表示電加熱爐通電加熱，停止轉(zhuǎn)動(dòng)表示電加熱爐斷電停止加熱。整體思路是這樣的：首先我們通過按鍵設(shè)定所需要的溫度值，然后利用溫度傳感器檢測電加熱爐的實(shí)時(shí)加熱溫度，

5、并送至單片機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較。若檢測值小于設(shè)定值，則無任何動(dòng)作，電加熱爐繼續(xù)導(dǎo)通加熱；若檢測值大于設(shè)定值，則單片機(jī)控制光電耦合器導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，電加熱爐斷電停止加熱。一旦爐溫低于設(shè)定值，單片機(jī)又控制光電耦合器斷開，繼電器開關(guān)分離，電加熱爐開始導(dǎo)通加熱。這個(gè)過程中所設(shè)定的溫度值和傳感器檢測到得溫度值都要在LCD顯示屏上顯示出來，以方便操作人員觀察。另外，還可以加上時(shí)鐘模塊，以方便計(jì)時(shí)。這個(gè)設(shè)計(jì)思路相對比較簡單，利用所學(xué)過的知識容易實(shí)現(xiàn)，加上光電耦合器用于隔離強(qiáng)電和弱電，比較安全，正好符合我們自動(dòng)化專業(yè)用弱電控制強(qiáng)電的目的，正所謂學(xué)以致用。2硬件的設(shè)計(jì)部分2.1 主要硬件介紹2.1.1單片機(jī)這里

6、選用AT89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的處理器。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。2.1.2溫度傳感器溫度傳感器有很多種型號，這里我選用DS18B20溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有獨(dú)特的單總線接口方式，支持多節(jié)點(diǎn)，使分布式溫度傳感器設(shè)計(jì)大為簡化。測溫時(shí)無需任何外圍原件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功耗工作方式。測溫范圍為-55到+125攝氏度，可直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)字碼的方式串行輸出，因此特別適合單線多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。由于傳輸?shù)氖谴袛?shù)據(jù)，可以不需要放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，因而這種測溫方式大大提高了各種溫度

7、測控系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，縮小了體積。開關(guān)器件由于單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間需要用開關(guān)器件連接，并且前者用弱電控制，后者由強(qiáng)電控制，這就尤其需要注意安全問題。于是我想到了在課本中學(xué)過的高性能安全開關(guān)器件光電耦合器。光電耦合器是由一個(gè)發(fā)光器件和和一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件組成，這里所用的光電耦合器OPTOCOUPLER-NPN是由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏晶體管所組成。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)光，就會(huì)使得光敏晶體管導(dǎo)通，繼電器通電動(dòng)作，將開關(guān)吸合，電動(dòng)機(jī)回路斷開。2.2硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.2.1顯示部分電路圖2.1 顯示部分電路圖這里我選用LCDLM016L液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器件，如圖所示，LCDLM016L采用標(biāo)

8、準(zhǔn)的16腳接口，仿真時(shí)隱藏了背光正極和背光負(fù)極兩個(gè)引腳。它通過D0-D78位數(shù)據(jù)端來與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸，這里我們將它與單片機(jī)的P0口連接。在顯示屏上顯示的內(nèi)容包括設(shè)定的溫度值SET、傳感器檢測到的環(huán)境溫度SA以及時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘是可以調(diào)整的，這樣方便工作人員在對系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)有一個(gè)時(shí)間概念。2.2.2溫度檢測電路溫度傳感器與單片機(jī)的連接情況如下圖所示。圖2.2 溫度檢測電路圖溫度傳感器18B20將檢測到的環(huán)境實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和放大，然后串行送入單片機(jī)P1.7口，便于單片機(jī)將此數(shù)值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，然后先做出相應(yīng)反應(yīng)。在仿真時(shí)，我們只能通過按18B20上的加減按鈕來調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)溫度

9、，是一個(gè)模擬的過程。2.2.3鍵盤電路鍵盤電路如圖所示。 圖2.3 鍵盤電路圖這里減排設(shè)計(jì)得比較簡單，“MS”鍵是切換調(diào)整對象的，調(diào)整對象包括時(shí)、分、溫度設(shè)定值三項(xiàng)，“+”鍵是向上加調(diào)整對象的值，“”鍵是向下減調(diào)整對象的值，“ON/OFF”鍵是打開和關(guān)閉系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的開關(guān)鍵。電氣開關(guān)及工作電路電器開關(guān)及工作電路如下圖所示。圖2.4 電氣開關(guān)及工作電路圖如圖所示，光電耦合器1腳接電源，2腳接單片機(jī)P3.7腳。工作過程用以下三個(gè)階段來描述：（1）單片機(jī)將溫度傳感器送入的值與設(shè)定值進(jìn)行比較，若送入值小于設(shè)定值，則P3.7腳保持高電平，這樣發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏晶體管保持高阻態(tài)，繼電器也不會(huì)工作，

10、電動(dòng)機(jī)和燈泡維持導(dǎo)通，相當(dāng)于電爐繼續(xù)加熱，指示燈亮；（2）一旦送入值比設(shè)定值大，單片機(jī)將會(huì)控制P3.7腳變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏晶體管受光照影響導(dǎo)通，繼而繼電器工作，電磁鐵將單刀雙擲開關(guān)吸向左端，使電動(dòng)機(jī)和燈泡同時(shí)停止工作，這就相當(dāng)于電爐斷電，停止加熱；（3）電爐短路一段時(shí)間后，必然導(dǎo)致爐溫降低，而溫度傳感器DS18B20在不間斷地檢測爐溫，當(dāng)檢測值低于設(shè)定值后，單片機(jī)又控制P3.7腳恢復(fù)高電平，光電耦合器恢復(fù)高阻態(tài)，繼電器斷電，單刀雙擲開關(guān)被彈回右端，電動(dòng)機(jī)和燈泡又開始工作，這相當(dāng)于電爐從新開始加熱。 3軟件設(shè)計(jì)部分3.1 繪制流程圖初始化P1口，初始化24C02讀出24C02保

11、存的數(shù)據(jù)賦于K開始LCD初始化延時(shí)500ms啟動(dòng)時(shí)鐘定時(shí)器0初始化，DS18B20初始化按鍵掃描、溫度采集送入單片機(jī)進(jìn)行溫度值比較Y設(shè)定值=采集值？N將P3.7口置0Y設(shè)定值采集值？N將P3.7口置1圖2.5電加熱爐計(jì)算機(jī)溫度控制流程圖3.2 程序設(shè)計(jì)由于整個(gè)程序工程量比較大，我采用模塊化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)這個(gè)程序。首先定義在后面將會(huì)用到的變量，不可能一次定義準(zhǔn)確，所以邊定義邊補(bǔ)充。然后編寫子函數(shù)，包括LCM初始化子函數(shù)、顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)、ds18b20初始化函數(shù)、ds18b20延遲子函數(shù)、讀取ds18b20當(dāng)前溫度子函數(shù)、液晶顯示子函數(shù)、鍵盤掃描子函數(shù)、設(shè)定工作模式子函數(shù)、按鍵加法子

12、函數(shù)、按鍵減法子函數(shù)、24C02讀寫驅(qū)動(dòng)程序、定時(shí)器t0中斷子函數(shù)等子程序，最后是主函數(shù)。3.3 調(diào)試和仿真在Keil軟件中編寫完程序后，編譯生成.Hex文件，單片機(jī)可以執(zhí)行.Hex文件。在Protues軟件中，給單片機(jī)加載所生成的.Hex文件，按下運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)開始仿真。系統(tǒng)仿真截圖如下圖所示。圖2.6系統(tǒng)仿真圖（一）上一張是當(dāng)溫度采樣值小于設(shè)定值，電熱爐處于工作狀態(tài)時(shí)的仿真截圖。以下這張是當(dāng)溫度采樣值高于設(shè)定值后，系統(tǒng)自動(dòng)做出反應(yīng)，使電熱爐斷電停止工作的仿真截圖。圖2.7系統(tǒng)仿真圖（二）4 設(shè)計(jì)工作總結(jié)及心得體會(huì)一個(gè)星期很快就過去了，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)也告一段落。本次課程設(shè)計(jì)，我的題目

13、是電加熱爐溫度控制系統(tǒng)。說到電加熱爐，我們都比較熟悉，在日常生活中我們經(jīng)常用到，特別是冬天用它來煮火鍋。我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題，一般的電加熱爐是沒有溫度自動(dòng)控制的，當(dāng)溫度上升到我們需要的程度時(shí)，它仍然繼續(xù)加熱，這不僅會(huì)影響到加熱效果，還會(huì)造成電能的浪費(fèi)。那么就有必要設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)爐溫的系統(tǒng)，把它應(yīng)用到日常生活中，將會(huì)給人們帶來極大的方便。在設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到一些麻煩，比如說怎樣來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)回路的自動(dòng)通斷調(diào)節(jié)、怎樣來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的調(diào)整等等，這些問題都令我十分棘手。通過去圖書館查閱相關(guān)資料和上網(wǎng)搜索各硬件的原理以及應(yīng)用，我最終都一一解決了這些問題。在設(shè)計(jì)過程中，我遇到困難的時(shí)候也經(jīng)常請教，最

14、終解決問題?？偟膩碚f，從拿到問題到徹底解決問題，這是一個(gè)令人振奮并享受的過程。經(jīng)過去圖書館和上網(wǎng)大量的查閱書籍，我也學(xué)到了很多在課本上沒有的知識，收獲頗豐。這段過程讓我懂得了一個(gè)道理，那就是學(xué)生要學(xué)的絕對不該僅僅是課本上的東西，有些東西只有自己動(dòng)手鉆研，你才可能學(xué)習(xí)到。也只有這樣，我們才能成為一個(gè)見多識廣、淵博的人。 參考文獻(xiàn)1 于海生微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)清華大學(xué)出版社，20042 譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)（第三版）. 清華大學(xué)出版社，20063 戴焯. 傳感與檢測技術(shù). 武漢理工大學(xué)出版社，20064 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 高等教育出版社，20035 柯節(jié)成. 簡明電子元件器件手冊. 高等教育

15、出版社，2005附錄系統(tǒng)的完整程序如下：/*電加熱爐溫度控制系統(tǒng)問題描述：當(dāng)溫控開關(guān)打開時(shí)，若測得環(huán)境溫度大于設(shè)定溫度，則繼電器吸合，電加熱爐停止工作；若測得環(huán)境溫度小于設(shè)定溫度，則繼電器釋放，電加熱爐繼續(xù)工作。*/#include#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define BUSY 0 x80 /lcd忙檢測標(biāo)志 #define DATAPORT P0 /定義P0口為LCD通訊端口 #define PLAYE_ADDR XBYTE0XBFFF /語音報(bào)警地址 sbit RED_ALA

16、RM=P10; /紅色指示燈sbit WRITE_ALARM=P11; /白色指示燈sbit GREEN_ALARM=P12; /綠色指示燈sbit BLUE_ALARM=P13;sbit P1_4=P14; /時(shí)鐘調(diào)整sbit P1_5=P15; /時(shí)鐘加sbit P1_6=P16; /時(shí)鐘減sbit DQ = P17; /定義ds18b20通信端口 sbit LCM_RS=P20; /數(shù)據(jù)/命令端sbit LCM_RW=P21; /讀/寫選擇端sbit LCM_EN=P22;sbit sda=P23; /IO口定義sbit scl=P24; /LCD使能信號sbit ad_busy=P32

17、; /adc中斷方式接口sbit RECLED_EOC=P35; /ISD1420放音結(jié)束查詢標(biāo)志sbit OUT=P37;uchar ad_data; /ad采樣值存儲(chǔ)uchar seconde; /定義并初始化時(shí)鐘變量uchar minite;uchar hour;uchar mstcnt=0;uchar temp1,temp2,temp; /溫度顯示變量uchar t,set;uchar K;bit ON_OFF=0;bit outflag;bit write=0;uchar code str0=- : : - ;uchar code str1=SET: C SA: . C;void d

18、elay_LCM(uint); /LCD延時(shí)子程序void initLCM( void); /LCD初始化子程序void lcd_wait(void); /LCD檢測忙子程序void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC); /寫指令到ICM子函數(shù)void WriteDataLCM(uchar WDLCM); /寫數(shù)據(jù)到LCM子函數(shù)void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) /顯示指定坐標(biāo)的一個(gè)字符子函數(shù)void DisplayListChar(uchar X,uchar Y,uchar code

19、*DData);/顯示指定坐標(biāo)的一串字符子函數(shù)void init_timer0(void); /定時(shí)器初始化void displayfun1(void);void displayfun2(void);void displayfun3(void);void displayfun4(void);void keyscan(void ); /鍵盤掃描子程序void set_adj(void);void inc_key(void);void dec_key(void);void delay_18B20(unsigned int i);void Init_DS18B20(void) ;uchar Read

20、OneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);void ReadTemperature(void);void ad0809(void);void playalarm(void); /*延時(shí)K*1ms,12.000mhz*/void delay_LCM(uint k) uint i,j; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j60;j+) ; /*寫指令到LCM子函數(shù)*/void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,uchar BusyC) if(BusyC)lcd_wait();DATAPORT=WCLCM;

21、 LCM_RS=0; / 選中指令寄存器 LCM_RW=0; / 寫模式 LCM_EN=1; _nop_(); _nop_();_nop_(); LCM_EN=0; /*寫數(shù)據(jù)到LCM子函數(shù)*/void WriteDataLCM(uchar WDLCM) lcd_wait( ); /檢測忙信號 DATAPORT=WDLCM; LCM_RS=1; / 選中數(shù)據(jù)寄存器 LCM_RW=0; / 寫模式 LCM_EN=1; _nop_();_nop_();_nop_(); LCM_EN=0;/*lcm內(nèi)部等待函數(shù)*/void lcd_wait(void) DATAPORT=0 xff; LCM_EN=1; LCM_RS=0; LCM_RW=1; _nop_(); while(DATAPORT&BUSY) LCM_EN=0; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=1; _nop_(); _nop_(); LCM_EN=0;/*LCM初始化子函數(shù)*/void initLCM( ) DATAPORT=0;delay_LCM(