基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計(jì)1引言1.1設(shè)計(jì)目的1.溫度顯示的根本范圍-55℃—128℃；2.精度誤差等于0.1℃；3.所測溫度值由四位數(shù)碼管顯示；4.可以任意設(shè)定溫度的上下限報警功能。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個溫度控制電路，用AT89C51作為溫度測試控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件，用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度的測量，用數(shù)碼管顯示對應(yīng)的溫度。通過指示燈和報警器完成溫度上下限的報警指示功能，并通過對電風(fēng)扇和電熱絲的操作，使其恢復(fù)到要求的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)加、減按鈕以及設(shè)置按鈕實(shí)現(xiàn)上下限溫度的任意設(shè)定。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)該方案使用了AT89C51單片機(jī)作為控制核心,以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件，對各點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，設(shè)置溫度上下限，超過其溫度值就報警指示，并通過控制使溫度恢復(fù)到要求的范圍內(nèi)。顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管顯示。使用三極管，電阻，指示燈和蜂鳴器組成的報警指示電路,設(shè)計(jì)溫度控制器，實(shí)現(xiàn)溫度的測量、控制、報警、顯示、設(shè)置等功能?？傮w設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示：圖1總體設(shè)計(jì)方框圖3硬件設(shè)計(jì)3.1溫度傳感器與單片機(jī)的連接用AT89C51作為溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器。DS18B20與單片機(jī)的接口電路非常簡單,DS18B20只有三個引腳，一個接地，一個接電源，一個數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)I/O口。測量溫度范圍在－55℃到＋128℃之間，數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇，內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)的低位在前。DS18B20在使用時，一般都采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。溫度傳感器的單總線與單片機(jī)的P3.7連接，單片機(jī)與溫度傳感器的連接圖如圖2所示：圖2單片機(jī)與溫度傳感器的連接圖3.2報警溫度調(diào)整按鍵本系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。按鍵電路圖如圖3所示：圖3按鍵電路圖3.3單片機(jī)與報警控制電路系統(tǒng)中的報警電路是由三極管，蜂鳴器，發(fā)光二極管和限流電阻組成，并與單片機(jī)的P1.5~P1.7端口連接?？刂齐娐酚苫瑒幼冏杵?，電熱絲〔電燈泡〕和電風(fēng)扇〔電動機(jī)〕組成，與單片機(jī)的P1.3~P1.4端口連接。報警控制電路圖如圖4所示：圖4報警控制電路圖3.4顯示電路顯示電路采用4位共陰極LED數(shù)碼管，P2端口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O，作為段碼輸出。P3口的低四位作為數(shù)碼管的位選端。采用動態(tài)掃描的方式顯示。數(shù)碼管顯示電路圖如圖5所示：圖5數(shù)碼管顯示電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序，顯示數(shù)據(jù)程序，讀出溫度程序，按鍵掃描程序等。4.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，其程序流程見圖6所示：圖6主程序流程圖4.2顯示數(shù)據(jù)程序顯示數(shù)據(jù)刷新程序主要是對別離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位為1時將符號顯示位移入第一位。程序流程圖如圖7所示：圖7顯示數(shù)據(jù)程序流程圖4.3讀出溫度程序讀出溫度程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8所示：圖8程序流程圖4.4按鍵掃描程序按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為1時，顯示設(shè)置溫度，否那么顯示當(dāng)前溫度。按鍵掃描程序流程圖圖如圖9所示：圖9按鍵掃描程序流程圖5系統(tǒng)仿真及實(shí)際調(diào)試進(jìn)入Proteus界面后，連接好電路，并將程序下載進(jìn)去。將DS18B20精度的改為0.1，數(shù)碼管顯示溫度與傳感器的溫度相同，溫度顯示仿真圖如圖10所示：圖10溫度顯示仿真圖當(dāng)按下SET鍵一次時，進(jìn)入溫度報警上線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置溫度報警上線，按ADD或DEC時，分別對報警溫度進(jìn)行加1或減1；當(dāng)再次按下SET鍵時，進(jìn)入溫度報警下線調(diào)節(jié)，此時顯示軟件設(shè)置溫度報警下線，按ADD或DEC時，分別對報警溫度進(jìn)行加1或減1；當(dāng)?shù)谌伟聪耂ET鍵時，退出溫度報警線設(shè)置，顯示當(dāng)前溫度。溫度調(diào)試仿真圖如圖11所示：圖11溫度調(diào)試仿真當(dāng)溫度超過設(shè)定的上限溫度時，報警器開始報警且指示燈〔紅燈〕開始閃爍，同時，電動機(jī)帶動電風(fēng)扇轉(zhuǎn)使溫度降低；當(dāng)溫度超過設(shè)定的下限溫度時，報警器開始報警且指示燈〔綠燈〕開始閃爍，同時，電熱絲發(fā)熱使溫度升高；報警控制顯示仿真圖如圖12所示：圖12報警控制顯示仿真圖6總結(jié)通過這次溫度控制器的設(shè)計(jì)與仿真，讓我更多的了解了設(shè)計(jì)電路的程序，以及溫度控制器的工作原理與設(shè)計(jì)理念，同時在設(shè)計(jì)過程中也暴露出許多問題，剛開始設(shè)計(jì)時，沒有過多的查詢相關(guān)資料，只是盲目的開始設(shè)計(jì)，以致設(shè)計(jì)工作停止不前，對編程不是很熟練，使得花了大量的時間用于軟件編程。把程序調(diào)試完好后，一切工作也都能迎刃而解了。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)使用單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的讀寫過程中才能提高，也能提高查詢資料、分析問題、進(jìn)而解決問題的能力。參考文獻(xiàn)[1]王思明，張鑫等.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2023.[2]陶紅艷，余成波.傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2023.[3]康華光.電子技術(shù)根底—數(shù)字局部[M].北京：高等教育出版社，2023.[4]朱清惠等.Proteus教程：電子線路設(shè)計(jì)制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2023.[5]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2023.附錄源程序#include<reg51.h>//**********51單片機(jī)頭文件#include<intrins.h>//***********_nop_();延時函數(shù)用#definedmP2//****************段碼輸出口#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^7;//******************溫度輸入口sbitw0=P3^3;//******************數(shù)碼管4sbitw1=P3^2;//******************數(shù)碼管3sbitw2=P3^1;//******************數(shù)碼管2sbitw3=P3^0;//******************數(shù)碼管1sbitbeep=P1^5;//*****************蜂鳴器sbitset=P3^4;//******************溫度設(shè)置切換鍵sbitadd=P3^5;//******************溫度加sbitdec=P3^6;//******************溫度減sbita=P1^6;//******************紅燈sbitb=P1^7;//******************綠燈sbitc=P1^3;//******************電機(jī)sbitd=P1^4;//******************電燈泡inttemp1=0;//**********顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度的標(biāo)志位為0時顯示當(dāng)前溫度uinth;uinttemp;ucharr;ucharhigh=30,low=20;//******************設(shè)置初始上下限報警溫度值ucharsign;ucharq=0;uchartt=0;ucharscale;//**************溫度小數(shù)局部用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//******************小數(shù)斷碼表ucharcodetable_dm[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40};//************共陰LED段碼表"0""1""2""3""4""5""6""7""8""9""不亮""-"uchartable_dm1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//**個位帶小數(shù)點(diǎn)的斷碼表*********uchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};//******************讀出溫度暫放uchardatadisplay[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//******顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運(yùn)算暫用/*****************11us延時函數(shù)*************************/voiddelay(uintt){for(;t>0;t--);}voidscan(){intj;for(j=0;j<4;j++){if(j==0){dm=table_dm[display[0]];w0=0;delay(50);w0=1;}//*******小數(shù)elseif(j==1){dm=table_dm1[display[1]];w1=0;delay(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