溫度檢測控制小系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

溫度檢測控制小系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

摘要本文主要介紹一個簡單的溫度檢測和控制系統(tǒng)。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。溫度是工業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)乃至人們?nèi)粘，F(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常會需要測量的一個重要物理量，如石油化工、食品加工、實(shí)驗(yàn)研究、農(nóng)業(yè)大棚等。溫度的檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)的重要任務(wù)之一，因此，各行各業(yè)對溫度檢測系統(tǒng)的便捷性、精確性、智能化要求越來越高。由此可見，溫度的檢測和控制是非常重要的。此次課程設(shè)計(jì)主要包括了課程的設(shè)計(jì)、原理、電路仿真、實(shí)物制作和性能測試等部分。本設(shè)計(jì)用內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、電路結(jié)構(gòu)簡單的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，與單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能溫度檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)只需要占用單片機(jī)的一個I/O口，就能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時溫度檢測，這使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，實(shí)用價值較高。在此設(shè)計(jì)中還用了CH451，可有效節(jié)省單片機(jī)P口的使用，更方便單片機(jī)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：溫度傳感器、STC89C52、CH451

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計(jì)目標(biāo) 4主要功能 4二、系統(tǒng)方案 4三、系統(tǒng)總體框圖 4四、電路設(shè)計(jì) 51、仿真電路圖 62、軟件流程 7五、電路功能測試 71、電路圖 72、測試儀器 83、功能測試結(jié)果 8六、總結(jié) 8七、參考文獻(xiàn) 9設(shè)計(jì)目標(biāo)正確完成溫度檢測控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)，及實(shí)物制作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對溫度的檢測和控制功能。主要功能：①對外界溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)碼顯示屏對溫度進(jìn)行直觀顯示。②通過4*4矩陣鍵盤對溫度進(jìn)行設(shè)定，并顯示。若實(shí)時溫度值小于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)不動作——提示小燈不亮，若實(shí)時溫度值大于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)動作——提示小燈點(diǎn)亮。系統(tǒng)方案本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的智能溫度檢測控制系統(tǒng)，主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度采集電路、獨(dú)立式按鍵電路、顯示電路、加熱電路，其中主控芯片采用功耗低、性能高的單片機(jī)STC89C52，溫度采集電路采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，顯示電路采用LCD1602液晶顯示器，報(bào)警電路采用一個LED指示燈實(shí)現(xiàn)報(bào)警，獨(dú)立式按鍵用來設(shè)定溫度報(bào)警上限。溫度傳感器DS18B20將外部對象的溫度數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)；單片機(jī)輸出信號作用在繼電器上，使其相應(yīng)發(fā)生動作，控制溫度報(bào)警；人機(jī)接口電路，以CH451為該模塊電路的核心，將采集到的溫度值通過數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時顯示，并控制矩陣鍵盤，讀取通過按鍵獲得的溫度設(shè)定值，一方面可將設(shè)定值直接顯示，另一方面?zhèn)鬏斀o單片機(jī)。系統(tǒng)總體框圖電路設(shè)計(jì)溫度數(shù)據(jù)采集器DS18B20如圖接入電路；再對繼電器進(jìn)行連接，控制信號從單片機(jī)的2.0口輸出，接至PNP型三極管的基極。繼電器的線圈分別接地和PNP三極管集電極，同時線圈兩端還并聯(lián)有發(fā)光二極管，用以直觀顯示控制信號的變化。為了保護(hù)電路，在繼電器線圈兩端并聯(lián)有一個390電阻，如下圖所示。CH451為人機(jī)接口電路的核心器件，其在電路中主要連接四位一體數(shù)碼顯示管、4*4矩陣鍵盤和STC89C52。在設(shè)計(jì)中，人機(jī)接口電路采用LG3641AH型四位一體共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示。引腳圖如下圖，從左至右，依次為數(shù)碼管1、2、3、4。這四個數(shù)碼管被集成為一個模塊，各數(shù)碼管的的段碼數(shù)據(jù)線連在一起，都由上圖中外部引腳A-H決定。圖中GND1-GND4為各數(shù)碼管的位選擇引腳，當(dāng)其中一個信號為低電平時，則相應(yīng)位的數(shù)碼管被選通點(diǎn)亮。由于LG3641AH為共陰極數(shù)碼管，A-H管腳上若輸出高電平，則相應(yīng)段碼被點(diǎn)亮。為了避免單片機(jī)輸出的高電平電壓過高使數(shù)碼管燒壞，應(yīng)分別在A-H管腳上接200電阻分壓。本設(shè)計(jì)使用已集成好的4*4矩陣鍵盤模塊。它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。該矩陣鍵盤模塊接口共有9根數(shù)據(jù)線，從左至右，依次為：公共數(shù)據(jù)端、1-4列數(shù)據(jù)選擇端、4-1行數(shù)據(jù)選擇端。其原理圖如下。仿真電路圖軟件流程五、電路功能測試1、電路圖2、測試儀器溫度計(jì)、電腦功能測試結(jié)果數(shù)碼管正確顯示外界溫度，通過矩陣鍵盤可以對溫度進(jìn)行設(shè)定。按下矩陣鍵盤中的A鍵可設(shè)定溫度，在設(shè)定溫度時，數(shù)碼顯示屏閃爍，設(shè)定好后停止閃爍，顯示設(shè)定溫度。若實(shí)時溫度值小于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)不動作——提示小燈不亮，若實(shí)時溫度值大于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)動作——提示小燈點(diǎn)亮。溫度模塊功能測試表5-1溫度測試結(jié)果測試次數(shù)理論溫度實(shí)測溫度相對誤差130300%230313.3%33130-3.3%結(jié)果分析數(shù)據(jù)基本滿足題目要求。（2）顯示模塊功能測試功能正常，正確顯示外界溫度，進(jìn)行溫度設(shè)定時，數(shù)碼顯示屏閃爍，設(shè)定好后停止閃爍，并正常顯示設(shè)定溫度。鍵盤功能測試功能正常，能通過鍵盤對溫度進(jìn)行輸入設(shè)定。控制功能測試功能正常，若實(shí)時溫度值小于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)不動作——提示小燈不亮，若實(shí)時溫度值大于設(shè)定溫度值則控制繼電器開關(guān)動作——提示小燈點(diǎn)亮?？偨Y(jié)此設(shè)計(jì)采用內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、電路結(jié)構(gòu)簡單的DS18B20，能較為準(zhǔn)確、快速的對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并只占用單片機(jī)的一個I/O口，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，對CH451的應(yīng)用也是本設(shè)計(jì)的一大優(yōu)點(diǎn)，可有效節(jié)省單片機(jī)P口的使用，更方便單片機(jī)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。在完成設(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多問題，如功能測試時數(shù)碼管顯示為亂碼，查找后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管用錯成了共陽極的，改為共陰極數(shù)碼