基于单片机的数字温度控制系统设计创新项目报告.docx
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基于单片机的数字温度控制系统设计创新项目报告
创新项目报告
项目名称:
基于单片机的数字温度控制系统设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同种类的传感器,可实现诸如电压、湿度、温度、速度、硬度、压力等的物理量的测量。
本文将介绍一种基于单片机控制理论及其应用系统设计的数字温度计。
本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统,详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程,重点对传感器在单片机喜爱的硬件连接,软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,对各部分的电路也进行一一介绍,该系统可以方便的是实现温度采集和显示,并可以根据需要任意设定上下限报警温度,它使用起来方便,具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点,适合我们日常生活和工农业生产中的温度测量,也可以当做温度处理模块嵌入其他系统中,作为其他主系统的辅助扩展。
DS18B20和AT89C51结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合与恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。
本设计首先是确定目标,气候是各个功能模块的设计,再在Proteus软件上进行仿真,修改,仿真。
本温度计属于多功能温度计,可以设置上下报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警,同时根据设定的温度范围通过升降温电路控制环境的温度达到恒温效果。
【关键词】单片机,数字控制,温度计,DS18B20,STC89C52RC
第1章绪论
1研究意义及背景
随着新技术的不断开发与应用,近年来单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。
传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差,单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。
本设计使用单片机作为核心进行控制。
单片机具有集成度高,通用性好,功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字化、智能化方面有广泛的用途。
2设计目的
1.温度显示基本范围10℃—30℃。
2.精度误差小于0.01℃。
3.所测温度值由LCD1602液晶显示屏显示。
4.可以设定温度的上下限控制及报警功能。
3主要工作
本设计的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。
设计采用数字温度传感器DS18B20,此传感器读取被测量温度值,并进行转换。
将转换后的数据送到单片机处理,再通过LCD1602液晶显示屏显示出来。
第2章系统概述
1系统方案
数字温度传感器DS18B20输出信号全数字化,便于单片机处理及控制,省去传统测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理性、化学性很稳定,能用做工业测温元件。
采用51单片机控制,软件编程的自由度大,可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制,硬件实现简单,体积小,安装方便。
所以该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可根据需要设定上下限控制及报警温度。
2系统组成
本设计是以AT89S52单片机为核心的一种数字温度显示控制系统,系统整体硬件电路包括:
采集模块、显示模块、设置模块和单片机最小系统模块四大模块组成。
系统框图如图2-1所示。
图2-1系统基本方框图
第3章系统硬件设计
1AT89S52单片机的介绍
AT89S52有40个引脚,4个8位并行I/O口,1个全双工异步串行口,同时内含5个中断源,2个优先级,2个16位定时/计数器。
AT89S52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM),和128B的数据存储器(RAM)组成,具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计,使用系统可用USB供电。
AT89S52单片机的基本组成框图见图3-1。
图3-1AT89S52单片机结构
由图3-1可见,AT89S52单片机主要由以下几部分组成:
1.CPU系统
8位CPU,含布尔处理器;
时钟电路;
总线控制逻辑。
2.存储器系统
4K字节的程序存储器(ROM/EPROM/Flash,可外扩至64KB);
128字节的数据存储器(RAM,可再外扩64KB);
特殊功能寄存器SFR。
3.I/O口和其他功能单元
4个并行I/O口;
2个16位定时计数器;
1个全双工异步串行口;
中断系统(5个中断源,2个优先级)。
2显示电路
1602液晶简介
LCD1602分为带背光和不带背光两种,基控制器大部分为HD44780,带背光的比不带背光的厚,是否带背光在应用中并无差别,两者尺寸差别如图3-2所示。
图3-2LCD1602规格
引脚功能
LCD1602采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表3.1所示。
表3.1LCD1602引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
指令说明
LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表3.2所示。
表3.2LCD1602内部控制器
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM)
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
3DS18B20介绍
DS18B20引脚如图3-3所示。
图3-3DS18B20引脚图
数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”,采用单总线的数据传输,其体积小,输出信号全数字化,便于单片机处理及控制,在0—100摄氏度时,其最大线形偏差小于1摄氏度。
工作电源既可以在远端引入,也可以采用寄生电源方式产生。
多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
因此用它来组成一个测温系统,线路十分简单。
3.1温度传感器测温原理
低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
其内部结构图如图3-4所示。
图3-4DS18B20内部结构
4系统工作原理
温度传感器DS18B20将模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值,然后送到单片机中进行数据处理,单片机将处理后的数据通过LCD1602显示屏显示出来,同时判断测得的温度和设置控制及报警的温度限进行比较,超过限度则通过蜂鸣器发出报警声音。
5系统整体电路
图3-5系统电路
第4章系统软件设计
1主程序设计
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的,当硬件基本定型后,软件的功能也就基本定下来了。
从软件的功能不同可分为两大类:
一是监控软件(主程序),它是整个控制系统的核心,专门用来协调各执行模块和操作者的关系。
二是执行软件(子程序),它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。
每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。
这里将各执行模块一一列出,并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。
主程序流程见图4-1。
图4-1主程序流程图
主程序如下:
voidmain(void)
{
unsignedchari=0;
P2=0xef;P1=0x00;
BEEP=1;
LCD_Initial();//LCD初始化
Read_Temperature();//读取温度值
writestring(1,0,"DS18B20Alarmer");//显示"DS18B20Alarmer"
delayms(1000);//延时1S
writestring(0,0,"CurrentT=");//显示"CurrentT="writestring(0,1,"Low=10Top=30");//显示"Low=10Top=30"NG=0;
while
(1)
{
Read_Temperature();////读取温度值
Display_Temperature();//显示温度值
SetFun();Alarm();
}
}
2DS18B20初始化
DS18B20初始化流程图见图4-2。
图4-2DS18B20初始化流程图
初始化子程序:
voidds1820rst(void)/*ds1820复位*/
{
unsignedcharx=0;
DQ=1;//DQ复位
delay_18B20(4);//延时
DQ=0;//DQ拉低
delay_18B20(100);//精确延时大于480us
DQ=1;//拉高
delay_18B20(40);
}
3DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
传感器与单片机接口如图4-3所示:
图4-3DS18B20与单片机的接口电路
uchards1820rd(void)/*读数据*/
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;//给脉冲信号
dat>>=1;
DQ=1;//给脉冲信号
if(DQ)
dat|=0x80;
delay_18B20(10);
}
return(dat);
}
voidds1820wr(ucharwdata)/*写数据*/
{
unsignedchari=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=wdata&0x01;
delay_18B20(10);
DQ=1;
wdata>>=1;
}
}
unsignedintRead_Temperature(void)/*读取温度值并转换*/
{
uchara,b;
ds1820rst();
ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/
ds1820wr(0x44);//*启动温度转换*/
ds1820rst();
ds1820wr(0xcc);//*跳过读序列号*/
ds1820wr(0xbe);//*读取温度*/
a=ds1820rd();
b=ds1820rd();
tvalue=b;
tvalue<<=8;
tvalue=tvalue|a;
if(tvalue<0x0fff)tflag=0;
else{tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}
tvalue=tvalue*(0.625);//温度值扩大10倍,精确到1位小数
CurrentT=tvalue;
return(tvalue);
}
4数码管显示与单片机对接
如图4-4所示。
用AT89S5的P0口作为数据端口,P2.5-P2.7为液晶显示使能控制端。
P0口接上上拉电阻,拉高信号使液晶显示。
图4-4LCD1602显示屏与AT89S52对接
LCD1602显示程序:
voidDisplay_Temperature()//显示温度
{
ucharflagdat;
disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位数
disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数
disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数
disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小数位
disdata[4]=tvalue%1+0x30;
if(tflag==0)flagdat=0x20;//正温度不显示符号
elseflagdat=0x2d;//负温度显示负号:
-
if(tflag==1)
{
writeChar(10,0,flagdat);//wr_com(0x8a);wr_dat(flagdat);//显示符号位
writeChar(11,0,disdata[0]);//wr_com(0x8b);wr_dat(disdata[0]);//显示百位
writeChar(12,0,disdata[1]);//wr_com(0x8c);wr_dat(disdata[1]);//显示十位
writeChar(13,0,disdata[2]);//wr_com(0x8d);wr_dat(disdata[2]);//显示个位
writeChar(14,0,0X2E);//wr_com(0x8e);wr_dat(0x2e);//显示小数点
writeChar(15,0,disdata[3]);//wr_com(0x8f);wr_dat(disdata[3]);//显示小数位
writeChar(16,0,disdata[4]);
}
else
{
writeChar(10,0,disdata[0]);//wr_com(0x8a);wr_dat(disdata[0]);//显示百位
writeChar(11,0,disdata[1]);//wr_com(0x8b);wr_dat(disdata[1]);//显示十位
writeChar(12,0,disdata[2]);//wr_com(0x8c);wr_dat(disdata[2]);//显示个位
writeChar(13,0,0X2e);//wr_com(0x8d);wr_dat(0x2e);//显示小数点
writeChar(14,0,disdata[3]);//wr_com(0x8e);wr_dat(disdata[3]);//显示小数位
writeChar(15,0,disdata[4]);
}
}
5仿真结果
设置温度上限为38度,温度下限为8度。
1.如图4-5所示。
此时温度为6度,低于下限温度,蜂鸣器实现报警,加温器指示灯D3亮,表示加温器工作。
图4-5仿真图1
2.如图4-6所示。
此时温度为31度,超过上限温度,蜂鸣器实现报警,降温器指示灯D2亮,表示降温器工作。
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