单片机的微机室温控系统毕业设计
引言 1
一、 方案论证 1
（一）基于模拟电路的温控系统 1
（二）基于单片机的温控系统 1
（三）最终方案 2
二、系统硬件设计 2
（一）STC89C54单片机简介 2
（二）DS18B20 3
1.DS18B20简介 3
2.温度采集电路 4
（三）数码管和独立键盘电路 5
1.数码管简介 5
2.数码管显示电路 5
3.独立键盘电路 6
（四）直流电机 6
1.直流电机工作原理 6
2.电机驱动和报警电路 7
三、软件设计 7
（一）系统主程序设计框架 8
（二）系统主要子程序处理 8
1.DS18B20子程序 8
2.数字显示子程序 9
3.温度判断及报警子程序 10
（三）程序编译 10
1.Keil简介 10
2.程序编译 11
（四）仿真及分析 11
四、系统调试 13
（一）温度传感器调试 13
（二）电机及警报电路 14
（三）数码管显示电路 14
1.硬件调试 14
2.软件调试 14
（四）独立键盘电路部分 14
（五）系统功能总结 14
结 束 语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录一程序 17
附录二电路图 21
附录三PCB图 22
附录四实物图 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
引言
目前，许多工农业生产中，都对环境的温度有限定，包括人的生活工作环境、仪器设备的正常工作环境以及动植物的生长环境等。如果环境温度不符合要求，必定对所处环境的人或设备造成不良影响，甚至给个人、企业甚至社会造成巨大的损失。
因此，在某些特定环境内使用温控报警器来对温度进行实时监测并做到超温报警很有必要，而使用单片机来实时控制温度报警系统则是其中的一种重要方式。我是在了解了单片机微型计算机实时控制的温度测量报警器的发展历史与现状，根据已掌握的理论知识和生活需要，制定出基于单片机实时控制的温度报警器系统硬件、软件的设计方案，把温度传感器这个单独的器件，加上一些其他器件，让它能实现探测温度、显示温度、并且超范围报警，并进行方案可行性的验证和调试，最终完成设计。本文是采用基于单片机为核心的控制系统，单片机主要由以下特点：
高集成度，体积小，高可靠性 、控制功能强 、性价比高等特点，本系统采用基于单片机为基础的设计，可以实现的预期效果：当系统上电后，通过温度传感器的温度采集及处理，数码管显示实际温度，当实际温度低于预设温度时，电机不启动，报警电路不工作；当实际温度高于预设温度时，电机启动，报警电路开始工作，最终实现对环境温度的采集和控制作用。
一、 方案论证
（一）基于模拟电路的温控系统
利用铂丝热敏电阻PT100作为温度传感器，其电阻与温度变化关系公式如下：
R=Ro(1+αT)。Vo=2.55mA ×100(1+0.00392T)=（0.255+T/1000）V（量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准）。利用温度与电压之间的关系，进行线性放大。然后，采用差动放大器对信号进行放大，接着通过模拟数据比较器给后接电路供电，最后通过继电器执行控制电路，驱动直流电机的启动与工作，从而实现对温度的采集、显示和控制的功能。
（二）基于单片机的温控系统
基于单片机的温控系统，主要是采用DS18B20作为温度传感器，单片机控制和执行识别温度传感器的信号数据，与根据按键独立键盘设定预设温度进行比较，高温时，通过脉冲信号，驱动电机工作及警报电路，低温时，停止工作。从而实现对温度的控制和预警的功能。
以上两种方案，都能够实现对温度的采集及控制的功能。第一种方案，从温度传感器的选取上看，PT100是一种比较稳定，感知温度范围比较广泛的传感器，运用放大器和比较器原理，实现对电路的处理，带有一些工作上的不稳定性，而且放大器一般都是集成的，工作成本比较高，最重要的一点是，纯硬件的组装系统，电子元器件比较多，电路比较复杂，对于系统的检修带来了一定的困难。第二种方案，基于单片机的温控系统，具有工作原理智能化、程序化、可控化的特点，元器件比较少，系统具有检测灵敏、组态简单和设计灵活性大等优点，经过反复测试，系统能够稳定运行。而且，基于单片机的温控系统适应当前技术发展的需要。
（三）最终方案
综合以上所述，选择第二种方案，利用STC89C54单片机为基础的控制模块、DS18B20温度传感器，实现对温度的采集处理；采用直流电机驱动电路，以蜂鸣器为主要元件为核心的报警电路；以数码管显示组成的显示电路等模块组成的系统，主要实现对温度的采集和控制功能，当实际温度高于预设温度是，电机启动并报警；当实际温度低于预设温度时，电机不启动，同时不报警，系统的设计框图见图1—1
图1—1 系统框架图
二、系统硬件设计
（一）STC89C54单片机简介
STC89C54是一种带有4K字节的闪烁可编程并且可擦除的只读式存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C54是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚图，见图2—2；封装图详见图2—1。
典型的STC89C54单片机芯片集成了以下几个基本组成部分:
2 一个8位的CPU
2 128B或256B单元内数据存储器 4个8位并行I/O接口P0~P3
2 两个定时/计数器。
2 5个中断源的中断管理控制系统。
2 一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器）
DS18B20数字温度传感器实现了特有的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟
信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55℃相对应
的一个基权值。直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以16位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在后，依次进行。详情，见图2—4
图2—4 DS18B20连接图
（三）数码管和独立键盘电路
1.数码管简介
本系统采用的是共阳数码管进行温度显示。主要由8段发光二极管组成的组合，a~g为数字和字符显示段。dp为小数点的显示，通过a~g7个二极管的不同点亮方式的组合，可以显示0~9数字和A~F字母。引脚图详见图2—5，封装图见图2—6。
一、 方案论证 1
（一）基于模拟电路的温控系统 1
（二）基于单片机的温控系统 1
（三）最终方案 2
二、系统硬件设计 2
（一）STC89C54单片机简介 2
（二）DS18B20 3
1.DS18B20简介 3
2.温度采集电路 4
（三）数码管和独立键盘电路 5
1.数码管简介 5
2.数码管显示电路 5
3.独立键盘电路 6
（四）直流电机 6
1.直流电机工作原理 6
2.电机驱动和报警电路 7
三、软件设计 7
（一）系统主程序设计框架 8
（二）系统主要子程序处理 8
1.DS18B20子程序 8
2.数字显示子程序 9
3.温度判断及报警子程序 10
（三）程序编译 10
1.Keil简介 10
2.程序编译 11
（四）仿真及分析 11
四、系统调试 13
（一）温度传感器调试 13
（二）电机及警报电路 14
（三）数码管显示电路 14
1.硬件调试 14
2.软件调试 14
（四）独立键盘电路部分 14
（五）系统功能总结 14
结 束 语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录一程序 17
附录二电路图 21
附录三PCB图 22
附录四实物图 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
引言
目前，许多工农业生产中，都对环境的温度有限定，包括人的生活工作环境、仪器设备的正常工作环境以及动植物的生长环境等。如果环境温度不符合要求，必定对所处环境的人或设备造成不良影响，甚至给个人、企业甚至社会造成巨大的损失。
因此，在某些特定环境内使用温控报警器来对温度进行实时监测并做到超温报警很有必要，而使用单片机来实时控制温度报警系统则是其中的一种重要方式。我是在了解了单片机微型计算机实时控制的温度测量报警器的发展历史与现状，根据已掌握的理论知识和生活需要，制定出基于单片机实时控制的温度报警器系统硬件、软件的设计方案，把温度传感器这个单独的器件，加上一些其他器件，让它能实现探测温度、显示温度、并且超范围报警，并进行方案可行性的验证和调试，最终完成设计。本文是采用基于单片机为核心的控制系统，单片机主要由以下特点：
高集成度，体积小，高可靠性 、控制功能强 、性价比高等特点，本系统采用基于单片机为基础的设计，可以实现的预期效果：当系统上电后，通过温度传感器的温度采集及处理，数码管显示实际温度，当实际温度低于预设温度时，电机不启动，报警电路不工作；当实际温度高于预设温度时，电机启动，报警电路开始工作，最终实现对环境温度的采集和控制作用。
一、 方案论证
（一）基于模拟电路的温控系统
利用铂丝热敏电阻PT100作为温度传感器，其电阻与温度变化关系公式如下：
R=Ro(1+αT)。Vo=2.55mA ×100(1+0.00392T)=（0.255+T/1000）V（量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准）。利用温度与电压之间的关系，进行线性放大。然后，采用差动放大器对信号进行放大，接着通过模拟数据比较器给后接电路供电，最后通过继电器执行控制电路，驱动直流电机的启动与工作，从而实现对温度的采集、显示和控制的功能。
（二）基于单片机的温控系统
基于单片机的温控系统，主要是采用DS18B20作为温度传感器，单片机控制和执行识别温度传感器的信号数据，与根据按键独立键盘设定预设温度进行比较，高温时，通过脉冲信号，驱动电机工作及警报电路，低温时，停止工作。从而实现对温度的控制和预警的功能。
以上两种方案，都能够实现对温度的采集及控制的功能。第一种方案，从温度传感器的选取上看，PT100是一种比较稳定，感知温度范围比较广泛的传感器，运用放大器和比较器原理，实现对电路的处理，带有一些工作上的不稳定性，而且放大器一般都是集成的，工作成本比较高，最重要的一点是，纯硬件的组装系统，电子元器件比较多，电路比较复杂，对于系统的检修带来了一定的困难。第二种方案，基于单片机的温控系统，具有工作原理智能化、程序化、可控化的特点，元器件比较少，系统具有检测灵敏、组态简单和设计灵活性大等优点，经过反复测试，系统能够稳定运行。而且，基于单片机的温控系统适应当前技术发展的需要。
（三）最终方案
综合以上所述，选择第二种方案，利用STC89C54单片机为基础的控制模块、DS18B20温度传感器，实现对温度的采集处理；采用直流电机驱动电路，以蜂鸣器为主要元件为核心的报警电路；以数码管显示组成的显示电路等模块组成的系统，主要实现对温度的采集和控制功能，当实际温度高于预设温度是，电机启动并报警；当实际温度低于预设温度时，电机不启动，同时不报警，系统的设计框图见图1—1
图1—1 系统框架图
二、系统硬件设计
（一）STC89C54单片机简介
STC89C54是一种带有4K字节的闪烁可编程并且可擦除的只读式存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C54是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚图，见图2—2；封装图详见图2—1。
典型的STC89C54单片机芯片集成了以下几个基本组成部分:
2 一个8位的CPU
2 128B或256B单元内数据存储器 4个8位并行I/O接口P0~P3
2 两个定时/计数器。
2 5个中断源的中断管理控制系统。
2 一个全双工串行I/O口UART（通用异步接收、发送器）
DS18B20数字温度传感器实现了特有的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟
信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55℃相对应
的一个基权值。直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以16位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在后，依次进行。详情，见图2—4
图2—4 DS18B20连接图
（三）数码管和独立键盘电路
1.数码管简介
本系统采用的是共阳数码管进行温度显示。主要由8段发光二极管组成的组合，a~g为数字和字符显示段。dp为小数点的显示，通过a~g7个二极管的不同点亮方式的组合，可以显示0~9数字和A~F字母。引脚图详见图2—5，封装图见图2—6。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1987.html
