单片机的温度检测与反馈系统控制
目录
一、 绪论 1
（一）课题背景 1
（二）研究的主要内容 1
二、 系统设计 2
（一）系统设计方案 2
（二）外设设计方案 2
（三）系统功能 3
三、 硬件设计 4
（一）核心模块 4
（二）温度采集模块 6
（三）时钟模块 6
（四）LCD显示模块 6
四、 软件设计 7
（一）软件运行流程 7
（二）温度采集程序设计 7
（三）实时时钟程序设计 9
（四）LCD1602液晶屏显示程序设计 12
（五）限值调整程序设计 14
五、 系统调试与结果 15
（一）软硬件调试 15
（二）仿真电路图 15
结论与展望 16
致谢 17
参考文献 18
附录1 19
一、 绪论
（一）课题背景
二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。
（二）研究的主要内容
本设计主要是对温度自动控制的研究。所谓的自动控制就是通过一些逻辑器件进行一个指标的控制。在控制中要对控制的对象进行实时的监测分析，当控制对象发生变化的时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
候，利用相应的手段进行控制。本文的设计的控制指标是环境的温度，此处的温度检测针对的是温室大棚的温度，由于温室里需要的温度较稳定，因此检测温度系统还需要升降温设备。
设计流程是先对环境的温度进行实时的监测，同时将监测的信息进行逻辑分析。将分析好的数据与系统所设置的限制值进行比较，将比较的结果来控制执行机构采取的温度控制的设备。因此本设计要对温度控制中所用到的硬件和软件方面进行分析。具体的方面如下：
1、STC89C51单片机的系统的分析
2、温度监测分析
3、执行机构分析
4、数据处理方案分析
二、 系统设计
（一）系统设计方案
对于温度控制系统的设计方案有很多，只要有逻辑判断功能的器件都可以作为本系统的控制元件。因此我们在选择方案的时候要注意到系统运行的可靠性和经济性。
方案一：
采用CC2530单片机作为控制芯片，这种单片机主要应用在无线传输的设计中，也就是常说的ZigBee系统。这种系统也可以作为本系统的考虑方案。从运行方面来说，没有有线传输的稳定，受到外界的电磁干扰比较大。从成本上来讲，单片机的成本不算太贵。
方案二：
采用ARM系列的单片机，这种单片机的处理速度比较快。例如STM32单片机，这种单片机的频率比较高，内部的指令集也比较丰富。运行的可靠性也比较高。从以上的方面来讲，这种单片机比较好。但是这种单片机的成本也是其它普通单片机的几倍。并且开发难度也比较大。
方案三：
采用STC系列的单片机作为控制芯片。这种单片机一般都是作为学习单片机的入门芯片，使用这种单片机比较多，开发的难度较小，成本上也比较低。从它的稳定性来讲，可以满足本系统的设计要求。
通过以上的方案比较选择STC89C51单片机作为系统的控制芯片，它的价格便宜，性能相对稳定，并且开发的难度较小，满足系统的设计要求。
（二）外设设计方案
从本设计的研究内容来看，我们需要一些外围的设备来满足系统的设计要求。这些外设的选择要结合单片机的功能来进行选择。因为上面已经选择好了本设计的核心控制器件是STC系列的单片机。因此外设的各个部分要能和单片机进行相互配合，才能达到设计的要求。以下对各部分外设进行了分析选择。
1、温度采集
温度采集作为本设计重要指标，因此在选择上要主要其采集的精度以及对环境的适应能力。同时还要注意到温度传感器的通信，能够保证单片机能够快速读到温度的信息。经过以上的分析，我们选择DS18B20温度传感器。这种传感器在传输数据的方式比较简单。具体的使用方法，硬件以及软件部分再详细介绍。
通过以上的介绍，选择单总线控制的DS18B20数字式温度采集芯片，从系统的设计要求以及成本上考虑比较适合。
2、数据显示
为了让系统的各个参数能够让我们有直观的认识。因此在设计中还加入了显示的功能。并且在选择的时候要注意它的使用难度和成本。通过以上的考虑，结合我们平时用的显示屏。选择LCD1602比较合适，这种显示屏可以显示两行的字符，还带背光的，显示的效果也比较好，所以选择这种显示屏比较划算。
显示方案选择的是LCD1602型号的显示屏，操作简单，价格便宜，选择比较划算。
（三）系统功能
通过以上的器件选择，画出本系统的设计框图。从下图可以看出系统的设计有六个模块组成。首先就是控制模块，其他的部分就是外设模块。从各个模块的数据传输方向很容易看出工作流程。
STC89C51单片机作为核心的控制元件主要任务就是对数据进行处理。系统启动时，单片机发出信号让温度传感器工作。当传感器工作的时候，单片机再接收其温度数据。同时下图也可以看出，系统中有按键输入模块，这个模块的主要作用就是来设置我们所设置当前温度的限值。这个值的设定非常的重要，因为它的值直接影响下面执行机构的动作。还有就是执行机构，这个部分是采用的方式是电机驱动，电机驱动的信号是由温度数据在单片机的逻辑所确定的。还有两个模块就是实时时钟和显示模块。这两个模块是作为系统的辅助模块。具体的使用下文将进行介绍。系统的框图见图2-1。
图2-1 系统框图
三、 硬件设计
（一）核心模块
1.STC89C51单片机系统
STC89C51单片机系最小统对于学习单片机来说比较简单，主要就是包含电源，时钟，复位等模块。但是每个模块的设计就不一定相同的，例如电源，这个方面我们只需要提供5V的电压就可以了，但是5V电压的设计方案就比较多，可以使用分立元件进行设计，同时也可以使用一些集成的元件进行设计。下文将进行详细的介绍。
（一）软件运行流程
软件的运行流程体现出系统软件设计的顺序，一个明确的流程可以让系统的设计更加的简单。本系统的设计如下图所示。具体的动作流程从最上端的开始进行执行。
一、 绪论 1
（一）课题背景 1
（二）研究的主要内容 1
二、 系统设计 2
（一）系统设计方案 2
（二）外设设计方案 2
（三）系统功能 3
三、 硬件设计 4
（一）核心模块 4
（二）温度采集模块 6
（三）时钟模块 6
（四）LCD显示模块 6
四、 软件设计 7
（一）软件运行流程 7
（二）温度采集程序设计 7
（三）实时时钟程序设计 9
（四）LCD1602液晶屏显示程序设计 12
（五）限值调整程序设计 14
五、 系统调试与结果 15
（一）软硬件调试 15
（二）仿真电路图 15
结论与展望 16
致谢 17
参考文献 18
附录1 19
一、 绪论
（一）课题背景
二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。
（二）研究的主要内容
本设计主要是对温度自动控制的研究。所谓的自动控制就是通过一些逻辑器件进行一个指标的控制。在控制中要对控制的对象进行实时的监测分析，当控制对象发生变化的时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
候，利用相应的手段进行控制。本文的设计的控制指标是环境的温度，此处的温度检测针对的是温室大棚的温度，由于温室里需要的温度较稳定，因此检测温度系统还需要升降温设备。
设计流程是先对环境的温度进行实时的监测，同时将监测的信息进行逻辑分析。将分析好的数据与系统所设置的限制值进行比较，将比较的结果来控制执行机构采取的温度控制的设备。因此本设计要对温度控制中所用到的硬件和软件方面进行分析。具体的方面如下：
1、STC89C51单片机的系统的分析
2、温度监测分析
3、执行机构分析
4、数据处理方案分析
二、 系统设计
（一）系统设计方案
对于温度控制系统的设计方案有很多，只要有逻辑判断功能的器件都可以作为本系统的控制元件。因此我们在选择方案的时候要注意到系统运行的可靠性和经济性。
方案一：
采用CC2530单片机作为控制芯片，这种单片机主要应用在无线传输的设计中，也就是常说的ZigBee系统。这种系统也可以作为本系统的考虑方案。从运行方面来说，没有有线传输的稳定，受到外界的电磁干扰比较大。从成本上来讲，单片机的成本不算太贵。
方案二：
采用ARM系列的单片机，这种单片机的处理速度比较快。例如STM32单片机，这种单片机的频率比较高，内部的指令集也比较丰富。运行的可靠性也比较高。从以上的方面来讲，这种单片机比较好。但是这种单片机的成本也是其它普通单片机的几倍。并且开发难度也比较大。
方案三：
采用STC系列的单片机作为控制芯片。这种单片机一般都是作为学习单片机的入门芯片，使用这种单片机比较多，开发的难度较小，成本上也比较低。从它的稳定性来讲，可以满足本系统的设计要求。
通过以上的方案比较选择STC89C51单片机作为系统的控制芯片，它的价格便宜，性能相对稳定，并且开发的难度较小，满足系统的设计要求。
（二）外设设计方案
从本设计的研究内容来看，我们需要一些外围的设备来满足系统的设计要求。这些外设的选择要结合单片机的功能来进行选择。因为上面已经选择好了本设计的核心控制器件是STC系列的单片机。因此外设的各个部分要能和单片机进行相互配合，才能达到设计的要求。以下对各部分外设进行了分析选择。
1、温度采集
温度采集作为本设计重要指标，因此在选择上要主要其采集的精度以及对环境的适应能力。同时还要注意到温度传感器的通信，能够保证单片机能够快速读到温度的信息。经过以上的分析，我们选择DS18B20温度传感器。这种传感器在传输数据的方式比较简单。具体的使用方法，硬件以及软件部分再详细介绍。
通过以上的介绍，选择单总线控制的DS18B20数字式温度采集芯片，从系统的设计要求以及成本上考虑比较适合。
2、数据显示
为了让系统的各个参数能够让我们有直观的认识。因此在设计中还加入了显示的功能。并且在选择的时候要注意它的使用难度和成本。通过以上的考虑，结合我们平时用的显示屏。选择LCD1602比较合适，这种显示屏可以显示两行的字符，还带背光的，显示的效果也比较好，所以选择这种显示屏比较划算。
显示方案选择的是LCD1602型号的显示屏，操作简单，价格便宜，选择比较划算。
（三）系统功能
通过以上的器件选择，画出本系统的设计框图。从下图可以看出系统的设计有六个模块组成。首先就是控制模块，其他的部分就是外设模块。从各个模块的数据传输方向很容易看出工作流程。
STC89C51单片机作为核心的控制元件主要任务就是对数据进行处理。系统启动时，单片机发出信号让温度传感器工作。当传感器工作的时候，单片机再接收其温度数据。同时下图也可以看出，系统中有按键输入模块，这个模块的主要作用就是来设置我们所设置当前温度的限值。这个值的设定非常的重要，因为它的值直接影响下面执行机构的动作。还有就是执行机构，这个部分是采用的方式是电机驱动，电机驱动的信号是由温度数据在单片机的逻辑所确定的。还有两个模块就是实时时钟和显示模块。这两个模块是作为系统的辅助模块。具体的使用下文将进行介绍。系统的框图见图2-1。
图2-1 系统框图
三、 硬件设计
（一）核心模块
1.STC89C51单片机系统
STC89C51单片机系最小统对于学习单片机来说比较简单，主要就是包含电源，时钟，复位等模块。但是每个模块的设计就不一定相同的，例如电源，这个方面我们只需要提供5V的电压就可以了，但是5V电压的设计方案就比较多，可以使用分立元件进行设计，同时也可以使用一些集成的元件进行设计。下文将进行详细的介绍。
（一）软件运行流程
软件的运行流程体现出系统软件设计的顺序，一个明确的流程可以让系统的设计更加的简单。本系统的设计如下图所示。具体的动作流程从最上端的开始进行执行。
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