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1、 计计 控控 学学 院院College of computer and control engineering Qiqihar University电气工程课程设计报告题目：消毒柜的控制系统系系 别别 电 气 工 程 系 专业班级专业班级 电气 101 班 学生姓名学生姓名 杨阳 学学 号号 指导教师指导教师 李艳东 提交日期提交日期 2013 年 6 月 21 日 成成 绩绩 2目 录 1、绪论 2、方案论证（规划、选定） 3、方案说明（设计） 4、硬件方案设计 5、软件方案设计6、调试 7、技术小结（结束语） 8、参考文献 9、附录（源程序代码、电路图等） 31. 绪论该课题是设计一个消毒
2、柜其实就是设计一个智能的温度控制系统，消毒柜主要通过加热到一个指定温度，对餐具等卫生洁具进行高温消毒，消毒柜将高温控制在一个指定的范围内，并维持一定时间，杀灭细菌，极大地增强了人们的饮食卫生，大大降低了疾病的交叉传染，为提高人们的身体健康起了重要的作用。本文主要介绍了一个基于 AT89C51 单片机制作的消毒柜控制电路。它主要包括供电电源电路、上电复位电路、晶振电路、开关控制电路、显示电路等部分。文中对各电路的结构及工作原理作了详尽的介绍。电路运行后，能自动定时控制消毒柜的加电和断电，适时有效地完成对柜内餐具或其它物品的消毒工作。具有电路简单、制作容易、使用灵活等优点。通过该电路，可以进一步了
3、解到单片机电路的应用扩展功能和指令应用技巧。本文的消毒柜控制系统就是为了人们日常生活中的餐具消毒而设计的，采用微电脑控制技术，精确地控制消毒柜内的温度和加热时间，很大程度上改善了人们的饮食卫生，提高了人们的生活水平。本设计采用DS18B20 温度传感器采集实时温度，通过 DQ 口送 51 单片机系统，实现模拟温度值的采集、转化、输出数字值，然后 51 单片机对采集的数据处理后送液晶显示电路，实时动态地显示当前的温度及倒计时时间。对温度的控制主要由单片机内部三种中断方式来控制启动和停止。42、设计目的及方案论证2.1 消毒柜是现代生活中经常看到或接触的电器。消毒柜一般通过紫外线、远红外线、高温、
4、臭氧等方式，给食具、餐具、毛巾、衣物、美容美发用具、医疗器械等物品进行杀菌消毒、保温除湿。广泛用于酒店宾馆、餐馆、学校、部队、食堂等场所。通过本次设计，我们要达到的目的是：1）熟悉单片机的结构及它的工作原理；2）能用单片机完成简单的系统控制；3）会编制程序和设计单片机的外围电路；4）完成软件系统设计：绘出系统流程图、系统原理图；5）系统调试与仿真：将设计的控制系统在 Protuse 中进行系统调试或仿真22 系统设计要求2.1.1 显示消毒柜温度，保持时间。2.1.2 可以键盘设定消毒柜温度，定时时间。2.1.3 可以实现实时中断功能。23 系统组成框图DS18B20键盘控制单片机液晶屏显示发
5、光二极管显示图 2.1 系统组成框图24 系统工作原理5该系统是基于 AT89S51 单片机的温度控制的且实现通过高温来杀灭病毒的消毒柜系统，该系统主要三大部分组成。第一部分是由温度传感器 DS18B20 采集实时温度转换成数字信号；第二部分的电路是由键盘控制消毒的定时和启停；第三部分是液晶显示屏的显示部分。AT89S51 单片机对键盘的扫描结果和即时温度值的处理，实现对温度的实时控制，系统设计了启动设定定时时间，设置定时时间，中断控制定时，共四个键，按下启动设定定时时间功能键即确定开始温度增减按钮时，单片机加热时间可通过温度加减按钮设定，开始加热，启动定时器中断控制，当温度加热设定时间到后停
6、止加热。3、方案说明 3.1 DS18B20 一线总线温度传感器特点:体积小安装方便；可联网,方便分散点测量；三线二线式连接方式；测量范围-55+125；3.2 AT89C51按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51 单片机是美国 ATMEL公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，具有丰富的内部资源：4kB 闪存、128BRAM、32 根 I/O 口线、2 个 16 位定时/计数器、5 个向量两级中断结构、2 个全双工的串行口，具有 4.255.50V 的电压工作范6围和 024MHz 工作频率，使用 AT89C51 单
7、片机时无须外扩存储器。因此，单片机最小系统为晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。3.3 1602 液晶显示首先是 1602 液晶的管脚，总共有 16 个管脚，其中有三根是电源地、电源正、还有事对比度的调整电压；还有两根是 LCD 背光的正、负极。重要的是决定 led 指令的三根管脚吗，分别是 RS、 R/W、E（一般接单片机的 P2.0P2.2） ，剩下的八根式数据线分别为 DB0DB7(一般接单片机的 P0 口)。4、硬件方案设计4.1 系统硬件结构框图图 2 系统硬件结构框图51 单片机LCD 液晶 显示屏实时温度， 定时时间，温度上下 限二极管亮灭按键DS18B2 074
8、.2 单片机最小系统设计单片机采用的是 ATMEL 公司的 AT89S51 芯片该款芯片是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 4K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89S51 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S51 具有以下标准功能： 4k 字节Flash，128 字节 RAM， 32 位 I/O 口线
9、，看门狗定时器，2 个数据指针，两个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 4K 字节在系统可编程 Flash AT89S51。单片机最小系统电路图如图 3.2 所示。8 图3.2 单片机最小系统电路图4.3 DS18B20 控制电路通过 P3.4 口与 D
10、Q 的连接实现 51 单片机与温度传感器 DS18B20 的连通工作。4.4 键盘控制电路该键盘接口电路通过按键控制定时和中断。本模块通过编制程序，扫描键盘，来比对键盘的值，来设置四个功能键。4.5 LCD 液晶显示电路9通过 P0 口控制液晶显示的输入。P0 口必须外接上拉电阻。通过 P2口的低三位控制 RS,RW,E 三个功能控制引脚，从而控制液晶显示屏 LCD的工作。5、软件方案设计5.1 系统软件设计原理本程序设计根据通过温度传感器采样来的温度值，经过内部转化为二进制数字量，再通过 51 单片机控制输出至 LCD 液晶显示屏，然后调用显示程序进行温度的事实显示。对于各个功能键的程序是从
11、 P0 口读数、再转换成十进制数、送显缓区、再根据键盘扫描的结果对温度值进行比较判断，当按下的键是加减功能键时，系统要控制加热的时间可进行调节。开始加热后，通过定10时器控制加热时间到的中断，当加热时间由设定值减至 0 时停止加热，键盘显示实时温度。通过在主程序里面设立标志，该程序是通过延时的方法来确保温度转换为显示数据实现温度与按键的统一和“同步”，实时的控制加热的工作，以达到人们所要求达到的效果。5.2 主程序流程图定时未到，继续判断开始系统初始化中断初始显示屏初始定时初始键盘设置与液晶屏显示判断定时11定时到图 3 主程序流程图 5.3 系统子程序设计本软件设计中，系统子程序的设计是整个
12、程序设计的重中之重，子程序以模块化的方式实现各个独立功能，再通过主程序来调用功能子程序，使整个程序实现完整的功能。按键处理子程序， DS18B20 温度采样子程序，温度采样转化子程序，显示处理子程序。6、调试6.1 硬件调试6.1.1.由于本次课程设计做了实物出来，通过设计方案，在试验焊接板上进行合理布局并焊接实物图。然后根据实验指导书上的各功能芯片的端口地址，连接号各部分电路，用电表测量焊接点的正常与否，最后连上电源。6.1.2.检测 LCD 显示模块，因为通过键盘显示，可以直观的知道程序是否基本运行正常，是否按预定的显示。工作126.1.3. 调试键盘模块电路，看是否按压正常，以及二极管闪
13、灭部分是否能够实现实时闪亮。6.1.4.最后进行整体硬件电路的联调。6.2 软件调试软件调试是个很重要的过程，由于软件出现错误的话就基本上各部分功能都实现都有困难，所以软件的调试时重中之重。6.2.1 第一步是进行的是 DS18B20 的软件的调试，通过采集温度后内部转换后通过合理的内存单元的分配，存储采样后转换的值，然后同过 51 单片机程序看是否实现在 LCD 上显示实时温度值。6.2.2 键盘扫描部分程序的调试，该部分是程序中的功能键实现控制温度和时间的主要的部分，如果该部分程序出现错误的话，逻辑就会出现混乱，各功能键将不能实现，在调试的过程中，我们发现，我们的键盘电路的接法接口要正确连
14、接，一旦键盘口搞错的话，就会出现按键的功能的混乱，所以在这一步分的调试上最主要是把握键盘的控制分析。6.2.3 最后一部分调试显示程序的调试，该部分程序的调试，关系到该课设是否够直观的体现温度值，以及建立一个直观的人机对话界面，在该部分程序的调试的过程中面临的最大困难就是对于显缓单元的分配，13以及初始化，读写的控制，如果显缓单元分配有冲突的话，就会导致程序逻辑错误，所以应该仔细调试该部分应该边编写边调试。6.3 调试结果用专门的编译软件 Keil 对程序进行编译，编译无误后。并让其生成 HEX 文件，按照软件流程图在仿真软件 Proteus 上进行仿真，把各个元器在仿真软件中找出来，再将它们
15、连接起来，连接完毕后将生成的HEX 文件加载到单片机中。经过详细的硬件调试和软件调试之后，系统工作正常，LCD 液晶显示模块共两行，分别按要求实时显示设定的最高和最低温，当前温度值，定时时间值。按下“加减键”时，系统可调节消毒加热的时间，加热时间到后点亮定时到指示灯，当时间到达到 0 时，停止加热。7、技术小结通过一个多星期的研究动手实践完成，简单的消毒柜控制系统初步成形。实物图也出来了，实现了课程设计的基本要求。本设计集中了按键，定时器，液晶显示等的应用。对于按键部分控制简单，因为是独立的按键控制，只需要与 51 单片机的任一输入输出端口相连，通过控制器高低电平即可。对于定时器和外部中断 0,1 的设14计书写，只需要对中断和定时器控制的方法和步骤熟悉，熟练运用它们的启动停止就可正确完成控制。对于我来说最难得就是 LCD 液晶显示的控制了，硬件连接图可根据经验和管脚说明连接就行，但软件程序编写时对其的不熟悉和难以理解，给了我很大的障碍，以至于很久弄不出程序，不能支持实物电路板的正常工作。后来经过学习参考咨询和大家交流等各种渠道，慢慢的掌握了其基本的知识，才有了后
