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1、安徽理工大学毕业设计课程设计基于单片机的数字温度控制系统学院（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日I安徽理工大学课程设计基于单片机的数字温度控制系统摘要本课题设计以AT89C2051单片机为核心，采用相关的传感器设计了一种温度控制系统。该系统可对温度进行自动监控。本文完成了系统的硬件组成结构图和相关软件程序框图，并详细说明了本套系统的工作原理。系统采用单总线传感器网络设计思想。其中温度传感器都以智能终端的形式挂接到单总线上，多条单总线汇总到一起，由一台数据采集器集中控制，每台数据采集器负责一定区域内的温度监测。数据采集器的核心部件为单片机，主要完成对其所连接传感器件的测量与控
2、制以及与主机的通信等功能。关键字: AT89C2051， 传感器 ，温度控制系统目录基于单片机的数字温度控制系统2第一章 系统总体方案设计31.1设计目标41.2元件选择41.2.1主控芯片41.2.2温度采集模块41.2.3显示模块51.2.4智能报警模块5第二章 温度控制系统原理及分析52.1系统总体流程图52.2 系统各个部分电路设计62.2.1单片机主控电路设计62.2.2按键电路设计72.2.3 LED显示电路的设计82.2.4 温度检测模块122.2.5报警电路15结论16参考文献17附录A18 第一章 系统总体方案设计如图1-1所示。此温度控制系统先是温度感应原件进行温度采集，A
3、/D转换后送入到单片机然后显示输出和智能温度报警，如果需要修改温度参数或者是查看设置和其他功能，则由键控制电路输出控制。LED显示电路温度采集按键控制单片机AT89C2051LED驱动电路蜂鸣器报警A/D转换图1-1 系统总体方案1.1设计目标设计工业温度控制系统，实现实时温度检测，数据传输，液晶显示，按键控制电路，可设定监控温度上下限，过限报警电路，可持续工作，掉电复位，具有高可靠性和低生产成本，低功耗，高精度等特性。1.2元件选择1.2.1主控芯片方案一：采用数字逻辑电路。本系统有功能设置、数据装入、定时、显示、声音提示多个功能模块。各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。由于键盘控制
4、信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路。这样，系统复杂且难以实现。因此，本设计并未采用这种方案。方案二：采用单片机作为整个控制系统的核心。鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，本设计采用了AT89C2051单片机系统。具体方案如下：首先，利用单片机多中断源的协调处理能力，通过扫描接收键盘送来的信号，确认功能设置，实现数据装入，利用单片机内部定时器倒数设置时间，利用中断动态扫描控制显示电路，用单片机I/O口控制外部继电器以及提示电路。由此可知，采用方案二较为合理，降低开发难度。1.2
5、.2温度采集模块方案一：热电偶传感器热电偶传感器具有价廉、精度高、构造简单、测量范围宽(通常从- 50 + 1600 )及反应快速的优点。热电偶传感器输出的电压信号较为微弱(只有几毫伏到几十毫伏) , 因此在进行A/ D 转换之前必须进行信号调理, 由高放大倍数的电路将它放大到A/ D 转换器通常所要求的伏特级电平。一般采用热电偶调理模板或调理模块来完成这项工作最为便捷, 而自行设计、制作仪表放大器则较为繁琐且较难保证精度。方案二：可编程分单总线数字温度传感器DS18B20DS18B20 是一种单总线系统的数字温度传感器,它可提供二进制9 位温度信息,分辨率为0. 5 ,可在- 55 + 12
6、5 的范围内测量温度。从中央处理器到DS18B20 仅需连接一条信号线和地线,其指令信息和数据信息都经过单总线接口与DS18B20 进行数据交换。DS18B20 完成读、写和温度变换所需的电源可以由数据线本身提供,也可以由外部供给。并且,每个DS18B20 有唯一的系列号,因此同一条单总线上可以挂接多个DS18B20 ,构成主从结构的多点测温传感器网络。此特性可普遍应用在包括环境监测、建筑物和设备内的温度场测量,以及过程监视和控制中的温度检测中。由比较可知，选用方案二相对比较便宜的DS18B20更好，能提高A/ D 转换精度的同时确保信号完整性，较少开发难度。1.2.3显示模块方案一采用液晶显
7、示。液晶显示的优点是显示的内容多，可以提供中文显示，背景光亮度可调，硬件接线少。缺点是价格昂贵，且容易烧毁，必须加限流电阻。方案二采用动态数码管显示。优点是显示时间较为清晰，远距离也能看清。四位动态数码管较为便宜，大大节省了成本。缺点是电路接线较多，显示内容少，只能显示数字，不能显示中文。考虑到显示需要与成本，采用方案二较为合适1.2.4智能报警模块方案一、采用语音芯片实现语音提示。语音芯片优点是能输出各种录制好的声音，输出容易丰富。缺点是电路复杂，价钱贵，而且要先录制才能播放。方案二、采用蜂鸣器输出声音提示。优点是电路简单，价钱便宜。考虑成本与本设计只需要一种工作完成的提示，用简单的蜂鸣器电
8、路已经足够，故选择方案二。15第二章 温度控制系统原理及分析2.1系统总体框图系统的工作流程如图2-1，首先器件上电复位，温度检测芯片DS18B20检测当前温度。单片机从DS18B20中读出温度值，并与DS18B20非易失性存储器中的TH，TL值比较（其中TH为设定温度最高值，TL为设定温度最低值），并显示输出当前温度值，如果发生超限，即智能报警。注意，除非电路掉电复位，又或者是温度恢复正常，否则报警器不会停止。当超限报警后，启动电机对温度进行调节，当温度恢复正常后报警解除。键盘控制电路设置上下限温度值。上电复位温度检测单片机AT89C205551551智能报警显示输出键盘控制温度修正图2-1
9、 系统总体框图2.2 系统各个部分电路设计2.2.1硬件电路设计 图2-2 单片机外围电路单片机主控电路如图2-2所示包括电源复位电路和晶体振动电路和按键电路。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才起的抖动而影响复位。当开关RST闭合后经过一小段时间的延时后单元稳定，RST端口变为高电平，产生复位信号，单片机复位。图2-3 晶振电路 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要
10、通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。晶振与单片机的脚XTAL1和脚XTAL2构成的振荡电路中会产生偕波，这个波对电路的影响不大，但会降低电路的时钟振荡器的稳定性。 2.2.2按键电路设计SET键：按下该键时，进入上下限温度设置功能，通过P3口P3.2引脚接入，中断工作方式。+1键：在输入上下限时，按下该键一次，被调整位加一，通过P3口P3.0引脚接入，查询工作方式。RET键：按下该键时，指向下一个要调整位，通过P3口P3.1引脚接入，查询工作方式。按键电路一端接地，另一端接单片机P3口，当按键S1，S2，S3，有按下状态，则立刻有信号从
11、P3口进入单片机，单片机做出响应。图2-4 按键电路2.2.3 LED显示电路的设计由系统硬件的电路设计框图可知，显示电路由LED显示器、段驱动电路和位驱动电路组成。由于单片机的并行口不能直接驱动LED显示器，必须采用专用的驱动电路芯片，使之产生足够大的电流，显示器才能够正常工作。LED显示器的显示控制方式分为静态显示和动态显示两种，在选择LED驱动时，一定要先确定显示方式。若选择静态显示，则LED驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器的电流相匹配即可。而且只需要考虑段的驱动，因为共阳极接+5V，而共阴极接地，所以位的驱动不需要考虑。动态显示则不同，由于一位数据的显示是由段选和位选
12、信号共同配合完成的，因此，要同时考虑段和位的驱动能力，而且段的驱动能力决定位的驱动能力。LED显示器的选择在本设计中，选择4位一体的LED显示器，简称“4-LED”。第一位显示正数的百位或负号，第二位显示十位，第三位显示个位，第四位显示小数位。4-LED显示是一个共阴极接法的4位LED显示器。其中a、b、c、d、e、f、g为四位LED各段的公共引出端。D1、D2、D3、D4分为是每一位的共阴极输出端，dp是小数点引出端。4位一体的LED显示器的内部结构原理如图所示。对于这种结构的LED显示器，他的体积和结构都符合设计要求，由于4位LED阴极的各段已经在内部接在一起，所以必须使用动态扫描方式。L
13、ED段驱动芯片的选择在本设计中，可以选择BCD-7段锁存/译码/驱动器作为段驱动电路。这类芯片的型号有74LS47、74LS48、74LS247、74LS248等，该类芯片具有锁存、译码、驱动的功能。即在输入端输入要显示的字型的BCD码，在输出端就可以得到具有一定驱动能力的7段显示字型码。如图所示为74LS48芯片的电路结构原理及引脚图。引脚图中大写字母A、B、C、D为BCD码的输入端，小写字母a、b、c、d、e、f、g为字型码输出端，LT为灯测试输入端，RBI为消隐输入，RBO为消隐输出。表1中给出了74LS48 BCD-7段锁存器/译码器/驱动器的输入与输出信号的对应关系。在使用时，将该芯
14、片的输入端引脚A、B、C、D与单片机的P1口或P3口连接，该芯片的输出端七个引脚，与LED显示器的七个段码引脚相连接。74LS48的作用是接收来自单片机的BCD码型的输入信号，经过锁存、译码和放大后，输出7段码型到LED显示器，完成对BCD码到7段字型码的锁存、译码和驱动的功能。图2.5 4-LED显示器内部结构原理图74LS48 芯片电路结构原理及引脚图表2-1 74LS48 BCD-7 段译码器输入/输入端信号对照表输入端电平输出电平显示字型输入端电平输出电平显示字型D C B Ag f e d c b aD C B Ag f e d c b a0 0 0 00 1 1 1 1 1 1（3FH）00 1 0 11 1 0 1 0 1 1（6DH）50 0 0 10 0 0 0 1 1 0（06H）10 1 1 01 1 1 1 0 1 1（7DH）60 0 1 01 0 1 1 0 1 1（5BH）20 1 1 10 0 0 0 1 1 1（07H）70 0 1 11 0 0 1 1 1 1（4FH）31 0 0 01 1 1 1 1 1 1（7FH）80 1 0 01 1 0 0 1 1 0（66H）
