基于51单片机的智能温度调节装置设计

1、电子设计与制作报告题 目： 基于51单片机的智能温度调节装置设计 班 级： 12级电气X班 姓 名： XX 学 号： XXXXXXXX 同组成员： XXX,XXX,XXX,XXX,XXX 成 绩： 基于51单片机的智能温度调节装置设计摘要：随着现代信息化技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能独立工作的温度检测系统已广泛应用于各种不同的领域。本文介绍了一个基于89C51单片机和数字温度传感器DS18B20以及操控半导体制冷片的智能控温系统，并用LCD12864液晶屏显示温度值，并且能够显示时间以及显示调节温度至指定温度所用的时间。系统电路简单、操作简便，能任意设定报警温度，系统完成了电子设计

2、的基本要求和大部分扩展内容要求。扩展部分的波形显示花屏，未能做出来。关键词：89c51，lcd12864，报警，时间，波形目录1 引言42 任务要求42.1 基本要求42.2 扩展功能43 总体方案设计53.1 方案论证53.1.1 方案一53.1.2 方案二53.2 总体设计框图54 本组设计及完成情况64.1 单片机系统64.2 数字温度传感器模块74.2.1 DS18B20性能74.2.2 DS18B20外形及引脚说明84.2.3 DS18B20接线原理图84.3显示模块84.3.1 LCD12864性能84.3.2 LCD12864引脚及说明94.3 报警模块94.4 驱动模块104.

3、5完成情况104.5.1基本功能实现104.5.2附加功能实现104.5.3未完成功能：114.5.4系统优缺点115 本人承担工作及完成情况介绍125.1实时温度显示125.1.1对18b20进行操作：125.1.2对lcd12864进行操作125.1.3显示操作135.2按键功能135.3波形显示13参考文献：141 引言随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，各种数字系统的应用也使人们的生活更加舒适。数字化控制、智能控制为现代人的工作、生活、科研等方面带来方便。其中数字温度计就是一个典型的例子。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数

4、方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用80C51单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理将温度显示在用12864液晶屏上。2 任务要求2.1 基本要求1.能够通过键盘和液晶（或数码管）设定温度值，温度值的设定范围为-1010摄氏度，最小区分度为1摄氏度2.控制装置实时显示被控对象温度，当温度达到设定值时，控制装置通过液晶或声光发出提示信号3.被控对象温度精度为2摄氏度2.2 扩展功能1.控制装置实时显示当前时间2.控制装置可记录被控对象温度达到设定值的时间（时间最小分辨率为0.

5、1s）3.用液晶实时显示的被控对象温度值，3秒刷新一次。并显示被控对象温度随时间变化的曲线，实时刷新显示，30秒刷新一次。4.被控对象温度精度为1摄氏度，尽量缩短被控对象达到温度设定值的时间3 总体方案设计3.1 方案论证3.1.1 方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件，将随被测温度变化的电压或电流采样，进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理，实现温度显示。这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。3.1.2 方案二考虑到在单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用DS18B20数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，

6、起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。3.2 总体设计框图本方案设计的系统由单片机系统（80C51）、数字温度传感器（DS18B20）、12864液晶屏、按键控制模块、温度报警模块组成，其总体架构如下图1。80C51单片机测温模块（DS18B20）驱动模块半导体制

7、冷片显示模块（12864液晶屏）报警模块按键模块图1 系统总体方框图4 本组设计及完成情况4.1 单片机系统本设计采用80C51单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括：1.DS18B20数字温度传感器的初始化和读取温度值2.12864液晶屏的驱动和显示3.温度的读取比较和报警单片机系统电路原理图：图2 单片机系统原理图4.2 数字温度传感器模块4.2.1 DS18B20性能l 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信l 简单的多点分布应用l 无需外部器件l 可通过数据线供电l 零待机功耗l 测温范围-55+125，以0.5递增l 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.2

8、5、0.125和0.0625l 温度数字量转换时间200ms，12位分辨率时最多在750ms内把温度转换为数字l 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统l 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作4.2.2 DS18B20外形及引脚说明图3 DS18B20外形及引脚l GND：地l DQ：单线运用的数据输入/输出引脚l VD：可选的电源引脚4.2.3 DS18B20接线原理图单总线通常要求接一个约4.7K左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。图4 DS18B20接线原理图4.3显示模块4.3.1 LCD12864性能l 低电源电压（VD

9、D:+3.0-+5.5V）l 显示分辨率:12864 点l 2MHZ 时钟频率l 视角方向：6 点l 通讯方式：串行、并口可选l 无需片选信号，简化软件设计l 工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +604.3.2 LCD12864引脚及说明图5 LCD12864接线原理图4.3 报警模块当温度超过或低于设定温度值时，实现报警，LED灯点亮。并且在lcd12864上显示并提醒。4.4 驱动模块驱动电路：4.5完成情况经过几周的电路搭建和软件编写，我们组已经实现电路基本部分和部分扩展功能。具体如下：4.5.1基本功能实现完成基本要求的所有项：(1) 能够通过键盘和液晶（或数码管）

10、设定温度值，温度值的设定范围为325(室温)，最小区分度为1。(2) 控制装置实时显示被控对象温度，当温度达到设定值时，控制装置通过液晶或声光发出提示信号。(3) 被控对象温度精度为1。4.5.2附加功能实现完成了前5项功能：(1) 控制装置实时显示当前时间(开机即开始计时)。(2) 控制装置可记录被控对象温度达到设定值的时间（时间最小分辨率为0.1s）。(3) 用液晶实时显示的被控对象温度值，1秒刷新一次。(4) 被控对象温度精度为1。(5) 尽量缩短被控对象达到温度设定值的时间。(控制装置单向制冷，在制冷时调节冷端风扇关闭，降低测试装置与环境温度交换速度；当调节温度升高时，关闭制冷，同时开

11、启冷端风扇是测试面与环境温度加快)4.5.3未完成功能：温度的波形显示。波形程序响应迟缓以及出现花屏，不能加入主程序中，该问题尚未得到解决。4.5.4系统优缺点(1) 优点本组设计系统通过12864显示屏与6功能按键组成了良好的人机交互性条件，在主菜单以及子菜单模式下能够实时显示被测温度与时间。上下限报警及控制功能优点，在设定上下限后，当温度达到上或下限，会启动自动调节功能，将温度控制在上下限内，并可按SET键初始化上下限，符合工程控制实际，具有较高的实用价值。设定温度功能优点，在温度设置菜单下，增加了确定菜单控制，避免在设置过程中输入错误，并可按MODE键返回重新设置。温度控制采用PWM脉宽

12、调制技术，是温度控制精度有所提高。(2) 缺点本系统采用继电器驱动制冷片工作，其最小关断延时限了系统控制精度，并且在关断过程中会有较大的电磁干扰，使得LCD显示会出现不明闪烁。由于程序冗余，导致修改该部分程序后编译下载失败，在温度到达设定值定时，不能成功进行第二次定时功能（该问题暂未解决！）5 本人承担工作及完成情况介绍由于小组是分模块来做的，本人主要负责lcd12864显示这一块程序编写以及18b20的编写和调试以及后期的部分调试。目前实现了能显示实时温度，按键的设置，最后还有波形（未能成功加入主程序）。5.1实时温度显示5.1.1对18b20进行操作：读温度值模块需要调用4个子程序，分别为

13、：DS18B20初始化子程序：让单片机知道DS18B20在总线上且已准备好操作DS18B20写字节子程序：对DS18B20发出命令DS18B20读字节子程序：读取DS18B20存储器的数据延时子程序：对DS18B20操作时的时序控制程序声明为：bit Init_DS18B20(void);/ 18b20初始化unsigned char ReadOneChar(void);/读取一个字节void WriteOneChar(unsigned char dat);/写入一个字节最后从18b20中读取温度程序：unsigned int ReadTemperature(void);5.1.2对lcd12

14、864进行操作本人选用的是带字符的lcd12864液晶显示屏。首先根据时序图写出lcd12864的基础程序。Lcd12864初始化程序：void LCD12864_Init()；Lcd12864写命令程序：void LCD12864_WriteCmd(uchar cmd)；Lcd12864写数据程序：void LCD12864_WriteData(uchar dat)；Lcd12864读数据程序：uchar LCD12864_ReadData(void)；Lcd12864清屏函数：void LCD12864_ClearScreen(void)；Lcd12864设定坐标函数：void LCD12

15、864_SetWindow(uchar x, uchar y)；Lcd12864显示字符串函数：void LCD_PutString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char code *s)；5.1.3显示操作调用temp=ReadTemperature();将18b20中的温度读取出来，处理并取整数位。具体程序如下：temperature=(float)temp*0.0625*10;temp = (long)temperature%1000;displaytemp0 = temp/100+0;displaytemp1 = temp%100/

16、10+0;配置寄存器R1，R0是温度的决定位，由R1，R0的不同组合可以配置为9位，10位，11位，12位的温度显示。这样就可以知道不同的温度转化位所对应的转化时间，四种配置的分辨率分别为0.5，0.25，0.125和0.0625，出厂时以配置为12位。所以temperature=(float)temp*0.0625*10;再使用下面程序将其显示出来：LCD12864_SetWindow(0,2);for(i=0;i2;i+) LCD12864_WriteData(displaytempi);5.2按键功能首先定义了几个按键：sbit KEY_enter=P12;/确认/定义按键输入端口sbi

17、t KEY_ADD=P11; /上 sbit KEY_DEC=P16;/下sbit KEY_exit=P15;/退出在while（1）循环中不断调用按键程序，当有按键按下时，则进入相应功能。5.3波形显示我采用的是画点的方式，首先确定该点的具体坐标，具体在哪一字节的哪一位，以及哪一行。从网上我查找到了画点子程序，起初我取温度的十位和个位，将其打在lcd12864上，总共打了128点，然后将其清屏，循环显示。但是花屏，有18b20最开始下显示的85度，以及其他杂点。画点部分程序如下：void lcd_set_dot(uchar x,uchar y)uchar x_byte,x_bit;/确定在坐

18、标的那一字节哪一位uchar y_ping , y_bit;/确定在坐标的哪一屏哪一行uchar tmph , tmpl;/定义两个临时变量，用于存放读出来的数据LCD12864_WriteCmd(EXTEND_SET);/扩展指令集LCD12864_WriteCmd(DRAW_OFF);/绘图显示关闭x_byte = x / 16;/算出在哪一字节，注意一个地址是16位的x_bit = x % 16;/& 0x0f;/算出在哪一位y_ping = y / 32;/确定在上半屏还是下半屏，0代表上半屏，1代表下半屏y_bit = y % 32;/& 0x1f;/确定在第几行LCD12864_WriteCmd(0X80 + y_bit);/先写垂直地址（最高位必须）LCD12864_WriteCmd(0x80 + x_byte + 8 * y_ping);/水平坐标，下半屏坐标起始地址为0x