综合设计课程报告书-温度测控系统设计

1、综合设计报告书全套设计加扣 3346389411或3012250582设计项目： 温度测控系统设计 班 级： 电科151 姓 名： 学 号： XXXXXXXXXX 指导老师： 一、 综合设计要求用单片机开发一个温度测量控制系统，显示用16*2的液晶，实时显示测量温度，加热输出采用通断控制，用发光二极管来模拟，能设置目标温度，能设置报警温度阈值，超过了进行报警，报警采用液晶屏幕显示。二、 方案分析和设计看到设计任务的时候，因为主要是进行温度测量，所以必然会用到温度传感器。那么什么是温度传感器呢。温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。

2、温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。在经过一番选择后，最终确定用DS18B20作为需要的温度传感器，原因如下。1.DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。 2.因为之前用过热敏电阻代替，精度不够高，也想尝试下新的传感器。其次就是16*2的液晶显示模块，因为要求中不需要显示中文，所有就采用LCD1602模块为所需的液晶显示屏。加热部分用发光二极管模拟，并采用通断控制，那么就可以利用定时器中断发出PWM波达到需要的要求

3、即可。其次是设置目标温度和警报温度。显然，需要加至少两个按键来控制。进行报警的部分就可以使用简单的蜂鸣器即可。当温度达到警报温度的时候，蜂鸣器就响。因为是LCD屏，所有发挥部分加了一个万年历的模块，采用DS1302时钟模块。本可以加个计算器模块，但是估计IO口设计完上面的一系列模块后就不够用了，所以不打算加上计算器模块。三、 硬件设计主要元器件的选择：MCU 芯片选择的是AT89C51,LCD显示屏采用的是LCD1602，在仿真电路中用的是LM016L，和LCD1602性质相同。温度传感器用的是DS18B20。发挥部分用的是DS1302时钟模块。模块设计最小系统：这个部分的设计相对比较简单，首

4、先是系统时钟电路，需要一个12M的外部晶振，其次需要两个30pf电容。搭配起来就是一个系统时钟了。接下来就是复位电路了，需要一个10K电阻，一个10f的电解电容，还有一个开关。设计好后的最小系统如图所示：液晶显示：LCD1602按照LCD1602手册连接好电路如图所示：DS18B20温度模块： 单线数字温度传感器，所以操作的要求比较高，读取数据的时候需要控制在微秒量级。初始化：主机首先发出一个480-960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做

5、为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。写操作：写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总

6、线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。读操作：对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS

7、1302模块：DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS

8、1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。SCLK始终是输入端。加热模块：用的LED代替，在加热的时候LED在PWM波的作用下会出现周期为4s的亮灭，代表加热的进行。在停止加热的时候，会灭掉。按键功能：按键1是万年历按键，按键2是设置目标温度和警报温度按键，按一下进入目标温度设置，按两下进入警报温度设置。按键3是加温度按键，按键4是减温度按键。按键5是温度显示按键。硬件电路图：硬件PC

9、B板图：四、 软件设计LCD显示模块部分代码编写：在LCD硬件部分介绍的时候，介绍了LCD1602读写的步骤和时序。按步骤可以编写出以下的初始化和读写代码。其中的清屏（LcdWriteCom(0x01)）这一步在主函数里面的用处很多。DS18B20温度显示模块：DS18B20对时序的要求很高，要控制在微秒量级之间，初始化、读、写中的任何一步有误差就会显示不出温度。按照硬件部分的介绍可以写出DS18B20部分的代码如下：初始化：写操作：读操作：DS1302模块代码：根据硬件部分对DS1302的解释，也可以写出如下的代码PWM波代码：通过定时器中断1输出周期为4s的方波，实现两秒亮，两秒灭。目标温

10、度和警报温度设定：达到目标温度后LED灭和未达到目标温度LED周期性亮灭：达到警报温度后蜂鸣器响：五、 软件仿真按下温度显示按键，显示当前温度：按下目标温度设置键，出现Aim_temp设置。此时按下加和减键可以实现目标温度设置。继续按下温度设置键，跳转到警报温度设置页面，按下加和减号键可以设置警报温度。此时，按下温度显示键：如果目标温度高于当前温度，LED灯会周期性亮灭，模拟加热环节。如果目标温度低于当前温度，则LED灭。模拟停止加热环节。如果当前温度高于设定的警报温度，蜂鸣器响。目标温度（52）高于当前温度（48），LED亮。目标温度（52）低于当前温度（55），LED灭：当前温度高于警报温

11、度，蜂鸣器响：按下万年历显示模块，显示日期（初始化值）：六、 总结体会通过本次的综合设计，让我学会了如何通过元器件手册编写相应的初始化等程序。尤其是DS18B20这个温度传感器模块。稍有延迟误差就读不出具体的温度数据，会一直显示-0.006。调了很久，才把延迟范围控制在要求的范围内。此外，对于LCD1602的部分，要是想显示单独一个变量数字，需要在末尾加上0。例如：要在LCD上显示目标温度Aim_temp，需要拆分成高位和地位，分别用Aim_h和Aim_l来表示，那么要显示出来就需要Aim_h+0才可以显示出来。总之，这次综合设计让我更加意识到了单片机的强大和有趣，希望未来能在这条路上越走越远

12、。七、 参考文献1. DS1302时钟芯片介绍2. DS18B20模块介绍3. LCD1602显示屏模块介绍附件：程序清单（因篇幅有限，仅写出主函数部分代码）/*2018年9月12日10:19:01*/#include<reg51.h>#include"lcd.h"#include"temp.h"#include"general.h"#include"ds1302.h"/* 函数名 : main* 函数功能 :进入目标温度和报警温度设置页面后，需要返回温度显示页面，必须先返回万年历页面，此时再按温度显示

13、键，方可进入温度显示页面* 输入 : 无* 输出 : 无*/全局函数void LcdDisplay(int);void DS1302_LcdDisplay();void RES();/结果运算函数void aim();void alarm();void change_temp();/-定义全局变量typedef unsigned int u16; unsigned char Runmodel = Calendar;unsigned char Temp = "Temperature" /温度unsigned char Date = "calendar"/万

14、年历unsigned char Aim_tp = "AIM_TEMP"unsigned char Alarm_tp = "Alarm_tp"unsigned char Aim_temp = 27;/目标温度初始值unsigned char Alarm_temp = 95; /报警温度初始值unsigned char Aim_h,Aim_l,Alarm_h,Alarm_l,Alarm_mh;int Now_temp;/IO口设定#define GPIO_KEY P1sbit K1 = P20;/选择按键1，进入万年历模式sbit K2 = P21;/选择按

15、键2，进入温度测量模式sbit K3 = P22; /选择按键3，进行目标温度和最高温度警报设置sbit K4 = P10;/自加按键sbit K5 = P11;/自减按键sbit led = P23;sbit beep=P15; /蜂鸣器响应sbit reset = P32; /复位按键void delay(u16 i) while(i-); void main()unsigned char i = 0;Isrint();LcdInit(); /初始化LCD1602while(1)Runmodel = Run_Model();if(K3 = PutDown)Delay10ms(1);if(K

16、3 = PutDown)LcdWriteCom(0x01);LcdWriteCom(0x83);for(i = 0;i<8;i+)LcdWriteData(Aim_tpi);/第一次按下K3进行目标温度设定LcdWriteCom(0xc5);aim();LcdWriteData(Aim_h);LcdWriteData(Aim_l);LcdWriteData(0xdf);LcdWriteData('C');while(1)Delay10ms(10); /这里必须加个延迟，不然温度会一下子加三下if(K4 = PutDown)/设置目标温度进行自加Delay10ms(2);i

17、f(K4 = PutDown)Aim_temp+; /设置目标温度进行自加aim();LcdWriteCom(0xc5);LcdWriteData(Aim_h);LcdWriteData(Aim_l);LcdWriteData(0xdf);LcdWriteData('C');if(K5 = PutDown) /设置目标温度进行自减Delay10ms(1);if(K5 = PutDown)Aim_temp-;aim();LcdWriteCom(0xc5);LcdWriteData(Aim_h);LcdWriteData(Aim_l);if(K3 = PutDown)Delay10

18、ms(1);if(K3 = PutDown)LcdWriteCom(0x01); /清屏，进入下一个警报温度设置页面LcdWriteCom(0x83);for(i = 0;i<8;i+)LcdWriteData(Alarm_tpi);LcdWriteCom(0xc5);alarm();LcdWriteData(Alarm_mh);LcdWriteData(Alarm_h); LcdWriteData(Alarm_l);LcdWriteData(0xdf);LcdWriteData('C');while(1)Delay10ms(10);if(K4 = PutDown)Del

19、ay10ms(1);if(K4 = PutDown)Alarm_temp+;alarm();LcdWriteCom(0xc5);LcdWriteData(Alarm_mh);LcdWriteData(Alarm_h); LcdWriteData(Alarm_l);LcdWriteData(0xdf); LcdWriteData('C');if(K5 = PutDown)Delay10ms(1);if(K5 = PutDown)Alarm_temp-;alarm();LcdWriteCom(0xc5);LcdWriteData(Alarm_mh);LcdWriteData(Ala

20、rm_h); LcdWriteData(Alarm_l);LcdWriteData(0xdf); LcdWriteData('C');if(K1 = PutDown)Delay10ms(1);if(K1 = PutDown)Runmodel = Calendar;break;if(K1 = PutDown)Delay10ms(1);if(K1 = PutDown)Runmodel = Calendar;break; if(Runmodel = Calendar)/万年历模式LcdWriteCom(0x01);LcdWriteCom(0x83);for(i=0; i<8;i

21、+)LcdWriteData(Datei);Ds1302Init();LcdWriteCom(0x01);while(1) Ds1302ReadTime(); DS1302_LcdDisplay(); Runmodel = Run_Model(); if(Runmodel = Temp_test| K3 = PutDown) break; if(Runmodel = Temp_test)/温度测试模式LcdWriteCom(0x01);LcdWriteCom(0x83);for(i=0; i<11;i+)LcdWriteData(Tempi);LcdWriteCom(0xca);LcdW

22、riteData(0xdf);LcdWriteData('C'); /摄氏度while(1) LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp();/Delay1ms(1000);/1s钟刷一次 Now_temp = Ds18b20ReadTemp(); change_temp(); if(Now_temp< Aim_temp) /如果目前温度低于目标温度，那么将开启加热模式 EA = 1; if( Now_temp> Aim_temp) /如果目前温度高于目标温度，那么将关闭加热模式 led =1; EA = 0; if(Now_temp >= Alar

23、m_temp) while(1) beep=beep; delay(10); if(Now_temp < Alarm_temp) break; if(K1 = PutDown) Delay10ms(1);if(K1 = PutDown)Runmodel = Calendar;LcdWriteCom(0x01); /清屏,这里不能用初始化！break; if(K3 = PutDown) Delay10ms(1);if(K3 = PutDown)break; /* 函数名 : LcdDisplay()* 函数功能 : LCD显示读取到的温度* 输入 : v* 输出 : 无*/void Lcd

24、Display(int temp) /lcd显示 unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; /定义数组 float tp; if(temp< 0)/当温度值为负数 LcdWriteCom(0xc3);/写地址 80表示初始地址 LcdWriteData('-'); /显示负/因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码temp=temp-1;temp=temp;tp=temp;temp=tp*0.0625*100+0.5;/留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点/后面的数自动去掉，不

25、管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就/算由?.5，还是在小数点后面。 else LcdWriteCom(0xc3);/写地址 80表示初始地址 LcdWriteData('+'); /显示正tp=temp;/因为数据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量/如果温度是正的那么，那么正数的原码就是补码它本身temp=tp*0.0625*100+0.5;/留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点/后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就/算加上0.5，还是

26、在小数点后面。datas0 = temp / 10000;datas1 = temp % 10000 / 1000;datas2 = temp % 1000 / 100;datas3 = temp % 100 / 10;datas4 = temp % 10; LcdWriteCom(0xc4); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas0); /百位 LcdWriteCom(0xc5); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas1); /十位LcdWriteCom(0xc6);/写地址 80表示初始地址

27、LcdWriteData('0'+datas2); /个位 LcdWriteCom(0xc7);/写地址 80表示初始地址LcdWriteData('.'); /显示 .LcdWriteCom(0xc8); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas3); /显示小数点 LcdWriteCom(0xc9); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas4); /显示小数点 void DS1302_LcdDisplay()LcdWriteCom(0x80+0X40);LcdWriteData('0'+TIME2/16);/时LcdWriteData('0'+(TIME2&0x0f); LcdWriteData(':');LcdWriteData('0'+TIME1/16);/分LcdWriteData('0'+(TIME1&0x0f);LcdWriteDat