基于单片机的智能温控装置的设计

1、基于单片机的智能温控装置的设计摘要 21 世纪以来，随着科学技术的进步和工业化产业的发展，温度在人类的日常生活中饰演了一个不可或缺的角色。工业的发展跟人类对于工作环境的温度掌控息息相关，对温度的检测与监控异常重视。温度控制不仅在工业生产中尤为重要，在日常生活中随处可见，比家庭生活中家用电器，农业生产的温室大棚， 商业广场的温度管理。本文设计一个以AT89C52 为核心的的单片机温度控制系统。以DS18B20 数字温度传感器为核心芯片，利用C 语言控制驱动的硬件，用Microsoft Visual Basic 编程语言编写上位机软件，数码管显示器使用LCD1602 显示模块。本系统能够实现俄乌嘟

2、传感器监测被测量单位的温度值并显示在LCD 上。 如果被测试单位的温度值超出系统设置的测温范围，系统将受到信号后进行相关升温或者降温工作。该温度控制系统可以实现远程温度检测并实施控制操作，使用模块化的设计使得整个温控系 统相比其他产品具备更高的效率以及更低的成本，人类可以根据自己的实际需应用到不同的领域。关键字 AT89C51, DS18B20,LCD1602, 温度检测Design of Temperature Control System Base on Single Chip Microcomputer.Abstract Since the 21st century, with the

3、progress of science and technology and the development of industrial industry, temperature plays an indispensable role in human's daily life. The development of industry is closely related to human's temperature control of the working environment, and the detection and monitoring of temperat

4、ure are attached great importance. Temperature control is not only important in industrial production, but also in daily life, which is more than household appliances, greenhouse greenhouse and commercial plaza. This paper designs a single chip microcomputer temperature control system with AT89C52 a

5、s the core. With DS18B20 digital temperature sensor as the core chip, using the C language control driven hardware, the upper computer software was written in Microsoft Visual Basic programming language, and the LCD1602 display module was used for the digital tube display. The system can monitor the

6、 temperature of the measured unit and display it on the LCD. If the temperature value of the test unit exceeds the temperature range set by the system, the system will be subject to therelevant temperature rise or cooling work after the signal is received. The temperature control system can realize

7、remote temperature testing and implementation of control operation, using modular design make the temperature control system compared to other products have higher efficiency and lower cost, humans can according to own actual need to be applied to different fields.Key words AT89C51, DS18B20,LCD1602,

8、Temperature Detection目录第 1 章引言 61.1 选题背景与意义61.2 国内外研究现状和相关工作71.3 主要内容71.4 本文的论文结构与章节安排8第 2 章几何驱动的用户目标区域提取与矫正方法92.1 AT89C51 单片机 92.2 Proteus 92.3 Microsoft Visual Basic 102.4 LCD1602 显示模块102.5 DS18B20 102.6 C 语言 102.7 本章小结1112第 3 章硬件设计3.1 总体设计123.2 串口通讯模块133.3 液晶显示模块133.4 温度检测模块143.5 蜂鸣器报警模块153.6 本章小

9、结16第 4 章软件设计与实现174.1 串口通讯模块174.2 液晶显示模块184.3 温度检测模块204.4 蜂鸣器报警模块214.5 本章小结22第 5 章系统测试235.1 功能测试235.2 仿真测试235.3 上位机测试275.4 本章小结27第 6 章总结与展望286.1 总结 28296.2 展望参考文献30致谢35附录36第 1 章 引言选题背景与意义21 世纪以来随着科学技术水平日新月异的提高，人类社会生活水平的提升，温度传感器在各个领域的广泛应用，温度检测控制系统的发展方向已经成为主流风向标。温控效率与被控制的温度环境稳定性有之因果关系，想要提供稳定的温度环境，就要求温控

10、系统的精确度强，有效性高。目前国际温控技术分为动态温度跟踪和恒定温度控制两大类。动态温度跟踪是指被操控对象按照系统制定的曲线进行变化，而温控控制是指温度在设定的具体数值上下起伏波动，并且不能超过某一给定值。智能系统是一种能产生人类智能行为的计算机系统。智能系统能够按照人工智能的问题求解模式以获得人来想要的结果。智能系统包括硬件软件两个部分，硬件方面由中央处理单元、存储器、显示设备、输入设备、感应设备等元器件组成。而软件方面有多种可供选择的编程语言，C 语言、 C+、 JAVA、 VB 等多种计算机语言都可以编写出人类所需要的软件，再植入硬件设备调试，通过硬件完成指定的功能。温度控制系统是一种以

11、温度作为控制变量的反馈控制系统，作为智能系统的一种。温控系统主要由被控制对象，测量装置，调节器和执行机构组成。温控系统应用的领域很广泛，比如工业化产业，汽车产业，智能家具电器，温室农业产业等。温控系统能够实现温度在人类预先设置好的温差范围内起伏波动，不需要经过人工温度调节，大大提高了人类的作业效率。目前市面上的温控系统多种多样，但是温控效果和功能性各有差异。本设计的温控系统是基于单片机的操作系统，能够对温度实现较为精准的控制。基于单片机的系统在能源节约上占据优势，且单片机的逻辑处理运算能力强大，出现失误的几率相比传统的温控系统更低，既安全又节能。基于单片机的系统方便修改程序，能够根据不用的环境

12、需要设定出相应的温控范围。目前国际温控技术可分为两类：动态温度跟踪和恒定温度控制。动态温度跟踪是指被控对象按照原先制定的曲线进行变化，而温控控制是指温度在控制下至始至终不会超过一定的温度区间。人类一开始使用的定制开关温度控制法，是通过硬件电路对当前温度和设定的温度之间的关系进行判断，从而对系统加热源进行开关控制。这种控制方法在很多国内的工厂的老式电炉中使用，具有控制精度低的缺点，不能够精准地控制温度。随着数字化技术的进步，PID 温度控制技术以精准的温度控制被后人认可。国外追求高科技化的项目研究，日本Komatsu Electronics 公司对基于PID 控制与现代控制理论相结合的离子化热水

13、器温度控制开展了研究，结果证明这样的温度控制方法能够使用比传统控制系统更少的温度传感器，进而降低成本。 英国的 Hamid 在冰箱的温度控制系统里面融入了PID 控制器， 通过一系列仿真测试得出结果。相比传统的ON-OFF 控制， PID 控制拥有比较的控制精度和卓越的控制性能。但是 PID 控制器在面临高精度的需求的系统时，比如具有大滞后大惯性的对象时，PID 就显得捉襟见肘，难以适应。国内比较注重工业化和与人类生活环境相关的科学开发，比如海林系列HL108 数字温控器采用NTC感温元件，能够在535° 温度范围内实现精度1°以内的温度控制。该温控器基于单片机设计而成，自

14、耗功率仅仅在1 瓦以内，使用起来方便快捷。本设计就是基于单片机制作的温度控制系统，拥有该控制器低功耗的优点，同时采用更低价格的AT89C51 单片机，成本降低但不影响温度控制精度，更加亲民。本文具体地描述了以单片机AT89C52 和 DS18B20 温度传感器为核心的温度控制系统，制作一个数字化的温控装置，帮助人类方便快捷的控制温度主要内容经过对市面上温控系统的调查，AT89C51 单片机用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容，相比其他芯片拥有更低价格的优点。固AT89C51 单片机用于嵌入式系统设计的方案符合经济性研究。温控系统的正常运

15、行应该通过硬件和软件相结合以采集数据，传感器将测量数据以数字信号的方式传达给单片机，并在显示器进行温度显示，单片机通过预先设置好的程序对信号进行计算分析，再实施相关升或降温操作。AT89C51 单片机就是该系统的中央处理单元。温度的检测需要传感器，采用DS18B20 温度传感器。处理的结果需要展现出来，这里使用液晶显示屏显示处理完的对象温度。预设的程序用软件编写，把温度控制的范围写入程序供单片机使用。最后将模块进行连接，进行功能实现和运行测试，测试温度超出范围的情况下系统是否会作出报警处理，是否会执行升降温操作，最终完成一个能够实现温度自动控制的装置。本文的章节安排本文设计了一个基于单片机的温

16、度控制系统，这里介绍论文各章节的内容第一章介绍的是目前国内和国外的发展现状以及论文选题的背景和意义所在。第二章介绍的是设计系统所需要的一些关键技术软件和元器件。简单描述系统的需求和所需软件硬件的功能。第三章介绍的是设计系统的各个模块连接方式，系统的硬件设计。第四章介绍的是系统所需要的软件设计要求，主函数流程图，是系统的中枢运行枢纽。第五章介绍的是系统设计完成后进行的一系列测试，其中含有功能测试，单元测试和运行测试，通过测试结果分析系统的功能性是否与设计前的要求一致。第六章是对设计进行总结和展望，对系统的优缺点进行分析，以及系统的发展方向第 2 章关键技术2.1 AT89C51 单片机AT89C

17、51 是一款主流的单片机，一种低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器.它能够与MCS-51 相兼容，数据保存时间长达10 年， 其内部有32 个可编程I/O 线， 支持两种软件可选的节能工作方式。AT89C51 的价格十分亲民，非常适合大学生开发和研究各类单片机系统。本论文设计的系统需要把五个模块电路和单片机进行连接，组成电路。Proteus 软件是英国Lab Center Electronics 公司出版的EDA 工具软件.它能够对单片机和单片机的外围器件进行仿真，在虚拟环境下对电路进行测试。作为电子信息专业学生必修的EDA 软件， Proteus 有着完善的电路仿真功能，使得学生在进行功

18、能测试的时候不必在实际连接电路中花费太多的时间，更加的省时省力。Proteus 的仿真器件丰富多样，仿真效果真实有效，用于连接的导线用不一样的颜色表示其对地电压大小，并且采用色点显示引脚的数字电平，让开发者对仿真电路的了解更加直观。2.3 Microsoft Visual BasicVisual Basic 是 Microsoft 公司开发的一种程序设计语言，其模块化，结构化，面向对象的，包含协助开发环境的事件驱动为机制的特点可用于快速组建所需要的应用程序。Visual Basic 采用图形化的界面发开应用程序，使得开发出来的程序直观易懂，在window 计算机系统上的运行如鱼得水，方便程序员

19、使用。2.4 LCD1602 显示模块论文设计的系统需要通过液晶显示器对外展现温度测试值。这里采用一款能够同时显示32 个字符的LCD1602 显示屏。 作为一种工业型字符液晶，它能够满足系统的显示需求。LCD1602 拥有标准的16 脚接口，可用于与单片机的连接，显示所需要显示的内容。 2.5 DS18B20DS18B20 是一种体积小，抗干扰能力强，精度高，价格低廉的数字温度传感器。DS18B20 的接线方式很方便，封装后可以应用在各种各样的场合。该传感器的测温范围在55+125 ，并且在使用的过程中不需要人和外围器件，能够将测量到的数据以912 位数字量方式串行传送到单片机，本设计采用这

20、款传感器，实施对被测量对象的温度监控。2.6 C 语言C 语言是一种通用的计算机编程语言，广泛应用于系统软件与应用软件的开发。丰富的运算符使用作为强大的后备力量，使得它可以完成其他高级语言不能实现的运算。C 语言的有很多种数据类型，能够应付各种复杂的数据运算，由于C 语言能够对物理地址进行直接访问，能够对硬件进行操作。强大的图形功能支持下，让C 语言支持多种显示器和驱动器。2.7 本章小结本章简单叙述了单片机AT89C51 和各个模块的连接方式，以及液晶显示模块和温度测试模块的功能，还有所需要开发平台的基本特性。第 3 章硬件设计3.1 总体设计温度传感器单片机液晶显示蜂鸣器报警串口通讯如图所

21、示，本系统由AT89C51 单片机作为核心单元来保证系统的正常工作，DS18B20 温度传感器作为温度 检测元件，液晶显示器实时显示被控制对象的实时温度。蜂鸣报警器用于被检测对象温度超过规定范围时自动报警。温控系统的各个模块功能实现：1 .AT89C51 单片机： 主要是通过对4 个并行 I/O 端口的读写操作完成其他模块的控制ROM 程序存储器的实现2 .温度信号采集模块：由DS18B20 传感器采集被检测对象的温度信息，并将温度值送达单片机处理3 .液晶显示模块：单片机收到温度信号后作出处理，接受单片机传达的数据，显示处理过后的温度值4 .蜂鸣报警模块：当测试温度超过程序预先设置范围时，自

22、动实施报警操作5 .串口通讯模块：单片机通过串口跟计算机通讯。3.2 串口通讯模块11.0592M ， 所以我们使用的晶振就是11.0592M 。 这里使用MAX232芯片将 RS232 电平转化为TTL 电平。由VB 编写的程序容易使用，选择正确的串口号，设置正确的波特率，数据位为8 位。然后将要发送的数据输入发送区，就能手动将数据发送出去。6 .3 温度检测模块单片机 P2.2 跟 DQ 数据输入引脚连接，同时中间连接一个上拉电阻保持高电平状态。GND 接地。7 .4 蜂鸣器报警模块单片机的P2.3 接口和 PNP 三级管的的基级连接，经过电流放大，发射极接到蜂鸣器的负极。8 .5 本章小

23、结本章对系统组成的串口通讯模块，液晶显示模块，温度检测模块，蜂鸣报警模块管脚连接情况进行讲述。第 4 章软件设计与实现4.1 串口通讯模块首先初始化串口等待RI/TI 是否等于一，当寄存器等于一时，接受发送数据，RI/TI 清零。4.2 液晶显示模块在使用显示模块前首先得进行LED 初始化，延时几秒钟，然后设置第一行显示委会，显示第一行显示内容，再设置第二行显示位置，显示第二行内容，最后返回到延时。4.3 温度检测模块在使用温度检测模块前要对传感器进行初始化，也就是复位程序，如果温度传感器存在标志为一，就发温度转化指令并作1m 延迟。接着初始化传感器，发送取温度数据命令，读取温度数据。若第一次

24、初始化后存在标志不为一。则清传感器存在标志位，跳出程序。蜂鸣报警模块使用前对单片机进行初始化，进行系统外设初始化，接受传感信息，接着发送控制信号。当温度超过或者低于系统预设值时，开启蜂鸣器报警，并在LCD 上显示报警信号。4.5 本章小结本章对温控系统的各个模块流程图进行分析解说，看是否达到预定要求。第 5 章系统测试5.1 功能测试系统功能测试结果温度显示显示温度正确液晶显示模块显示警告信息蜂鸣报警模块正常报警串口通讯模块发送信息成功在 proteus 仿真软件商上面预先设定温度范围在30° 40° 。当提升至41° 时，蜂鸣报警器正常报警，液晶显示模块显示警告

25、信息“ Warning !the temperature is too high 串口通讯模块接收到信息， ”, ,当温度降至29°时，蜂鸣器正常报警，液晶显示模块显示警告信息“ Warning !temperature over low ，串口通讯模块接 ”收到信息。说明测试成功5.2 仿真测试整个设计在proteus 上进行仿真，仿真结果如图所示：当 DS18B20 采集到的温度为43 以上时，此时仿真结果如图5-6 所示。根据真的结果，器显示的情况跟预计的情况一样，结果运行正常。图 5-6 温度超过上限报警图5.3 上位机测试在前面进行功能测试时，上位机能够显示出设定温度30&

26、#176; 40 °，当温度到达41° 时，上位机显示41°并显示 “ Warning !the temperature is too high 。当温度达到 ”29° 上位机显示29° 并显示“ Warning !temperature over low ”.5.4 本章小结本章对系统的模块功能进行逐个测试，对系统进行仿真测试和上位机测试，检测是否跟设计的方案一致，完善系统。第 6 章总结与展望本章是 毕业论文的总结，是整篇论文的归宿，应精炼、准确、完整。应着重阐述自己的创造性成果及其在本研究领域中的意义、作用，还可进一步提出需要讨论的问题和

27、建议。6.1 总结能够实现基本的温度控制功能。最大的有点是相比传统的温控系统，基于单片机的温控装置能够实现高精度高质量的温度控制，符合现代化产业对于数据精确控制的要求。单片机以经济适用为主题，具有极高的效率以及方便快捷的使用方法，发展前景十分可观。AT89C51 单片机通过接收DS18B20 温度传感器采集的温度信号，执行一系列指令，处理数据并在液晶屏显示，可以应用在汽车，工厂， 智能家居等领域。各模块根据不同功能需求使用C 语言进行编写程序，经过多次调试修改并总结出最终整体程序。C 语言拥有简单容易编写的特点，在软件设计方面提供便利。经过功能测试，该系统开机时间相比国内高端温控系统开机时间长

28、，仍需改进。功能仅有温度升降控制功能以及报警功能，功能性比较单一。6.2 展望本次设计可用在温室水池对水温进行控制处理，还可以增加远程控制功能，将系统通过wifi 模块与客户端进行连接，实现远程控制温度。本论文设计的温控系统可作为雏形进行包装，如果联合手机app 软件实施操控，可以实现手机远程控制温度，比如智能家居里面的家庭恒温控制器，还没回家的时候就通过手机设置心里更想接受的室温，让人们回到一个更舒适，更温馨的家。同样的道理，汽车也能预先通过手机打开汽车的空调和暖风系统，在夏日炎炎的下午，汽车停在室外停车场时车内温度会升的很高，车主可以通过手机预先调节车内的温度范围，避免回到车上要受酷暑煎熬

29、。这里还可以添加一个定时器，更加精准的车主发送的信号，提早或者延迟系统执行操作的时间，更加节能。参考文献1 刘海洋 ,王慧 ,陈智,宣传忠.温室环境信息实时监测与控制系统的设计J.农机化研究.2014, 4:65-69.2 杨居义 .计算机接口技术项目教程M. 北京:清华大学出版社. 2011,1:207-208.3 蔡红娟 ,翟晟 ,蔡苗.基于STM32 的 GSM 智能家居控制系统设计J.通信与信息处理 .2013,32(8):37-40.4 刘钢 . VB.NET 程序设计基础M. 北京:高等教育出版社. 2011,5:10-12.5 陈致远 ,朱叶承 ,周卓泉,祝磊.一种基于STM32

30、 的智能家居控制系统J.电子技术应用 .2012,38(9):138-140.6 颜丽娜 ,王顺忠 ,张铁民.基于DHT11 温湿度测控系统的设计J. 海南师范大学学报(自然科学版 ).2013,26(4):397-399.7 程磊 ,刘波 ,徐建省,吴怀宇,陈洋 .基于 OV2640 的微型胶囊内窥镜系统设计J. 传感器与微系统 .2014,33(2):73-79.8 潘继强 .基于 DHT11 的空气温湿度监控系统的设计与实现J.电脑知识与技术.2014,10(21):5105-5018.9 李长有 ,王文华 . 基于 DHT11 温湿度测控系统设计J.机床与液压.2013,41(13):

31、97-108.10 卜永波 ,罗小玲,陈一.基于DHT11 传感器的温湿度采集系统J.计算机与现代化 .2013,11:133-135.11 韩丹翱,王菲.DHT11 数字式温湿度传感器的应用性研究J. 电子设计工程.2013,.21(13):83-88.12 计宏炜,沈亚强.一种可视化的定位系统设计J.微型机与应用.2014,33(14):82-87.13 王建 ,梁振涛,郑文斌,刘志军.STM32 和 OV2640 的嵌入式图像采集系统设计J.单片机与嵌入式系统应用.2014,9:46-48.14 Di Peng, Shengpeng Wan. Industrial Temperature Monitoring System Design Based on ZigBee and Infrared Tem