基于单片机的空调温度控制系统设计

年4月19日基于单片机的空调温度控制系统设计文档仅供参考基于单片机的空调温度控制系统设计作者姓名：杨耀武专业名称：信息工程指导教师：黄宇讲师摘要在自动控制领域中，温度检测与控制占有很重要地位。温度测控系统在工农业生产、科学研究和在人们的生活领域，也得到了广泛应用。因此，温度传感器的应用数量居各种传感器之首。当前，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发展。本论文概述了温控器的发展及基本原理，介绍了温度传感器的原理及特性。分析了DS18B20温度传感器的优劣。在此基础上描述了系统研制的理论基础，温度采集等部分的电路设计，并对测温系统的一些主要参数进行了讨论。同时在介绍温度控制系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测温系统温度采集、接收、处理、显示部分的总体设计方案进行了论证，进一步介绍了单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。利用Proteus7.6进行了可行性的仿真，利用单片机开发板验证在实际电路中能起到的效果。试验证明，这套温度控制器具有较强的可操作性，很好的可拓展性，控制简单方便。课题初步计划是在普通环境下的测温，系统的设计及器件的选择也正是在这个基础上进行的。关键词：DS18B20单片机温度控制1602液晶显示AbstractIntheautomaticcontrolarea,temperaturemonitoringandcontrolinghaveaveryimportantposition.Thetemperaturemonitoringsystemhasawildlyapplyinginindustry,agriculture,sciencereasearchinganddailylifeofpeople.Therefore,thenumberofapplyingofthetemperaturemonitoringcomesfirstofallkindsofsensor.Atpresent,thetemperaturemonitoringistransformedfromanalogtypetodigitalintegratedtypewithaveryfastspeed.Thispaperintroducesthedevelopingandfundamentalofthetemperaturemonitoring,includingthecharacterofthiskindofsensor.ItalsoanalysestheadvantageanddisadvantageofthetemperaturemonitoringwhichnamedDS18B20.Onthatbasis,thepaperalsohasafurtheranalysisofthetheoreticalbasisofthesystemdevelopingandthecircuitdesignoftemperaturemonitoring.Besides,somediscussionsabouttheimportantparametersalsotookondesk.Atthesametime,theautherofthispaperalsoputsforwardthecompositionoftotalityaboutthissystem,whichincludingthedifferentfunctionofthethermometersystem.ThenadetailedanalysiswhichisabouttheapplyingofMicrocontrollersandtheapplyingofdifferentpartsmadebydifferenthardwaresandsoftwaresinthesystem.InordertocheckthemaneuverabilityandtheexpansibilityoftheMicrocontrollerssystem,theautherusedProteus7.6todothetestingandgotaprettygoodresult.Thissystemputsthetemperaturemeasuredinnormalsituationasaconfirmcondition.Alldesignandselectionofcomponentisalsobasedonthissuppose.keywords:DS18B20,Microcontrollers,TemeperatureControling,1602LiquidCrystalDisplay目录摘要 IAbstract II目录 III前言 11系统总体设计方案及功能 21.1温度传感器产品分类与选择 21.1.1常见的测温方法 21.1.2温度传感器产品分类 21.1.3温度传感器的选择 41.2总体方案的确定 61.3系统实现框图 62系统单元电路设计 72.1系统工作原理 72.2系统相关硬件及模块介绍 72.2.1温度采集电路 72.2.2信号处理与控制电路 82.2.3温度显示电路 92.2.4按键功能设置电路 102.2.5继电器控制电路 112.2.6存储数据电路 112.2.7报警、音乐电路 122.2.8电动机电路 123仿真软件介绍 143.1KeiluVision2软件 143.2Proteus软件 154系统硬件设计 175系统软件设计 195.1DS18B20数据通信概述 195.2LCD1602液晶数据显示概述 215.2.1接口信号说明 215.2.2控制器接口说明 215.2.3控制接口时序说明 235.3存储器24C02数据存储概述 245.3.1I2C总线的定义 245.3.2I2C总线的时序 245.3.3数据传送 255.4软件程序设计 256仿真及实验结果 286.1程序调试过程中遇到的问题及解决办法 286.2调试结果 28总结 30致谢 31参考文献 32附件1系统硬件电路图 33附件2系统软件程序 34前言现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，特别是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。温度控制器是一种温度控制装置，它根据用户所需温度与设定温度之差值来控制中央空调末端之水阀（风阀）及风机，从而达到改变用户所需温度的目的。实现以上目的的方法理论上有很多，但当前业界主要有机械式温度控制器及智能电子式两大系列。

普通风机盘管空调温控器基本上是一个独立的闭环温度调节系统，主要由温度传感器、双位控制器、温度设定机构、手动三速开关和冷热切换装置组成。其控制原理是空调温控器根据温度传感器测得的室温与设定值的比较结果发生双位控制信号，控制冷热水循环管路电动水阀（两通阀或三通阀）的开关，即用切断和打开盘管内水流循环的方式，调节送风温度（供冷量）。

第一代空调温控器主要是电气式产品，空调温控器的温度传感器采用双金属片或气动温包，经过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，风机三速开关和季节转换开关为泼档式机械开关。这类空调温控器产品普遍存在“温度设定分度值过粗”、“时间常数太大”、“机械开关易损坏”等问题。

第二代空调温控器为电子式产品，温度传感器采用热敏电阻或热电阻，部分产品的温度设定和风速开关经过触摸键和液晶显示屏实现人机交互界面，冷热切换自动完成，运算放大电路和开关电路实现双位调节。这类智能空调温控器产品改进了人机交互界面，解决了“温度设定分度值过粗”等问题，但仍存在“控制精度不高”、“时间常数大”、“操作较复杂”等问题。

当前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程。1系统总体设计方案及功能1.1温度传感器产品分类与选择温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的常量之一。在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。1.1.1常见的测温方法物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直到两者的温度达到平衡为止。据此，能够选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度测量，这种方法称为接触式测温。接触式测温常见于较低温度的测量。另外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。非接触式测温常见于高温测量。1.1.2温度传感器产品分类当前，温度传感器没有统一分类方法。按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分类有分立式温度传感器、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（数字温度传感器）。模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快和MPU（微处理器）接口较复杂。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。下面对工程中常见的温度传感器做简单介绍。1、热敏电阻式温度传感器电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，她们的特点是自身的电阻值随温度而变化。热敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，一般所用的热敏电阻温度传感器都是具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，简称NTC。其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；缺点是互换性差，非线性严重。2、热电阻式温度传感器利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温度系数比合金的高，因此均采用纯金属作为热电阻组件。常见的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。3、热电偶式温度传感器热电偶是一种传统的温度传感器，其测温范围一般为-50到+1600℃，最高可达+2800℃，而且有较高的测量精度。另外，热电偶产品已实现标准化、系列化，使用时易于选择，可方便地用计算机做线性补偿，因此，至今在测温领域内仍被广泛使用。它的理论基础是建立在热电效应上，将热能转化为电能。4、模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。外围电路简单，它是当前在国内外应用较为普遍的一种集成传感器。5、智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。当前，行许多著名的集成电路生产已开发出上百种智能温度传感器产品。智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上经过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D传感器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路控制器、中央控制器（CPU）、随机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。1.1.3温度传感器的选择在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，本原则适用于各种传感器的选择。1、选择传感器的总原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就能够确定了。测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑一下几个方面：（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题：1）传感器的量程；2）被测位置对传感器体积的要求；3）测量方式为接触式还是非接触式；4）传感器信号的引出是有线还是无线；5）是购买传感器还是自行研制传感器以及价格因素等。在综合考虑上述因素之后就能确定选择何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。（2）灵敏度的选择一般情况下，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。（3）频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应好，可测的信号频率范围就宽，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感器的响应总有一定得延迟，希望延迟时间越短越好。（4）线性范围传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，而且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定之后首先要看其量程是否满足要求。（5）稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。（6）精度的选择精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要能满足整个测控系统的精度要求就能够了，不必选得太高。这样就能够在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。2、温度传感器的选择温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常见的温度传感器元件，而集成温度传感器特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，它是当前在国内外应用最为普遍的一种温度传感器。综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是前向通道的关键部件，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范围、温控精度、测温场合、价格等几方面的因素。1.2总体方案的确定考虑到该制冷控制系统功能比较少，由单片机控制即可实现。而89C52单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好,故本系统选择采用89C52单片机。在温度采集方面，采用单线数字温度传感器DS18B20进行数据采集。DSB18B20S数字温度计提供9到12位温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线和地，读写和完成温度变换所需的电源能够由数据线本身提供，甚至不需要外部电源。而总体方案和系统电路图方面基本上和热敏式传感器相同，只在数据采集方面有所差别。在上面也已经提及，热敏电阻式温度传感器互换性差，非线性严重。而数字温度传感器DS18B20接线简单，数字输出量能直接作为单片机的输入数据，同时考虑到只是在普通环境下测量，无论在灵敏度、线性范围、稳定性，还是在精度方面，DS18B20的强大功能已足够满足设计需要。可是DS18B20也有缺点，就是软件实施方面比较复杂，但相对于模拟量输出的硬件实现方面来说会简单很多。在本次设计中，温度数据采集用到的传感器是DS18B20。1.3系统实现框图图1单片机控制温度调节系统结构图2系统单元电路设计2.1系统工作原理该空调控制系统用到89C52单片机作为系统的CPU进行控制控制，由数字传感器DS18B20进行数据采集，89C52对采集到的数据进行处理，得到各种信号。而这些信号将分别作为1602液晶显示的信号输入、启动报警装置的信号输入和启动制冷设备、电暖设备的输入。同时将利用单片机的其它使能端口实现系统的复位，手动调节和自动调节。2.2系统相关硬件及模块介绍2.2.1温度采集电路本系统中采集温度使用的是DS18B20数字温度传感器。DS18B20是Dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。与之前的传感器相比，DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃到+125℃，在-10到+85℃范围内,精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V到5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20能够程序设定9到12位的分辨率，精度为±0.5℃。当分辨率为12位时，转换时间为750ms。使得用户可选择更小的封装方式，更宽的电压适用范围和分辨率设定，同时用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20一般为三极管型封装，其引脚图如图4所示。这三个引脚分别为：GND——电源地；QD——数字信号输入/输出端；VDD——外接供电电源（可选5V）。图2.1DS18B20引脚图在该系统中，DS18B20的数字信号输入/输出端连接到89C52的P2.3中，作为89C52的数据输入。2.2.2信号处理与控制电路信号处理与控制采用52单片机基本电路。此电路以52单片机为核心，52的具体引脚图如图2.2。图2.289C52引脚图在该系统中，要使单片机实现信号处理与控制，则要使单片机的20脚（GND）接地，40脚（Vcc）和31脚（/EA）接正5V电源。18、19脚（XTAL2、XTAL1）接12MHz的晶振和两个电容，组成片内振荡电路，为单片机提供时钟脉冲。9脚（RST）接按键复位电路，提供复位信号给单片机。89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就能够构成稳定的自激振荡器。两个电容一般取30pF左右，稳定频率并对震荡频率有微调作用。如图2.3所示。图2.3时钟电路手动复位是经过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。系统上电运行后，若需要复位，则经过手动复位来实现的。如图2.4所示。图2.4复位电路2.2.3温度显示电路本系统中，温度显示硬件由lcd1602液晶和上拉电阻构成。1602采用标准14脚接口，其中：包括8根数据线(D0-D7)，三根控制线（rs,rw,e）电源地，电源以及液晶驱动电压引脚(VSS,VDD,VEE)。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，经过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即能够显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，当前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。图2.5液晶显示电路2.2.4按键功能设置电路温度调节由三个不锁按键电路实现。电路图如图2.6所示。按键K1一端与单片机的外部中断0（/INT0,12脚）相连，另一端接地。其功能是当按键按下一次时，给单片机一个低电平，进入温度设定状态；再次按下时，进入风速设计状态，再次按下时则退出温度设定状态。按键K2、K3，一端接地，另一端与单片机的13脚、14脚相连，其功能是每按下一次按键，显示设定值加1或减1。图2.6温度设置电路2.2.5继电器控制电路继电器控制电路由两个继电器构成，由单片机P3.0、P3.1输出控制信号，控制继电器。在该系统中，当温度超过设定值，单片机P3.1输出高电平，驱动制冷电路继电器，启动制冷设备。当温度低于设定值时，单片机P3.0输出高电平，驱动供暖继电器，启动电暖设备。当不满足条件时，不工作。继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。一般应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。图2.7继电器原理图2.2.6存储数据电路储存数据电路由24C02芯片构成，有256字节，由单片机P3.5、P3.6输出信号。在该系统中，每隔20ms记录一次测得温度，实现实时的温度存储。24C02是串行E2PROM，基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。2.2.7报警、音乐电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。由单片机P3.7输出信号。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。经过输出方波，这个方波输入进蜂鸣器就会产生声音，经过控制方波的频率、时间，还能产生简单的音乐。图2.8蜂鸣器报警电路2.2.8电动机电路步进电机由单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7输出信号。是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。能够经过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时能够经过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。一般电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。因此可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。图2.9步进电机工作原理图3仿真软件介绍3.1KeiluVision2软件Keilc51开发工具提供数个十分有用的特性，能够帮助你快速地成功开发嵌入式应用。这些工具使用简单并保证你达到你的设计目的uVision2IDE是一个基于Window的开发平台，包含一个高效的编辑器，一个项目管理器和一个MAKE工具。uVision2支持所有的KEIL8051工具，包括C编译器，宏汇编器，连接/定位器，目标代码到HEX的转换器。uVision2经过以下特性加速你的嵌入式系统的开发过程：全功能的源代码编辑器。器件库用来配置开发工具设置。项目管理器用来创立和维护你的项目。集成的MAKE工具能够汇编，编译和连接你的嵌入式应用。所有开发工具的设置都是对话框形式的。真正的源代码级的对CPU和外围器件的调试器。高级GDI（AGDI）接口用来在目标硬件上进行软件调试，以及和Monitor-51进行通信。与开发工具手册和器件数据手册和用户指南有直接的链接。uVision2界面提供一个菜单，一个工具条以便你快速选择命令按钮，另外还有源代码的显示窗口，对话框和信息显示。uVision2允许同时打开浏览多个源文件。图3.1keiluVision2软件界面3.2Proteus软件Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件。Proteus能够实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。Proteus是当前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具，真正实现了在没有目标原形时就可对系统进行调试、测试和验证。Proteus软件大大提高了企业的产品开发效率，降低了开发风险。Proteus主要由两个设计平台组成：ISIS（IntelligentSchematicInputSystem）——原理图设计与仿真平台，它用于电路原理图的设计以及交互式仿真。ARES（AdvancedRoutingandEditingSoftware）——高级布线和编辑软件平台，它用于印制电路板的设计，并产生光绘输出文件。 在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计能够一气呵成，具有从概念到产品的完整设计能力。ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图3.2ProteusISIS软件界面4系统硬件设计确定了相关模块功能、功能以及用到的器件后，系统做如下连接设计：图4.1总体硬件电路图其中各引脚对应的端口如下表所示：表4.1单片机引脚与各器件对应表接口对应器件引脚接口对应器件引脚P0.0接LCD1602的D0端P2.4空置P0.1接LCD1602的D1端P2.5接LCD1602的RS端P0.2接LCD1602的D2端P2.6接LCD1602的R/W端P0.3接LCD1602的D3端P2.7接LCD1602的E端P0.4接LCD1602的D4端P3.0接warm继电器端接口对应器件引脚接口对应器件引脚P0.5接LCD1602的D5端P3.1接cool继电器端P0.6接LCD1602的D6端P3.2接S1按键P0.7接LCD1602的D7端P3.3接S2按键P1.0空置P3.4接S3按键P1.1空置P3.5接24C02的SCK端P1.2空置P3.6接24C02的SDA端P1.3空置P3.7接蜂鸣器报警电路P1.4接步进电机A极XTAL1接晶振时钟电路P1.5接步进电机B极XPAL2接晶振时钟电路P1.6接步进电机C极RST接复位电路P1.7接步进电机D极空置P2.0空置ALE空置P2.1空置空置P2.2空置VCC接电源P2.3接DS18B20的DQ端GND接地5系统软件设计5.1DS18B20数据通信概述和DS18B20通信，其命令序列有3步：初始化、ROM命令（跟随需要交换的数据）和功能命令（跟随需要交换的数据）。每次访问DS18B20，必须严格遵守这个命令时序，如果出现序列混乱，则单总线则单总线器件不会响应主机。这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令例外，在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令，而必须返回至第一步。1.初始化单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成，应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪。2.ROM命令在主机检测到应答脉冲后，就能够发出ROM命令。ROM命令与各个从机设备的唯一64位ROM代码相关，允许主机在单总线上连接多个从机设备时，指定操作某个从机设备。ROM命令还允许能够检测到总线上有多少个从机设备及其设备类型，或者有没有设备处于报警状态。(1)搜索ROM[F0h]当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从机设备的ROM代码，这样主机才能够判断出从机的数目和类型。主机经过重复执行搜索ROM循环（搜索ROM命令跟随着位数据交换），以找出总线上所有的从机设备。如果总线只有一个从机设备，则能够采用读ROM命令来替代搜索ROM命令。在每次执行完搜索ROM循环后，主机必须返回至命令序列的第一步：初始化。(2)读ROM[33h]（仅适合于单节点）该命令仅适用于总线上只有一个从机设备，它允许主机直接读出从机的64位ROM代码，而无须执行搜索ROM过程。如果该命令用于多节点，系统则必然发生数据冲突，因为每个从机设备都会响应该命令。(3)匹配ROM[55h]匹配ROM命令跟随64位ROM代码，从而允许主机访问多节点系统中某个指定的从机设备。仅当从机完全匹配64位ROM代码时，才会响应主机随后发出的功能命令，其它设备将处于等待复位脉冲状态。(4)跳跃ROM[CCh](仅适合于单节点)主机能够采用该命令同时访问总线上的所有从机设备，而无须发出任何ROM代码信息。例如，主机经过在发出跳越ROM命令后，跟随转换温度命令[44h]就能够同时命令总线上所有的DS18B20开始转换速度，这样大大节省了主机的时间。注意：如果跳越ROM命令跟随的是读操作命令，则该命令只能应用于单节点系统，否则将由于多个节点都响应该命令而引起数据冲突。(5)报警搜索[Ech]除那些设置了报警标志的从机响应外，该命令的工作方式完全等同于搜索ROM命令，该命令允许主机设备判断哪些从机设备发生了报警（如最近的测量温度过高或过低等）。同搜索ROM命令一样，在完成报警搜索循环后，主机必须返回至命令序列的第一步。3.功能命令在主机发出ROM命令，以访问某个指定的DS18B20，接着就能够发出DS18B20的某个功能命令。这些命令允许主机写入或读出DS18B20的存储器，启动温度转换以及判断从机的供电方式。(1)读RAM存储器[BEh]此命令读RAM存储器的内容，开始读字节0，并继续读到第九个字节（CRC）。如果不是所有位置均可读，那么主机能够再任何时候发出一复位命令以中止读操作。(2)复制RAM存储器（48h）此命令读RAM存储器的内容，开始读字节0，并继续读到第九个字节（CRC）。如果不是所有位置均可读，那么主机能够再任何时候发出一复位命令以中止读操作。(3)重新调出EERAM[B8h]此命令把存储在EERAM中TH、TL、CONF的值重新调至RAM存储器。这种重新调出的操作在对DS18B20上电时也自动发生，因此只要器件一接电，暂存存储器内就有有效的数据可供使用。(4)读电源[B4h]在此命令送至DS18B20之后最先发出的读数据时间片，器件都会给其电源方式的信号：0=强上拉电阻供电；1=电源供电。(5)写RAM存储器[44h]写数据到RAM存储器，地址为第2、第3、第4字节（TH、TL、CONF）。(6)温度变换[44h]此命令开始温度变换，不需要另外的数据。温度变换将被执行，接着DS18B20便保持在空闲状态。5.2LCD1602液晶数据显示概述5.2.1接口信号说明表5.1编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DataI/O2VDD电源正极10D3DataI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DataI/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5DataI/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6DataI/O6E使能信号14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正极8D1DataI/O16BLK背光源负极5.2.2控制器接口说明1、基本操作时序读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H 输出：D0~D7=状态字写指令：输入：RS=L,RW=L,D0~D7=指令码，E=高电平 输出：无读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H 输出：D0~D7=数据写数据：输入：RS=H,RW=L,D0~D7=数据，E=高脉冲 输出：无2、状态字说明表5.2STA7D7STA6D6STA5D5STA4D4STA3D3STA2D2STA1D1STA0D0STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作时能1：禁止0：允许注：对控制器每次进行读写操作前，都必须进行读写检测，确保STA7为03、指令说明表5.3显示模式设置指令码功能00111000设置16×2显示，5×7点阵，8位数据口表5.4初始化设置指令码功能00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果。S=0当写一个字符，整屏显示不移动4、数据控制控制器内部设有一个数据地址指针，用户可经过她们来访问内部的全部80字节RAM。表5.5数据指针设置指令码功能80H+地址码（0-27H，40H-67H）设置数据地址指针5.2.3控制接口时序说明1．读操作时序图5.12．写操作时序图5.25.3存储器24C02数据存储概述5.3.1I2C总线的定义1、是PHLIPS公司推出的一种两线制串行总线，简单地说，就是用于连接到总线的器件间传递信息的通道。2、是一个多主机的总线，具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。3、是一种双向两线总线，包括一条串行数据线（SDA）,一条串行时钟线（SCL），总线空闲时这两条线路都是高电平。I2C总线上所有外围器件都有规范的器件地址，器件地址由7位组成。主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/W位将自己确定为发送器或接收器。其格式如下：表5.6D7D6D5D4D3D2D1D0DA3DA2DA1DA0A2A1A0R/W其中DA3~DA0是器件地址为厂家设置，A2~A0为引脚地址，最多可连8个，R/W位为数据传输方向控制位。5.3.2I2C总线的时序1、只有在总线空闲时才允许启动数据传送。图5.3I2C总线时序图2、在数据传送过程中，当时钟线为高电平时，数据线必须保持稳定状态，不允许有跳变。时钟线为高电平时，数据线的任何电平变化将被看做总线的起始或停止信号。起始信号：时钟线保持高电平期间，数据线电平从高到低的跳变作为I2C总线的起始信号。停止信号：时钟线保持高电平期间，数据线电平从低到高的跳变作为I2C总线的停止信号。5.3.3数据传送I2C总线上数据传送的每一帧数据均为一字节。但启动I2C总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一字节后，对方回答一个应答位。相关的响应时钟脉冲由主机产生，在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA线拉高。作为响应，在时钟脉冲期间接收器必须将SDA线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。图5.4数据传送时序5.4软件程序设计1、模块流程图 1.1主程序模块流程图（图5.5） 1.2DS18B20通讯模块流程图（图5.6） 1.3键扫描模块流程图（图5.7）图5.5主程序流程图图5.6DS18B20通讯模块流程图图5.7键扫描模块流程图6仿真及实验结果6.1程序调试过程中遇到的问题及解决办法1.较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。2.在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。3.编程时要注意，在程序开始时，要写入各定时器中断的入口地址。4.编程过程中要注意加注释或分割线，否则，在程序过长时容易变得很乱，不便于查找或更改。5.程序的结构要设计的合理，避免上下乱调用的现象，这样会使程序更加清晰化。6.编程前要加流程图，这样会使思路清晰。6.2调试结果图6.1开发板上的显示结果图6.2仿真电路及结果图6.3开发板上的实验结果

总结近三个月的毕业设计即将结束，这意味着我们的大学生活也要结束了，但我的学习没有结束，在本次设计中，我所学过的理论知识接受了实践的检验，增强了我的综合运用所学知识的能力及动手能力，为以后的学习工作打下了良好的基础。本设计使用AT80C52作为主控芯片进行控制，单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。其中的温度控制系统采用DS18B20“一线总线”数字化温度传感器，支持“一线总线”接口，大大提高了系统的抗干扰性测量温度范围为-55℃到+125℃，在-10到+85℃范围内,精度为±0.5℃。而且体积小价格实惠，温度设定采用按键设定，风速控制则由步进电机的转速控制得以实现，软件算法采用设定值和测量值相比较的算法。在单片机应用的基础上，实现了一种用带有EEPROM的AT89C52单片机控制传感器的自动化温度监控系统。最后敬请各位专家、老师和同学对论文和今后的研究工作提出宝贵的指导意见和建议。

致谢在几个月的学习研究中，课题受到了许多老师和同学的热心关注和支持。她们对空调温度控制系统的研究开发提出了宝贵意见，并在物质和精神上给予了大力支持。在我即将结束对课题的研究时，整个系统的硬件和软件系统已初步成型，并经过了实验，这与支持我的老师和同学的关心是分不开的。衷心感谢我的导师老师，正是因为黄宇老师的悉心指导和谆谆教诲，我的设计才得以顺利完成。黄老师渊博的知识、丰富科研经验、不计名利、兢兢业业的治学精神使我受益非浅。她无私奉献的高贵品质和平易近人的长者作风，使我在学习科学知识的同时也学会了做人的道理。至此论文完成之际，谨向老师表示由衷的感谢。特别感谢我的父母，无论我在顺境还是逆境，她们始终是我最坚强的后盾，感谢她们对我多年的培养和支持。最后感谢所有曾经鼓励过我，帮助过我的人们。

参考文献姜志海,黄玉清,刘连鑫.单片机原理及应用（第2版）[M].电子工业出版社,.魏泽鼎.单片机应用技术与实例[M].电子工业出版社,.宋亚伟.基于DS18B29的温度控制采集系统[J].机电工程技术,,37(09)：89-91.齐建家,胡天明.基于DS18B20的数字温度设计及其应用[J].黑龙江工程学院学报,,22(2)：59-62.张洪润,张亚凡.单片机原理及应用[M].清华大学出版社，.李玉峰.MCS-51系列单片机原理与接口技术[M].人民邮电出版社,.马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社,.附件1系统硬件电路图附件2系统软件程序/************************************************文件名 ：温度采集DS18B20.C*描述 ：实现用温度传感器DS18B20对温度的采集 并用1602液晶显示*创立人 ：杨耀武*老师 ：黄宇***********************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definejump_ROM0xcc#definestart0x44#defineread_EEROM0xbesbitscl=P3^5; //24c02SCLsbitsda=P3^6; //24c02SDAsbitDQ=P2^3; //DS18B20数据口sbitE=P2^7; //1602使能引脚sbitRW=P2^6; //1602读写引脚sbitRS=P2^5; //1602数据/命令sbitbeep=P3^7; //蜂鸣器报警sbits1=P3^2; //功能选择按键sbits2=P3^3; //温度加sbits3=P3^4; //温度减sbitwarm=P3^0; //升温继电器sbitcool=P3^1; //降温继电器ucharTMPH,TMPL,Count1,Count2,T,xie,s1num,s2num,s3num,BusyC;uinttemp,speed;ucharcodetable1[] ={"SETTINGT:22'C"};ucharcodetable2[]={"SP:LT:.-'C"};ucharcodedistab[]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};uchardatadisplay[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};ucharcodeF_Rotation[]={0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90,0x10,0x30};//正转表格ucharx24c02_read(ucharaddress);voidx24c02_write(ucharaddress,ucharinfo);voidkeyscan(void);//软件延时/************************************************名称:flash()*功能:延时大概为2US*输入:无*输出:无***********************************************/voidflash(void){ _nop_(); _nop_();}/************************************************名称：delay_16us（uintA）单位us*功能：当使用11.0592MHz晶振时候调用大概要耗时24 us，每次计数耗时约为16us*输入：要延时的时间（Ax16）*输出：无***********************************************/voiddelay_16us(uintN){ inti; for(i=0;i<N;i++);}/************************************************名称：delay_1ms（uintA）单位us*功能：当使用11.0592MHz晶振时候每次计数延时约1ms*输入：要延时的时间ams*输出：无***********************************************/voiddelay_1ms(uinta){ inti,j; for(i=a;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}//定时器延时/************************************************名称:Time1_Init()*功能:定时器的初始化，11.0592MZ晶振，10ms*输入:无*输出:无***********************************************/voidTime1_Init(){ TMOD=0x10; IE =0x88; TH0=0xb8; TL0=0x00; }/************************************************名称:Time1_Int()*功能:定时器中断，中断中实现Count加一*输入:无*输出:无***********************************************/voidTime1_Int()interrupt3{ TH0=0xb8; TL0=0x00; Count2++; if(Count2==50) { Count2=0; xie=1; //20ms写一次 } }//DS18B20测温显示/************************************************名称：Reset()*功能：复位DS18B20*输入：无*输出：无***********************************************/ucharReset(void){ ucharreceive_data; DQ=0; //把DQ拉低 delay_16us(29); //持续480us DQ=1; //使DQ回高 delay_16us(3); //等存在脉冲 receive_data=DQ; //得存在脉冲 delay_16us(25); return(receive_data);//返回时隙信号}/************************************************名称：read_bit读一位*功能：从DS18B20读一个位值*输入：无*输出：一位的位值***********************************************/ucharread_bit(void){ uchari; DQ=0; //读开始 DQ=1; for(i=0;i<3;i++); //延时约15us return(DQ);}/************************************************名称：write_bit()写一位*功能：向DS18B20写一个位值*输入：bitval(要对DS18B20写入的位值)*输出：无***********************************************/voidwrite_bit(ucharbitval){ DQ=0; //拉低DQ开始写时隙 if(bitval==1) //若写1就拉高DQ，否则反之 DQ=1; delay_16us(5); //延时采样 DQ=1;}/************************************************名称：read_byte()读一字节*功能：从DS18B20读一个字节的值*输入：无*输出：读到的一个字节的值***********************************************/ucharread_byte(void){ uchari,j,receive_data8; j=1; receive_data8=0; for(i=0;i<8;i++) { if(read_bit()) { receive_data8=receive_data8+(j<<i); } delay_16us(6); } return(receive_data8);}/************************************************名称：write_byte()写一字节*功能：向DS18B20写一个字节的值*输入：val（要对DS18B20写入的命令值）*输出：无***********************************************/voidwrite_byte(uintval){ uchari,temp; for(i=0;i<8;i++) { temp=val>>i; //分8次实现写操作 temp=temp&0x01; //只保留末位，实现bit输入 write_bit(temp); delay_16us(5); }}/************************************************名称：tmp()*功能：获得十进制温度值*输入：无*输出：display[]***********************************************/voidtmp(void){ ucharn; n=0; Reset(); write_byte(jump_ROM); write_byte(start); Reset(); write_byte(jump_ROM); write_byte(read_EEROM); TMPL=read_byte(); TMPH=read_byte(); if(TMPH>127) { TMPH=(255-TMPH); TMPL=(255-TMPL+1); n=1; } display[4]=TMPL&0x0f; display[0]=distab[display[4]]; display[4]=((TMPL&0xf0)>>4)|((TMPH&0x0f)<<4); display[3]=(display[4]/100); display[2]=(display[4]%100)/10; display[1]=(display[4]%100)%10; if(n) display[3]=0x2d;}//1602液晶显示/************************************************名称：enable_1602()*功能：1602的命令输入*输入：命令值*输出：无***********************************************/voidenable_1602(uchara){ P0=a; RS=0; RW=0; E=0; delay_1ms(20); E=1; delay_1ms(20);}/************************************************名称：write_1602()*功能：1602的数据写入*输入：写入的数据*输出：无***********************************************/voidwrite_1602(uchara){ P0=a; RS=1; RW=0; E=0; delay_1ms(20); E=1; delay_1ms(20);}/************************************************名称：L1602_init()*功能：初始化1602*输入：无*输出：无***********************************************/voidL1602_init(void){ ucharnum,i; enable_1602(0x01); //清屏 enable_1602(0x38); //初始化5x7的显示 enable_1602(0x0c); //开或关光标设置 enable_1602(0x06); //地址指针加1 enable_1602(0x80); for(num=0;num<14;num++) { write_1602(table1[num]); delay_1ms(5); } enable_1602(0xc0); for(num=0;num<7;num++) { write_1602(table2[num]); delay_1ms(5); } for(i=3;i>0;i--) { write_1602(0x30+display[i]); delay_1ms(5); } write_1602(table2[10]); delay_1ms(5); write_1602(0x30+display[0]); delay_1ms(5); for(num=12;num<14;num++) { write_1602(table2[num]); delay_1ms(5); }}/************************************************名称：L1602_char(ucharhang,ucharlie,ucharsign)*功能：改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个 字符显示"b"，调用该函数如：L1602_char(1,5,'b')*输入：行，列，要输入1602的数据*输出：无***********************************************/voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,ucharsign){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2) a=0xc0; a=a+lie-1; //设置数据指针 enable_1602(a); write_1602(sign);}/************************************************名称：L1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能：改变液晶中某位的值*输入：行，列，要输入1602的数据*输出：无***********************************************/voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchardate){ uchara; ucharshi,ge; shi=date/10; ge=date%10; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2) a=0xc0; a=a+lie-1; enable_1602(a); write_1602(0x30+shi); write_1602(0x30+ge);}/************************************************名称：write_display()*功能：显示当前温度*输入：无*输出：无***********************************************/voidwrite_display(void){ enable_1602(0xc0+7); write_1602(0x30+display[3]); write_1602(0x30+display[2]); write_1602(0x30+display[1]); enable_1602(0xc0+7+4); write_1602(0x30+display[0]);}//24C02数据储存/************************************************名称:x24c02_init()*功能:24c02初始化子程序*输入:无*输出:无***********************************************/voidx24c02_init(void){ scl=1;flash();sda=1;flash();}/************************************************名称:start_24c02()*功能:启动I2C总线*输入:无*输出:无***********************************************/voidstart_24c02(void){ sda=1;flash();scl=1;flash();sda=0;flash();scl=0;flash();}/************************************************名称:stop_24c02()*功能:停止I2C总线*输入:无*输出:无***********************************************/voidstop_24c02(){ sda=0;flash();scl=1;flash();sda=1;flash();}/************************************************名称:write_24c02()*功能:写一个字节*输入:写入的值*输出:无***********************************************/voidwrite_24c02(ucharj){ uchari,k; k=j; for(i=0;i<8;i++) { k=k<<1;scl=0;flash();sda=CY;flash(); scl=1;flash(); } scl=0;flash();sda=1;flash();}/************************************************名称:read_24c02()*功能:读一个字节*输入:无*输出:读出的值***********************************************/ucharread_24c02(void){ uchari,j,k=0;scl=0;flash();sda=1; for(i=0;i<8;i++) { flash();scl=1;flash();if(sda==1) j=1; elsej=0; k=(k<<1)|j;scl=0; } flash();return(k);}/************************************************名称:I2C_clock()*功能:I2C总线时钟*输入:无*输出:无***********************************************/voidI2C_clock(void){ uchari=0;scl=1;flash(); while((sda==1)&&(i<255)) { i++;} scl=0;flash();}/************************************************名称:x24c02_read()*功能:从24c02中读出值*输入:address(要在这个地址读取值）*输出:从24c02中读出的值***********************************************/ucharx24c02_read(ucharaddress){ uchari;start_24c02(); write_24c02(0xa0);I2C_clock(); write_24c02(address);I2C_clock(); start_24c02(); write_24c02(0xa1);I2C_clock(); i=read_24c02();stop_24c02(); delay_16us(10);return(i);}/************************************************名称:x24c02_write()*功能:想24c02中写入数据*输入:address(地址），info（值）*输出:无***********************************************/voidx24c02_write(ucharaddress,ucharinfo){ EA=0;start_24c02(); write_24c02(0xa0); I2C_clock();write_24c02(address); I2C_clock();write_24c02(info); I2C_clock();stop_24c02(); EA=1;delay_16us(50);}//报警/************************************************名称：alert(ucharsign)*功能：报警电路*输入：设置的温度值*输出：调整后的温度值***********************************************/voidalert(ucharsign){ uchari,j; while((sign==27)|(sign==17)) { for(j=0;j<3;j++) { for(i=0;i<200;i++)//喇叭发声的时间循环 { delay_16us(80);//参数决定发声的频率，估算值