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1、 基于單片機的溫度控制 設 計 者： 學 號： 班 級： 指導老師： 畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè)（班）： 姓名： 課題名稱、主要內(nèi)容和基本要求 課題名稱：基于單片機的溫度控制 主要內(nèi)容： 隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，特別是在某些場合上，我們必須要對周圍溫度進行控制，這樣才不會使這些場合在過高的溫下工作從而導致機器故障或發(fā)生不必要的意外，溫度控制將更好的服務于社會目前。本設計主

2、要采用了AVR單片機Atmega16L作為控制核心設計的一個溫度控制系統(tǒng)。通過對環(huán)境周圍溫度的測量，來達到對溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。 基本要求： 1. 調(diào)查溫控系統(tǒng)的應用及市場前景 2. 掌握溫控系統(tǒng)的工作原理 3. 完成溫控系統(tǒng)硬件設計、硬件調(diào)試 4. 完成溫控系統(tǒng)軟件設計調(diào)試 5. 試運行、測試，完成作品 6. 完成設計論文 技術指標： 1. 溫度測量范圍：-50℃~110℃ 2. 溫度測量準確度：0.5℃ 3. DS18B20輸出控制 4. 降溫報警系統(tǒng)的控制 驗收標準: 1. 畢業(yè)設計論文符合要求 2. 作品演示功能正常 3. 技術指標達到要求

3、 進度安排 周次 工作內(nèi)容 執(zhí)行情況 上學期 搜集資料、方案構(gòu)思、明確題目要求，提交開題報告 第1-5周 硬件電路設計與制作 第6-7周 硬件電路設計與制作及調(diào)試 第8-10周 軟件設計 第11-12周 系統(tǒng)程序設計、調(diào)試 第13-15周 寫設計報告（論文） 第16周 答辯，演示制作成品、講解設計思路、回答提問 ----- l 指導教師評語 指導教師簽名： 摘要 本設計的主要內(nèi)容和特點 隨著時代的進步和

4、發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。 本設計所介紹的基于單片機的溫度控制的主要特點是：具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用AVR單片機Atmega16L作為控制核心；測溫傳感器使用DS18B20，能更好更方便的讀取外部溫度值；降溫控制系統(tǒng)采用低壓直流電風扇，當溫度高于設定最高限溫度時，LED燈及蜂鳴器便會發(fā)出報警信號，同是降溫風扇也會啟動達到降溫作用；溫度顯示使用液晶模塊來實現(xiàn)，這樣就能準確達到以上要求。 外文資料： Wit

5、h the era of progress and development, the continuous improvement of peoples living standard, SCM technology has spread to our lives, work, research, in various fields, has become a relatively mature technology. The design presented by the SCM based on the temperature control of the main features a

6、re: a reading of convenience, a wide range of temperature measurement, accurate temperature measurement, using figures show that the output temperature, mainly used for more accurate temperature measurement on the premises, or scientific research Laboratory use, the design controller use as a contro

7、l Atmega16L AVR microcontroller core temperature sensors use DS18B20, can be better and more convenient to read the outside temperature; cooling control system uses low-voltage direct current electric fans, when the temperature is higher than the set Limit the maximum temperature, LED lights and buz

8、zer alarm signal will be issued with a cooling fan will start to cool down; temperature that the use of LCD modules to achieve so that we can accurately meet the above requirements.  目錄 一. 前 言 7 二. 方案論證與比較 8 1. 方案一 8 2. 方案二 8 三. 系統(tǒng)的基本原理及使用說明 9 四. 硬件設計方案 9 1. 單片機主板電路 10 2. 傳感器數(shù)據(jù)采集電路

9、10 3. 溫度顯示電路 10 4. 報警降溫電路 11 五. 軟件設計方案 11 1. 主程序 12 2. 讀出溫度子程序 13 3. 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 13 六. 主要器件介紹 14 1. 主控制器 14 2. 顯示液晶模塊 14 3. 溫度傳感器 14 4. 降溫報警系統(tǒng) 18 七. 調(diào)試結(jié)果與設計體會 19 八. 參考文獻 19 1. 附1：硬件電路圖 20 2. 附2：軟件源代碼 22 3. 附3：使用說明書 27 一. 前 言 隨著電子技術的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型

10、計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領域帶來了一次新的革命。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面。 隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務于社會目前，單片機控制器在從生活工具到工業(yè)應用的各個領域，例如生活工具的電梯、電腦、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場控制儀表、數(shù)控機床等。尤其是用單片機控制器改造落后的設備具有性價比高、提高設備的使用壽命、提高設備的自動化程度的特點。 隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境溫度的控制要求也越來越高，對于高溫的溫度控制也就相應的不斷提高，而我設計

11、的基于單片機的溫度控制就是為了達到這樣的溫度控制要求而進行設計的。我所采用的控制芯片為Atmega16L，此芯片功能強大，能夠滿足設計要求。通過對電路的設計，對芯片的外圍擴展，來達到對溫度的控制和調(diào)節(jié)功能 二. 方案論證與比較 1. 方案一 由于本設計是控溫測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 2. 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器

12、，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，（在9位分辨率時最多在93.75MS內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù) ，）可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設計要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。 三. 系統(tǒng)的基本原理及使用說明 基于單片機的溫度控制電路設計總體設計方框圖如圖1所示，主控制器采用單片機AVR控制，溫度傳感器采用DS18B20，以蜂鳴器實現(xiàn)報警功能，降溫控制系統(tǒng)采用低壓直流電風扇，用液晶來實現(xiàn)溫度顯示。 單片機復位 主 控 制 器 時鐘

13、晶振 液晶顯示 風扇控制及報警 溫度傳感器 鍵盤按鍵 圖1總體設計方框圖 本數(shù)字溫控系統(tǒng)采用了AVR單片機Atmega16L作為控制核心,通過一個溫度傳感器DS18B20把環(huán)境溫度讀取進來，再由液晶模塊將讀取的溫度顯示出來，通過鍵盤按鍵來設定報警溫度值，當溫度達到預設報警溫度值時，利用蜂鳴器、LED指示燈及電機風扇實現(xiàn)高溫報警及降溫功能。 四. 硬件設計方案 系統(tǒng)整體硬件電路包括：單片機主板電路，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，報警降溫電路等。（如圖1） 圖1中的按鍵復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序

14、跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重啟單片機電源，就可以實現(xiàn)復位；鍵盤按鍵用來設置報警溫度值從而控制風扇及報警；顯示電路直接用液晶模塊顯示，不但顯示直觀、清晰，在硬件電路設計中還更方便。 1. 單片機主板電路 主要是用AVR的最小開發(fā)系統(tǒng)為基礎電路，以Atmega16L作為控制核心來實現(xiàn)(圖1-1)。 (圖1-1) 2. 傳感器數(shù)據(jù)采集電路 主要是通過外接一種改進型智能溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)(圖1-2)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已包含了數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換功能，使用方便，最適合本電路使用。 3. 溫度顯示電路 主要是用一塊16X2字符型液晶顯示模塊來實現(xiàn)(圖1-3)。它以其微功耗、體積小

15、、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用且使用方便直觀。 (圖1-2) (圖1-3) 4. 報警降溫電路 主要是通過兩個鍵盤按鍵對其報警溫度的設置，以蜂鳴器及LED燈配合低壓直流電風扇等組合來實現(xiàn)對溫度的報警降溫(圖1-4)。 (圖1-4) 五. 軟件設計方案 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，鍵盤處理子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 1. 主程序 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20測量的當前溫度值，并與設定值相比較從而達到控溫報警效果，其程序流程

16、見圖2所示。 開始 程序初始化 初次上電 讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 顯示當前溫度 當前溫度與設定值比較 相差？ 溫度報警 刷新參數(shù)輸出調(diào)控溫度 Y Y N N 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 圖2主程序流程圖 圖3讀溫度流程圖 2. 讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖3所示。 3. 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)

17、換命令子程序流程圖如上圖，圖4所示 圖4溫度轉(zhuǎn)換流程圖 六. 主要器件介紹 1. 主控制器 本設計采用了Atmel公司的AVR單片機Atmega16L作為控制核心。AVR單片機的單周期指令能夠保證高的執(zhí)行效率和低成本，是精簡指令集CPU中的高性能器件。AVR單片機可以提供高達16 MIPS的執(zhí)行時間，具有128K字節(jié)的可編程Flash存儲器，同時具備4096字節(jié)的靜態(tài)RAM。這款AVR增強型單片機具有速度快，抗干擾能力強，價格低廉等諸多優(yōu)點。 2. 顯示液晶模塊 顯示電路采用了液晶模塊，實現(xiàn)了當前溫度在液晶顯示模塊上實時顯示。液晶顯示模塊占用了單片機Atme

18、ga16L的PA0-PA7作為數(shù)據(jù)接口，采用了單片機的PA0-PA2作為控制端口。PA0引腳選擇液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)存儲器或指令存貯器，PA1引腳表明此次操作是讀液晶顯示模塊還是寫液晶顯示模塊，PA2則構(gòu)成上升沿與下降沿完成讀寫時序。 3. 溫度傳感器 圖5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ●多個DS18B20可

19、以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ； ●零待機功耗； ●溫度以９或１２位數(shù)字； ●用戶可定義報警設置； ●報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。 64位ROM的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后８位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報

20、警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖6所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為０，用戶要去改動，R1和

21、Ｒ0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設置分辨率。 圖6 DS18B20字節(jié)定義 由表1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)

22、格式以0.0625℃／LSB形式表示。 當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。 在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B

23、20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器１對低溫

24、度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器１的預置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數(shù)器１的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器１重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到０時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復位脈沖）—發(fā)ROM功能命令—

25、發(fā)存儲器操作命令—處理數(shù)據(jù)。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖7所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。 當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 圖7 DS18B20與單片機的接口電路 4. 降溫報警系統(tǒng) 降溫報警系統(tǒng)采用低壓直流

26、電風扇、蜂鳴器及LED燈等組合來實現(xiàn)報警降溫功能。報警初值設定為40，通過按鍵PC.2加一，PC.3減一的功能來設置報警值，當溫度達到設置報警值時，LED燈及蜂鳴器便會發(fā)出報警信號，同時直流電風扇便會啟動達到降溫效果。 七. 調(diào)試結(jié)果與設計體會 經(jīng)過這學期的畢業(yè)設計，終于完成了我的基于單片機的溫度控制的設計，雖然還不是很完善，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設計把實物都做了出來，高興之余不得不深思呀！ 在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，如在程序的調(diào)試過程中出事顯示屏幕不斷在閃爍,怎么能使程序正常顯示出當前的溫度以及在益出時如何來解決等等。雖然以前課堂上也做過這樣的設計但這次

27、設計真的讓我長進了很多，我覺得寫好一個程序并不是一件簡單的事。 從這次的畢業(yè)設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。在這里我要感謝我的指導老師晏凱老師以及所有在這此畢業(yè)設計中幫助過我的同學，正因為有他們的幫助我才能順利的完成這次的作品。 八. 參考文獻 [1]　李朝青.單片機原理及接口技術（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，1998 [2]　李廣弟.單片機基礎［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，1994 [

28、3]　閻石.數(shù)字電子技術基礎（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989 1. 附1：硬件電路圖 原理圖： PCB電路圖： 2. 附2：軟件源代碼 #include #include #asm .equ __lcd_port=0x1B ;PORTA #endasm #include #include #include int wendu,adjust=31; unsigned char buff

29、er[33],buffer1[33]; //定義數(shù)組 void scan_key(); //聲明溫度值設置子函數(shù) void motor_turn(); // 聲明電機轉(zhuǎn)動子函數(shù) void scan_key() // 溫度值設置子函數(shù) { if(PIND.3==0) { adjust++; delay_ms(150); } if(PIND.2==0) { adjust--; delay_ms(150); } } void motor_turn() //電機轉(zhuǎn)動子函數(shù) { PORTD.5=

30、1; } void main(void) //主函數(shù) { PORTC=0x00; DDRC=0xf2; PORTD=0xff; DDRD=0xf3; PortDS18B20_Init(); //18B20初始化 DS18B20_Init(); lcd_init(16); //1602初始化 while (1) { scan_key(); if(ResetOK_Flag==1) //讀18B20溫度值 {

31、 wendu=ReadTemp(); } else { DS18B20_Init(); } scan_key(); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); sprintf(buffer,"the temp is %d",wendu); // lcd_puts(buffer); //顯示當前溫度 lcd_gotox

32、y(0,1); sprintf(buffer1,"the adjust is %d",adjust); // lcd_puts(buffer1); //顯示當前設置溫度 delay_ms(10); if(wendu>=adjust) //比較當前溫度與設置溫度 { motor_turn();

33、 //電機轉(zhuǎn)動 PORTD.4=1; //驅(qū)動蜂鳴器 PORTD.1=1; //LED顯示 delay_ms(80); PORTD.4=0; PORTD.1=0; delay_ms(80); } else {

34、 PORTD.5=0; //電機停止 PORTD.4=0; //關閉蜂鳴器 PORTD.1=0; //LED熄滅 } }; } 3. 附3：使用說明書 風扇接口 散熱風扇 復位按鍵 5V電源 DS18B20 LED指示燈 蜂鳴器 報警設置按鍵 加1 減1 Atme

35、ga16L芯片 液晶顯示模塊 圖7 基于單片機的溫度控制實物圖如圖7所示，本設計在使用上非常簡單,主要是通過外接供給5V電源來驅(qū)動Atmega16L芯片運行，使液晶顯示模塊點亮，再通過DS18B20將外界溫度讀取進來顯示在液晶顯示模塊上(顯示當前溫度及初始化報警溫度值31)。左上角的一個復位按鍵在程序跑飛時可以過通此按鈕進行手動復位，這樣就不用在重啟單片機電源，就可以實現(xiàn)復位。這工作時，用戶可通右邊的過兩個報警設置按鍵（PD.3加一，PD.2減一）來設置溫度報警值，當溫度達到預設置的報警值時，LED指示燈及蜂鳴器便會發(fā)出報警信號，同時直流散熱風扇便會啟動達到降溫效果。 26