毕业设计基于AT89S51单片机的智能温度控制系统设计

西安工程大学本科毕业设计（论文）摘摘 要要随着电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已成为电子产品研制和开发中使用较为广泛的控制器。为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用,本文介绍一种应用 AT89S51 单片机设计的空调智能温度控制系统。该系统通过温度传感器多点采集温度取其平均值后反馈给单片机，单片机通过采集到的平均值与内设的温度值进行比较，来决定运行冬天模式还是夏天模式。在智能模式下，系统启动后，会根据选择的冬天或夏天模式自动调节到人体最适温度，调节室温。实现了温度的自动控制，同时也达到了一定的节能目的。在手动模式下，系统启动后，在冬天或夏天模式中均可运行加热或制冷模式，温度的高低由设定值决定。而加热和制冷模式的运行，取决于设定值与平均值的比较。通过数码管实时显示出当前的温度。本文根据任务要求从理论出发，设计思路，最终实现了任务要求。关键词：单片机，温度控制，智能化西安工程大学本科毕业设计（论文）ABSTRACTWith the development of electronic products in intelligentialize and microminiaturization,single chip microcomputer has become the most widely uesd controller in the research and development of electronic products.For popularizing the single chip microcomputers use in our lives and produce better,this article introduces one kind of intelligent temperature control system based on AT89S51.This system feedback different temperature which collected by temperature transmitter to the single chip microcomputer.Then single chip microcomputer compares the different temperature to deside using which mode.Winter or summer and heating or refrigerating.When the system works,it will controls the temperature to make people feel comfortable by different modes.By this way system comes true the purpose that intelligence.On the other hand it can saving energy.By nixie tube,people can know the temperature at the same time.This article according to the mission requirement,designs the project,finally realized the mission requirement.KEY WORDS: single chip microcomputer，temperature control，intelligentize 西安工程大学本科毕业设计（论文）目 录前 言.1第 1 章 系统方案的确立.21.1 系统方案的确立.21.2 本设计采用的方案.21.3 系统原理框图.2第 2 章 系统方案的设计.42.1 系统的功能.42.2 单片机最小系统电路.42.2.1 电源电路 .52.2.2 复位电路 .52.2.3 晶振电路 .5第 3 章 系统硬件电路设计.73.1 主控芯片.73.1.1 AT89S51 单片机的主要性能特点 .73.1.2 AT89S51 单片机的管脚说明 .83.1.3 AT89S51 单片机的中断系统 .103.2 各模块的硬件设计.123.2.1 电源模块 .123.2.2 温度采集模块 .133.2.3 显示模块 .163.2.4 按键模块 .183.2.5 加热及制冷电路模块 .18第 4 章 系统软件设计.204.1 PROTEL99SE 简介 .204.1.1 电路原理图编辑器 .204.1.2 原理图元件库编辑器 .214.1.3 Protel 99SE GERBE 输出文件后缀名定义 .21西安工程大学本科毕业设计（论文）4.2 Keil 的简介 .224.3 系统程序流程图.23第 5 章 总结与展望.28参考文献.29致 谢.30附录：电路原理图.31附录：主程序程序代码.32附录：DS18B20 子程序代码 .35西安工程大学本科毕业设计（论文）1前 言本课题研究一种基于单片机的空调智能温度控制系统，该系统能根据环境温度自动调节室内温度，让人们有一个舒适的生活和工作环境。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。在日常生活中，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往需要室内拥有一个合适的温度，而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。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，通过“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通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善了人机交互界面，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。 目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，个厂家积极响应国家的政策，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。这一生产带动电子行业的发展。本课题研究一种基于单片机的空调智能温控系统，该系统分为两种模式，即冬天模式和夏天模式。在每种模式下再分为两种模式，即加热模式和制冷模式。通过两个温度传感器多点采集温度，通过温度平均值与设定值比较选择模式，当温度低于某一温度时，实行冬天模式，当温度高于某一温度时，实行夏天模西安工程大学本科毕业设计（论文）2式。第 1 章 系统方案的确立1.1 系统方案的确立考虑到本设计要使用温度传感器，在单片机电路设计中，最常见的一种方法是，使用多个DS18B20采集多点温度值，然后将各点温度值反馈给单片机，单片机读取温度值并进行相应运算，决定空调采用哪种模式，再对加热器或压缩机发出相应指令，即可满足设计要求。1.2 本设计采用的方案本方案以AT89S51单片机为控制核心，以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，对多点进行温度测量。对采集到的温度值取平均值，再与设定的人体最适温度进行比较，来决定空调采用哪种模式。温度由两位数码管显示。配有按键，可以改变空调的模式及温度。1.3 系统原理框图初始方案原理框如图1-1所示。图1-1 最初方案原理框图考虑到温度多变，不同的人群对温度需求不同的问题，故给系统加上了按键，以便于人们对空调的模式和温度的高低进行实时的个性化调节，满足个人DS18B20DS18B20AT89S51加热器压缩机西安工程大学本科毕业设计（论文）3的需求。再加上温度显示，人们对于温度的调节可以更加精确。最终方案原理框图如图1-2所示。图1-2 最终方案原理框图按键AT89S51DS18B20DS18B20加热器压缩机两位数码管西安工程大学本科毕业设计（论文）4第 2 章 系统方案的设计2.1 系统的功能本系统是基于单片机的空调智能温度控制系统，拥有冬天模式和夏天模式，在每种模式下又分为加热模式和制冷模式。系统以 AT89S51 单片机为核心，DS18B20 为温度测量元件，附有数码管显示当前温度值，有按键可改变当前模式以及温度。系统通过 DS18B20 采集到多点温度值，取其平均值。空调内设定两个温度值（18C 和 28C）。当平均值低于 18C 时，空调采用冬天模式，默认下运行加热模式，当加热至 22C 时停止加热，延时五分钟后若平均值低于 22C，则继续加热到 22C 时再停止，否则不加热并继续延时 5 分钟，如此循环下去。当平均值高于 28C 时，空调采用夏天模式，默认下运行制冷模式，当温度降至 26C 时停止制冷，延时五分钟后若平均值高于 26C，则继续制冷到 26C 时再停止，否则不制冷并继续延时 5 分钟，如此循环下去。该系统配有按键，可改变空调的模式，以及温度高低。当空调自动运行冬天模式或夏天模式时，若开关 S1 闭合则此时进入手动模式。手动模式下，温度高低由人为设定，温度传感器采集到的数据平均值与设定值比较，当平均值高于设定值时，运行制冷模式，温度降至设定值后停止制冷，并延时 5 分钟，然后再判断温度是否高于设定值，否则停止制冷并继续延时 5 分钟，是则继续制冷，如此循环下去。当平均值低于设定值时，运行加热模式，温度升至设定值后停止加热，并延时 5 分钟，然后在判断温度是否低于设定值，否则停止加热并继续延时 5 分钟，是则继续加热，如此循环下去。系统原理图见附录2.2 单片机最小系统电路因为该系统是以单片机为控制核心，故必有组成单片机最小系统的电路，西安工程大学本科毕业设计（论文）5即电源电路、复位电路、晶振电路。2.2.1 电源电路电源模块使用 L7805CV 芯片，电源模块如图 2-1 所示。Vin73GND74Vout75U2L7805C VC 4220ufC 5470ufC 80.01ufC 60.01ufC 70.01uf+12VVC C图2-1 单片机电源模块2.2.2 复位电路AT89S51的复位输入端为RST，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。如图2-2，当摁下摁键S4时，RST输入高电平，单片机复位。为了可靠，再加上一只0.luF的电容以消除干扰、杂波。复位电路如图2-2所示。C 310pfVC CR 51KS4图2-2 单片机复位电路2.2.3 晶振电路单片机的 XTAL1 和 XTAL2 分别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输西安工程大学本科毕业设计（论文）6出。这个振荡器可以使用石英晶体，也可以使用陶瓷谐振器。C1 和 C2 的数值要一样，不管使用的是晶体还是谐振器。最佳的数值与使用的晶体或谐振器有关，还与杂散电容和环境的电磁噪声有关。数据手册中给出了针对晶体选择电容的一些指南。对于陶瓷谐振器，应该使用厂商提供的数值。本系统的晶振设计采用典型电路，晶振两端接 30pf 左右的电容。晶振电路如图 2-3 所示。Y112M HZC 130pfC 230pf图2-3 单片机晶振电路西安工程大学本科毕业设计（论文）7第 3 章 系统硬件电路设计3.1 主控芯片本系统采用AT89S51单片机作为主控芯片。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。外加ATMEL公司现在已经停产了89CXX系列的单片机，考虑到购买问题，故选择AT89S51单片机。3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能特点 (1) 4k Bytes Flash片内程序存储器；集成度高、体积小、可靠性高；(2) 128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；(3) 32个外部双向输入/输出（I/O）口；(4) 5个中断优先级、2层中断嵌套中断；(5) 6个中断源；(6) 2个16位可编程定时器/计数器；(7) 2个全双工串行通信口；(8) 看门狗（WDT）电路；(9) 片内振荡器和时钟电路；(10)与MCS-51兼容；(11)全静态工作：0Hz-33MHz；(12)三级程序存储器保密锁定；(13)可编程串行通道；(14)低功耗的闲置和掉电模式。西安工程大学本科毕业设计（论文）83.1.2 AT89S51 单片机的管脚说明VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口除了作为普通 I/O 口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（T0 定时器的外部计数输入）P3.5 T1（T1 定时器的外部计数输入）P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）西安工程大学本科毕业设计（论文）9P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51 的 P0、P1、P2、P3 口作为输入时都是准双向口。除了 P1 口外 P0、P2、P3 口都还有其他的功能。RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。 AT89S51 管脚图如图 3-1 所示。西安工程大学本科毕业设计（论文）10图 3-1 AT89S51 单片机管脚图3.1.3 AT89S51 单片机的中断系统(1) 中断：程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务的程序后，CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。(2) 中断源：能产生中断的外部和内部事件。89S51有5个中断源：1)INT0：外部中断0请求，低电平有效。通过P3.2引脚输入。2)INT1：外部中断1请求，低电平有效。通过P3.3引脚输入。3)T0：定时器/计数器0溢出中断请求。4)TI：定时器/计数器1溢出中断请求。5)TXD/RXD：串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。当这些中断源请求中断时，相应的标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。(3) 89S51中断系统有以下4个特殊功能寄存器：1)定时器控制寄存器TCON（用6位）；西安工程大学本科毕业设计（论文）112)串行口控制寄存器SCON（用2位）；3)中断允许寄存器IE；4)中断优先级寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分用于中断控制。通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。(4) 中断的响应过程及中断矢量地址：中断处理过程可分为3个阶段：中断响应、中断处理和中断返回。89C51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。如查询到某个中断标志为1，则将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理。中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。表2既是各个中断源对应的中断矢量地址。由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断服务程序入口地址相距只有八个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，通常是在相应的中断服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，这样就可以转到64KB任何可用区域了。中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。RETI指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程序寄存器PC，使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。在编写中断服务程序时应注意：（1）在中断矢量地址单元处存放一条无条件转移指令（如LJMP H），使中断程序可灵活的安排在64KB程序存储器的任何空间。（2）在中断服务程序中，用户应注意用软件保护现场，以免中断返回后丢失原寄存器、累加器中的信息。（3）若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，则可先用软件关闭CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前在开放中断。西安工程大学本科毕业设计（论文）123.2 各模块的硬件设计3.2.1 电源模块AT89S51工作，需要为其提供5V电源。本系统采用线性稳压电源，通过三端稳压管L7805CV，输出+5V直流电压。L7805CV 的基本参数为：1.输出电压：4.75-5.25V；2.最大输入电压：35V；3.静态电流：4.2-8mA；4.输出噪音电压：40uV；5.纹波抑制比：78dB；6.输出电阻：17m；7.输出电压温度系数-1.1mV/C。L7805CV 的特征：1.输出电流可达 1.5A；2.不需外接补偿元件；3.内含限流保护电流，防止负载短路烧毁元件；4.内含高温过热保护电路，防止结温过热烧毁器件；5.内含功耗限制电路，防止烧毁输出驱动器晶体管。电源模块原理图如图 3-2 所示。Vin73GND74Vout75U2L7805C VC 4220ufC 5470ufC 80.01ufC 60.01ufC 70.01uf+12VVC C图 3-2 电源模块西安工程大学本科毕业设计（论文）133.2.2 温度采集模块DS18B20是目前使用较为广泛的温度传感器，且其接线方便，适用于多种场合，故本系统中也使用DS18B20作为温度测量元件。系统通过 DS18B20 采集到多点温度值，取其平均值。空调内设定两个温度值（18C 和 28C） 。当平均值低于 18C 时，空调采用冬天模式，默认下为加热模式，当加热至 22C 时停止加热，延时五分钟后若平均值低于 22C，则继续加热到 22C 时再停止，否则不加热并继续延时 5 分钟，如此循环下去。当平均值高于 28C 时，空调采用夏天模式，默认下为制冷模式，当温度降至26C 时停止制冷，延时五分钟后若平均值高于 26C，则继续制冷到 26C时再停止，否则不制冷并继续延时 5 分钟，如此循环下去。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读ROM， 2 ）ROM匹配， 3 ）搜索ROM， 4 ）跳过ROM， 5 ）报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。西安工程大学本科毕业设计（论文）14若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从最低位开始。DS18B20有4个主要的数据部件：（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。DS18B20的主要特性：1适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电。2. 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。3. DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。4. DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。5. 温范围55+125，在-10+85时精度为0.5。6. 可编程 的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温。7. 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时西安工程大学本科毕业设计（论文）15最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。8. 测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。DS18B20的应用范围：1. 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。2. 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。3. 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。4. 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。DS18B20的管脚介绍：TO92封装的DS18B20的引脚排列见图3-3，其引脚功能描述见表3-1。图3-3 DS18B20底视图表 3-1 DS18B20 详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其内部结构图如图3-4所示。西安工程大学本科毕业设计（论文）16图3-4 DS18B20内部结构GND1I/O2VDD3J1DS18B 20GND1I/O2VDD3J2DS18B 20VC CVC C图3-5 温度采集模块3.2.3 显示模块在做这个模块的设计时有两种方案选择，一种是采用液晶屏显示，另一种是数码管显示。考虑到数码管显示较液晶屏显示清晰，其次液晶屏的编程也较为繁琐，所以本设计采用了数码管显示。显示模块原理图如图3-6所示。西安工程大学本科毕业设计（论文）17abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED21Y1451Y2461Y3471Y4482Y1502Y2512Y3522Y4531/G552A4562A3572A2582A1591A4611A3621A2631A1642/G65U274LS 244R 101KR 111KR 12300R 13300R 14300R 15300R 16300R 17300R 18300VC C图3-6 显示模块LED数码管的结构及工作原理：led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。其引脚定义如图3-7所示。图3-7 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 。DP是小数点。数码管正面引脚示意图如图3-8所示。西安工程大学本科毕业设计（论文）18图3-8 数码管正面引脚示意图3.2.4 按键模块这个模块是为了方便人们自主调节空调的温度和模式而设计的。按键模块如图3-9所示。S2S3R 71KR 81KVC CR 61KS1K1图3-9 按键模块当 S1 闭合时系统运行手动模式。手动模式下，制冷模式和加热模式的运行取决于，人为设定的温度和温度传感器采集到的温度平均值之间的比较。当平均值低于设定值时，运行加热模式。当平均值高于设定值时，采用制冷模。S2用来调高温度，每摁一下设定温度升高一度。S3 用来调低温度，每摁一下设定温度降低一度。当 S1 断开时，系统运行智能模式。3.2.5 加热及制冷电路模块在本设计中采用了发光二级管来指示空调的模式运行，以及加热和制冷模块的运行。L1表示夏天模式，L2表示冬天模式，L3表示加热模式，L4表示制冷模式。西安工程大学本科毕业设计（论文）19模式指示模块如图3-10所示。R 11KR 21KR 31KR 41KL1LED 加L2LED 加L3LED 加L4LED 加图3-10 模式指示模块当运行制冷模式时，三极管Q1导通，继电器K1开关闭合，压缩机开始工作。当运行加热模式时，三极管Q2导通，继电器K2开关闭合，加热器开始工作。L5，L6用来保护电路。R9和R10用来限流，防止三极管被烧坏。加热及制冷模块如图3-11所示。K1K2Q1PNPQ2PNPVC CVC CL5L60011Q3加加加2233Q4加加加220V220VR 102KR 92K图3-11 加热及制冷模块西安工程大学本科毕业设计（论文）20第 4 章 系统软件设计4.1 PROTEL99SE 简介Protel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。4.1.1 电路原理图编辑器4.1.1.1 概述进入Design Protel 99se后在Documents中通过右键 “New” 建立 “Schematic Document”文件，打开后即可进行电路原理图的编辑。先按照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。接下来就可以进行局部的连线了。或者可以先将电路的各个模块先搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过EditDeSelectInside Area再用鼠标框定以前选中的模块，就可以解除，表现为模块由黄色变成普通颜色。对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看高各个数据库的窗口。4.1.1.2 常用操作1、调用画图工具ViewToolbarsCustomize。2、在移动元件时按空格可旋转元件。3、找元件时要参照对元件库的描述，Converter含有AD、DA等；Analog是模拟器件如运放等；Memory是存储器件.西安工程大学本科毕业设计（论文）214、一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹Documents中,因为这样会产生一些意想不到的小问题。而将文件直接放在数据库根目录下则不会出现这些问题。4.1.2 原理图元件库编辑器4.1.2.1 概述虽然Protel本身包含了庞大的元件库，但在实际应用中总会遇到找不到元件的情况，这时就需要根据元件资料自己动手在元件库中制作这个元件。还有一种情况是各种元件分散在各个公司的元件库中，不便与使用，所以要把常用元件集中到一个元件库中，这就要自己动手制作，将经常用到的元件复制到这个元件库中，方便以后的使用。4.1.2.2 基本操作元件库文件（.LIB）也是基于数据库文件（.DDB）下的操作，同一个数据库下元件库中的元件才可以通过Tools - Copy Component 相互复制，不同数据库时可先用右键的copy将整个元件库复制到当前数据库，再在该数据库中进行单个元件的复制。在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。1、在画芯片图时，如果用到画线的功能，则应将View - Snap Grid 功能打开，可增加画线时的定位精度。2、不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：先选中要拷贝的部分拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作。4.1.3 Protel 99SE GERBE 输出文件后缀名定义TopLayer .GTL 顶层走线BottomLayer .GBL 底层走线TopOverlay .GTO 顶层丝印西安工程大学本科毕业设计（论文）22BottomOverlay .GBO 底层丝印TopPaste .GTP 顶层表贴（做激光模板用）BottomPaste .GBP 底层表贴（做激光模板用）TopSolder .GTS 顶层阻焊（也叫防锡层，负片）BottomSolder .GBS 底层阻焊（也叫防锡层，负片）MidLayer1 .G1 内部走线层1MidLayer2 .G2 内部走线层2MidLayer3 .G3 内部走线层3MidLayer4 .G4 内部走线层4InternalPlane1 .GP1 内平面1（负片）InternalPlane2 .GP2 内平面2（负片）Mechanical1 .GM1 机械层1KeepOutLayer .GKO 禁止布线层DrillGuide .GG1 钻孔引导层DrillDrawing .GD1 钻孔图层Top Pad Master .GPT 顶层主焊盘Bottom Pad Master .GPB 底层主焊盘本系统采用Protel 99SE中文版进行原理图的。4.2 Keil 的简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。Keil Vision3：2006年1月30日ARM推出全新的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具，集成Keil Vision3的RealView MDK开发环境。 RealView MDK开发工具西安工程大学本科毕业设计（论文）23KeilVision3源自Keil公司。 RealView MDK集成了业内领先的技术，包括Keil Vision3集成开发环境与RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的 Simulation设备模拟，性能分析等功能，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20%。KeilVision4：2009年2月发布Keil Vision4，Keil Vision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。本设计采用了Keil Vision3进行软件编程。4.3 系统程序流程图系统主程序流程图如图 4-1 所示。当系统运行后，采集温度传感器数值的平均值，平均值会实时的显示出来。系统内设了两个温度 28C 和 18C，平均值会与这两个温度比较。大于 28C时，系统自动运行夏天模式，此时开关 S1 若是闭合的则运行手动模式，否则运行智能模式。智能模式下，压缩机工作，每隔 5 分钟系统自动比较一次温度平均值与 26C 的大小。若高于 26C 则压缩机继续工作；否则停止制冷并延时5 分钟后比较平均值与 26C 的大小。若此时温度高于 26C，则压缩机开始工作，5 分钟后再比较平均值与 26C 的大小；若此时温度不高于 26C，则继续延时 5 分钟，如此循环下去。当采集到的温度平均值低于 28C 时，再判断它是否低于 18C。若高于18C，则判断开关 S1 是否闭合，闭合了就运行手动模式，没有闭合就运行智能模式。当温度平均值低于 18C 时，系统自动运行冬天模式，此时开关 S1 若西安工程大学本科毕业设计（论文）24闭合则运行手动模式，否则运行智能模式。智能模式下，工作原理与夏天模式相似。 否 是 否 否 是 否 是 否 是 是 是 否 是 否 是 开始初始化采集温度传感器的数值并取其平均值平均值是否大于 28C平均值是否小于 18C开关 S1 是否闭合运行手动模式运行冬天模式运行夏天模式开关 S1 是否闭合开关 S1 是否闭合加热器开始工作温度是否升至 22C显示压缩机开始工作温度是否降至 26C停止制冷并延时 5 分钟温度是否高于 26C运行手动模式BCD是西安工程大学本科毕业设计（论文）25 是 否 图 4-1 主程序流程图 A 是 否 图 4-1 主程序流程图 B子程序流程图如图 4-2 和图 4-3 所示。 否 是 图 4-3 显示子程序流程图 图 4-2 DS18B20 子程序流程图 停止加热并延时 5 分钟温度是否低于 22CACABD开始初始化延时写入一个字节读取一个字节查表校验是否正确读取温度值返回开始初始化延时读取 DS18B20 的数据显示返回西安工程大学本科毕业设计（论文）26DS18B20 子程序：系统运行后，温度传感器开始采集温度，先采集到的温度值要与其自身能够采集到的温度范围作比较，若采集到的温度不在其范围内则重新采集温度值，若采集到的温度值在其范围内，那么采集这个温度值。显示子程序：系统运行后，显示模块实时读取温度传感器的数据，实时显示出环境的温度。手动模式子程序流程图如图 4-4 所示。 否 是 否 否 是 是 是 是 否 开始初始化设定温度值采集温度传感器数值并取其平均值平均值是否大于设置温度运行制冷模式压缩机工作平均值是否降至设置值停止制冷并延时 5 分钟平均值是否高于设置值运行加模式加热器工作平均值是否升至设置值停止加热并延时 5 分钟返回平均值是否低于设置值显示西安工程大学本科毕业设计（论文）27 否 图 4-4 手动模式子程序流程图手动模式运行后，人为先设定一个温度，温度传感器采集到的温度平均值与这个设定温度比较，当平均值高于设定温度时，系统运行制冷模式，压缩机开始工作，每隔 5 分钟比较一次平均值与设定值的大小，若平均值高于设置值，则压缩机继续工作，延时 5 分钟后再比较两者大小；若平均值不高于设置值，那么延时 5 分钟后再比较两者大小。此时，若平均值高于设置值，那么压缩机继续工作，5 分钟后再比较两者大小；此时，若平均值不高于设置值，那么继续延时 5 分钟后再比较两者大小。如此循环下去。当平均值低于设置温度时，系统运行加热模式，加热器开始工作，每隔 5分钟比较一次平均值与设定值的大小，若平均值低于设置值，则加热器继续工作，延时 5 分钟后再比较两者大小；若平均值不低于设置值，那么延时 5 分钟后再比较两者大小。此时，若平均值低于设置值，那么加热器继续工作，5 分钟后再比较两者大小；此时，若平均值不低于设置值，那么继续延时 5 分钟后再比较两者大小。如此循环下去。返回西安工程大学本科毕业设计（论文）28第 5 章 总结与展望经过这几个月的不断努力，以及老师和同学的帮助，终于完成了毕业设计的基本要求。过程虽然艰辛，但是我始终一步一个脚印慢慢的走了过来，回头望去，感慨颇多。在设计之初，始终不能确定自己的方案。我通过查资料，与同学交流慢慢定下了方案，本想着可以开始进程的时候，由因为方案中的细节问题而举棋不定。在这上面就花掉了将近一周的时间。但是确立了一个方向后，所有的工作便有了针对性。我抱着满腔热情投入进去，虚心向老师求教，请教同学，查阅资料，终于按要求完成了毕业设计。在这一艰辛的过程中，锻炼了我的独立思考能力，查阅能力，理解能力，动手能力。对以前不是十分清楚，甚至不清楚的知识，现在都有了新的认识和理解。实现了理论与实践的相结合。本设计以单片机为核心，温度采集和温度控制相结合，实现了对温度的智能控制。基本达到了本次毕业设计的要求。放眼望去，智能温度控制系统，以后会得到更为广泛的应用，而不仅仅是在空调上。而温度的控制精度，以及智能化将会得到更大的提升，为人们的生活和生产带来更多便利。西安工程大学本科毕业设计（论文）29参考文献1 温宗周. 单片机原理及接口技术 ，中国电力出版社，20092 邱关源. 电路 ，第五版.高等教育出版社，2006 3 康华光. 电子技术基础（模拟部分） ，高等教育出版社，20094 阎石. 数字电子技术基础 ，高等教育出版社，20085 杨路明. C 语言程序设计教程 ，北京邮电大学出版社，20086 杨欣，王玉凤. 51 单片机应用实例详解 ，清华大学出版社，2010:20-417 吴银琴. 51 单片机实践教程 ，科学出版社，2011：25-648 魏伟，胡玮. 51 单片机 C 语言开发与应用技术案例详解 ，化学工业出版社，2010：15-339 马忠梅. 单片机的 C 语言应用程序设计M,北京北航出版社，2003：30-6210 潘新民，王燕芳. 微型计算机控制技术M ，高等教育出版社，2004：2-2511 Jun-Lian Zhang and Jian-Xun Jin,Analysis of DC Power Transmission Using High Superconducting CablesJ.Journal of Electronic Science and Technology of China,2008：22-3612 S.Levialdi,NATO AST on Sigital image processingJ.1980:54-6513 Power Integration.Inc.Topswich-GX datasheetsR.2000:12-1514 Power Integration.Inc.National semiconductor datasheetsR.2005:33-3615 Clovis L.Tondo.Scott E.Gimpel.The C Answer Book Solutions to 西安工程大学本科毕业设计（论文）30the Exercises in The C Programming LanguageR.2000：35-43致 谢在本毕设的设计过程中，首先要非常感谢我的毕业设计老师徐进老师对我的辛勤指导，感谢老师在这一段时间里，对我悉心的不辞辛劳的指导和帮助。同时我还要感谢我的同学，在这段时间内，正因为有了他们的帮助，我才能够顺利的完成自己的毕业设计。在这漫长的一学期中，我遇到了种种的困难，有些是自己解决的，有些是在老师和同学的帮助下解决的。过程虽然艰辛，但是让我学到了很多知识，这在我以后的工作中会给予我很大的帮助。在整个毕业设计过程中，让我对大学四年所学进行了回顾，对我的专业知识有了很大的巩固，让我受益匪浅。在这里感谢学校对我的栽培；感谢学校里老师对我的教育；感谢同学们对我的帮助。回想四年里和同学们在一起的点点滴滴，是那么的令人怀念。大学四年，让我学到了理论知识，挺高了动手能力，增强了人际交往的能力，对我的综合实力都有了很大的提高。感谢我的大学。西安工程大学本科毕业设计（论文）31附录：电路原理图GND1I/O2VDD3J1DS18B20GND1I/O2VDD3J2DS18B20VCCVCCR11KR21KR31KR41KL1LED加L2LED加L3LED加L4LED加Y112M HZC130pfC230pfC310pfVCCR51KS4P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.616P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40S1AT89S51S2S3R71KR81KVCCR61KabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED21Y1451Y2461Y3471Y4482Y1502Y2512Y3522Y4531/G552A4562A3572A2582A1591A4611A3621A2631A1642/G6574LS244VCCVCCR101KR111KR12300R13300R14300R15300R16300R17300R18300VCCVin73GND74Vout75U2L7805CVC4220ufC5470ufC80.01ufC60.01ufC70.01uf+12VVCCK1K2Q1PNPQ2PNPVCCVCCL5L60011Q3加加加2233Q4加加加220V220VS1K1R102KR92K西安工程大学本科毕业设计（论文）32附录：主程序程序代码#include extern GetTemp(); /声明引用外部函数extern unsigned int idata Temperature; / 声明引用外部变量void delay(unsigned int i);/else IOsbit LS138A=P22; /管脚定义sbit LS138B=P23;sbit LS138C=P24; /此表为 LED 的字模, 共阴数码管 0-9 - unsigned char code Disp_Tab = 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x40; unsigned long LedOut5,LedNumVal;西安工程大学本科毕业设计（论文）33void system_Ini() TMOD|= 0 x11; TH1 = 0 xD8; /10 TL1 = 0 xF0;IE = 0 x8A; TR1 = 1;main() unsigned char i; system_Ini(); while(1) GetTemp(); /*以下将读18b20的数据送到LED数码管显示*/ LedNumVal=Temper