温控毕业设计论文.docx
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温控毕业设计论文
南京工程学院
自动化学院
本科毕业设计（论文）
题目：
智能温度检测与显示系统的设计
专业：
自动化
班级：
自动化051学号：
203050137
学生姓名：
张哲
指导教师：
宋丽蓉副教授
起讫日期：
2009.3～2009.6
设计地点：
工程实践中心
GraduationDesign（Thesis）
DesignofIntelligenttemperatureexaminationanddisplaysystem
By
Zhangzhe
Supervisedby
AssociateProf.SongLirong
DepartmentofAutomationEngineering
NanjingInstituteofTechnology
June,2009
摘要
近年来，形形色色家电器已经在人们的日常生活中扮演着十分重要的角色。
随着科学技术的不断创新，各种智能家电也渐渐的走进了人们的日常生活，其中温度控制方面在智能家电领域的应用将十分广泛。
本课题所研究的智能温度检测，采用目前市场普遍应用的数字温度传感器实现，加之其人性化的液晶显示功能，今后在家用电器领域具有广阔的应用前景。
系统主要的组成模块如下：
键盘扫描模块（4个独立按键）；检测信息提示模块（发光二极管）；日期显示模块（通过DS1302时钟芯片实现）；液晶显示模块（采用12864液晶显示芯片）；温度控制模块（使用DS18B20温度传感器设计）；其实现的主要功能为：
（1）日期显示，用于实现实时的时间信息显示
（2）加热模式，主要应用在智能热水器方面，用于控制水温。
（3）制冷模式，主要应用在智能冰箱方面，用于控制冷藏食物的温度。
（4）恒温模式，主要应用在空调方面，用于控制室内的温度，保持恒温。
（5）附加功能：
体温检测模式。
由于目前世界各国人们正在遭受甲型H1N1流感的威胁，本设计所带的附加功能，主要完成初步检测的任务。
关键词：
单片机；温度控制；智能家电
ABSTRACT
Theelectricalappliancesofallformsalreadywereplayinginrecentyearstheveryimportantroleinpeople'sdailylife.Alongwithscience'sandtechnology'sunceasinginnovation,eachkindofintelligentelectricalappliancesalsograduallyenteredpeople'sdailylife,thetemperaturecontrolaspectwillbeverywidespreadintheintelligentelectricalappliancesdomain'sapplication.
Thistopicstudiestheintelligencetemperaturedetector,usesthepresentmarketuniversalapplicationthedigittemperaturesensortorealize,inadditionitsuser-friendlyliquidcrystaldisplayfunction,fromnowonwillhavethebroadapplicationprospectinthedomesticelectricappliancesdomain.Thesystemmaincomposi
tionmoduleisasfollows:
Keyboardscanningmodule（4independentpressedkeys）;Simulationheatingmodule（lightemitterdiode）;Thedatedisplaymodule（realizesthroughDS1302clockchip）;Theliquidcrystaldisplaymodule（uses12864liquidcrystaldisplaychip）;Thetemperaturecontrolmodule（usesDS18B20temperaturesensordesign）;Itrealizesthemajorfunctionis:
（1）thedatedemonstratedthatusesinrealizingthereal-timetimeinformationtodemonstrate
（2）heatsupthepattern,themainapplicationintheintelligentwaterheateraspect,usesincontrollingthewatertemperature.（3）refrigeratesthepattern,themainapplicationintheintelligentrefrigeratoraspect,usesincontrollingrefrigerationfoodthetemperature.（4）theconstanttemperaturepattern,themainapplicationintheairconditioningaspect,usesinthecontrolroomthetemperature,maintainstheconstanttemperature.（5）attachesthefunction:
Bodytemperatureexaminationpattern.BecausethepresentvariouscountriespeoplearesufferingtheTypeAH1N1flu'sthreat,thisdesignbringstheadditionalfunction,mainlycompletestheinitialsurveytheduty.
Keywords：
Monolithicintegratedcircuit;Temperaturecontrol;Intelligentelectricalappliances
附件：
毕业论文光盘资料
第一章绪论
1.1引言
随着科学技术的飞速发展，各种高技术不断涌入我们的生活、工作，也改变着我们的认识。
融入一定智慧的各类智能技术，正在悄悄走近我们，并将会成为下一个世纪技术的焦点。
家用电器的功能控制大致经历了普通控制型、电子控制型、微电脑控制型、智能模糊控制型的发展历程，其使用操作也是由简单到复杂、再到简单的过程，并且家用电器的功能越来越完善。
现代家用电器已经进入了微电脑（单片机）、传感器智能模糊控制的新时代。
随着单片微型计算机不断发展，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，因此其在温度控制领域方面的应用已经逐步占据主导地位。
由其构成的温度控制器的已广泛应用于家用电器、节能装置等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。
其实对人类来说，先进和智能的家用电器的发明和使用是巨大的贡献，我们应该从积极的和长远的意义去看待这些发明。
多亏了这些先进和智能的家用电器减轻了家务的繁杂和冗长，家庭主妇们可以节约大量的时间来陪伴家人、孩子，所以在现代，全职的家庭主妇就很少了，既能外出工作，又能回家做家务，里外都不耽误。
1.2选题的背景和意义
在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。
无论你生活在哪儿，从事哪些工作，无时无刻不在与温度打着交道。
在温度控制领域温度传感元件几乎是无处不在。
从空调系统、冰箱、电饭煲、电风扇等家电产品直至PC机、服务器、计算机外设、移动电话手机等，都需要具有温度传感功能的器件。
虽然长期以来热敏电阻器是最常用的元件，目前在一些工业应用领域仍然起重要的作用；但是，集成电路温度传感器比起热敏电阻器有着明显的优点，包括准确度更高，体积更小，功耗更低，更加适合在集成电路系统中应用。
温度传感器集成电路的电压输出与温度成正比，在相当宽的温度范围内，都具有很高的准确度。
反之，热敏电阻器的电压输出与温度不具有线性关系，需通过查表或外加线性化电路，才能得到准确的温度。
而且，热敏电阻器在高温区段电压变化率较小，不易分辨，造成温度测量的误差较大。
这是热敏电阻器的最大缺点。
相比之下，集成电路温度传感器因其电压输出与温度成线性关系，无论在高温或低温范围内，准确度都是一样的。
其次，热敏电阻器产品在不同的批次间存在差异，电子响应性能不一致。
因而，使用前都需要进行调校，在大量生产时增加成本和时间。
集成电路温度传感器的输出阻抗较低，功耗也较低；热敏电阻器通过消耗电流感受温度，功耗较高。
而且，长时间感受温度使热敏电阻器本身的温度也升高，测量温度的准确性降低。
从成本上分析，尽量单个热敏电阻器的价格低，但它必须配合相关元件才能达到集成电路温度传感器的准确度。
从整体上说，热敏电阻器所需的成本反而更高。
采用集成电路温度传感器需要较少的芯片支持，占用印刷电路板的空间小。
而且，系统设计可以简化，节省设计时间。
基于温度传感元件以上的优点，在本设计中采用了目前市场上广泛应用的一款数字温度传感器——DS18B20。
它是由美国DALLAS公司生产单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
随着科学技术的不断创新，数字温度传感器已经广泛应用在家用电器、工业控制以及人们的日常生活等许多领域。
特别是在家用电器领域应用的最为广泛，例如智能热水器、空调器恒温装置、电冰箱制冷系统等均可采用数字温度传感器来实现。
随着人们生活水平的不断提高，各种智能家电会成为家电行业的主要发展方向。
届时，数字温度传感器以及液晶显示模块将会进一步走进更加广泛的家用电器领域。
为人们的生活服务。
1.3本文的结构
本文以基于单片机的智能温度检测器的设计。
对单片机应用与数字温度传感器、液晶显示、时钟芯片等的应用技术进行了研究。
全文共分为六章，各章的主要内容如下：
第一章简要地介绍智能家电的发展以及温度控制技术在家电领域中的应用；
第二章规划并给出系统的总体设计方案；
第三章介绍了系统各模块的介绍，及其在PROTUES中的硬件仿真设计；
第四章对系统的各模块进行软件设计，给出了程序的流程图；
第五章对对于系统的附加功能（体温检测）进行了介绍；
第六章总结了整个课题研究工作，总结了设计的成果和感想。
第二章系统总体方案设计
2.1方案选择
由于数字温度传感器的各方面的优点。
在本设计中采用了目前市场上广泛应用的一款数字温度传感器——DS18B20。
它是由美国DALLAS公司生产单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
以AT89C52为核心的单片机控制系统，采用12864液晶来实现相应信息的显示，用DS1302时钟芯片来实现实时时间提示功能。
2.2总体方案设计
系统主要的组成模块如下：
键盘扫描模块（4个独立按键）；检测信息提示模块（发光二极管）；日期显示模块（通过DS1302时钟芯片实现）；液晶显示模（采用12864液晶显示芯片）；温度控制模块（使用DS18B20温度传感器设计）；附加功能模块（体温检测）。
系统总体方案设计框图如图2.1所示
图2.1系统总体方案设计框图
其实现的以下的功能：
（1）日期显示模块：
编程通过AT89C52控制DS1302时钟芯片实现时钟功能（包括：
年、月、日、星期、时、分、秒）。
相应的时期信息发送到12864液晶上显示。
（2）当S1键时：
进入制冷模式，温度控制模块DS18B20采集当前温度信息与制冷的设定值比较。
并将相应的信息发送到12864液晶上显示。
（3）当S2键时：
进入加热模式，温度控制模块DS18B20采集当前温度信息与加热的设定值比较。
并将相应的信息发送到12864液晶上显示
（4）当S3键时：
进入恒温模式，温度控制模块DS18B20采集当前温度信息与恒温设定值比较。
并将相应的信息发送到12864液晶上显示
（5）：
当S4键时：
进入附加功能模块，温度控制模块DS18B20采集当前体温数值并与设定值比较。
并将相应的信息发送到12864液晶上以及发光二极管上显示
第三章系统硬件设计
3.1单片机主控制模块设计
3.1.1概述
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS电路8位单片机，片内含有8Kbytes的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）。
芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。
内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，由于功能强大，可应用于多种高性价比场合。
AT89C52的引脚如图3.1所示。
主要性能参数如下：
●与MCS-51产品指令系统完全兼容
●8K字节可重擦写Flash闪速存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作：
0Hz~24MHz
●三级加密程序存储器
●256×8字节内部RAM
●32个可编程I/O口线
●3个16位定时/计数器
●8个中断源
●可编程串行UART通道
●低功耗空闲和掉电模式
图3.1AT89C52芯片引脚图
3.1.2功能特性
AT89C52提供以下的功能标准：
8K字节闪烁存储器，256字节随机存取数据存储器，32个I/O口，3个16位定时/计数器，1个6向量两级中断结构，1个全双工串行通信口，片内振荡器和时钟电路。
另外，AT89C52还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。
空闲方式停止中央处理器的工作，能够允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个硬件复位。
3.1.3引脚描述
VCC：
电源电压
GND：
地
P0口：
P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。
作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。
当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。
P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。
P0口在FLASH编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要外接上拉电阻。
P1口：
P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
因为内部有上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入和输出。
FLASH编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。
P2口：
P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。
因为内部有上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。
FLASH编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。
P3口：
P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。
对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。
P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.2所示：
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD
P3.1
TXD
P3.2
INT0
P3.3
INT1
P3.4
T0
P3.5
T1
P3.6
WR
P3.7
RD
表3.2P3口第二功能表
P3口还接收一些用于FLASH存储器编程和程序校验的控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，FLASH存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。
如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。
这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。
此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
PSEN：
程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。
：
外部访问允许。
欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。
需要注意的是：
如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。
闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。
XTAL1：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
3.1.4时钟振荡电路与复位电路
AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激震荡器。
外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。
对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。
如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±10PF。
用户也可以采用外部时钟。
采用外部时钟的电路如图3.3示。
这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求
图3.3时钟振荡电路
本设计中采用如图3.4所示的振荡电路：
图3.4振荡电路
本设计中采用如图3.5所示的复位电路：
图3.5复位电路
3.1.5AT89C52硬件连接图:
本设计中采用AT89C52硬件连接图如图3.6所示
图3.6AT89C52硬件连接图
3.2温度控制模块设计（DS18B20）
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有
线路简单，体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一
根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
3.2.1DS18B20产品的特点
（1）、只要求一个端口即可实现通信。
（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
（4）、测量温度范围在－55。
C到＋125。
C之间。
（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
（6）、内部有温度上、下限告警设置。
3.2.2DS18B20的引脚介绍
TO－92封装的DS18B20的引脚排列及其引脚功能描述见图3.7所示：
图3.7DS18B20的引脚说明
3.2.3DS18B20硬件连接
首先介绍一下“单总线”的概念。
主机可以是微控制器，从机是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条数据线。
设备通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时释放总线，让其他设备使用总线。
单总线通常要求外接一个约5K的上拉电阻。
Ds18b20芯片手册上的典型连接如下图3.8所示.从图中可以看出，DS18B20与单片机的连接非常简单，单片机只需要一个I/O口就可以控制DS18B20。
图3.8Ds18b20的典型硬件连接图
在本设计中，DS18B20与AT89C52硬件连接如图3.9所示：
图3.9Ds18b20硬件连接图
3.2.4DS18B20的工作原理
存储器
存储器有一个暂存SRAM和一个存储高低报警触发值TH和TL的非易失性电可擦除EEPROM组成。
注意当报警功能不使用时，TH和TL寄存器可以被当作普通寄存器使用。
（1）位0和位1为测得温度信息的LSB和MSB。
这两个字节是只读的。
（2）第2和第3字节是TH和TL的拷贝。
（3）位4包含配置寄存器数据。
（4）位5，6和7被器件保留，禁止写入。
（5）高速暂存器的位8是只读的，包含以上八个字节的CRC码。
DS18B20的存储器结构示于图3.10：
图3.10DS18B20的存储器结构图
测温操作
DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。
温度传感器的精度为用户
可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量
递增。
在上电状态下默认的精度为12位。
DS18B20启动后保持低功耗等待状态；
当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。
在那之后，
产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，
温度寄存器格式图3.11。
图3.11DS18B20温度寄存器格式图
由于DS18B20在上电状态下默认的精度为12位，最高位是符号位，即温度值是11位，存储在高速暂存器的温度寄存器中0—1字节。
单片机在读取数据时，一次读两个字节共16位数据，其中高5位为符号位，低11位为温度数据位。
（1）当前5位为0时，读取的温度为正值，将读到的11位二进制温度值乘以0.0625，可以得到实际温度值。
（2）当前5位为1时，读取的温度为负值，需要将读到的11位二进制温度值按位取反并加1，再乘以0.0625，才可以得到实际温度值。
本设计中，对于读取的温度数值的处理过程现分析如下：
首先从DS18B20中读出转换完成的当前温度值
a=ReadOneChar（）;//温度值低位
b=ReadOneChar（）;//温度值高位
t=b;
t<<=8;
t=t|a;
t=t*0.0625;//转换为实际的十进制温度
）
DS18B20的指令
1、ROM指令
一旦总线控制器探测到一个存在脉冲，它就发出一条ROM指令。
如果总线上挂有
多只DS18B20，这些指令将基于器件独有的64位ROM片序列码使得总线控制器
选出特定要进行操作的器件。
这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只，
什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。
ROM指令有5条，都是8位长度。
总线控制器在发起一条DS18B20功能指令之前
必须先发出一条ROM指令。
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