毕业设计暖气控制器的研究.doc

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青岛大学本科生毕业论文（设计）

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本科毕业论文（设计）

题目：

基于单片机的暖气节能控制节点设计

学院：

自动化工程学院

专业：

电子信息工程

姓名：

刘*

指导教师：

章&

2012年6月6日

大学本科生毕业论文（设计）

TheDesignofControllingnodesforHeatingsavingBasedonMCU

35

摘要

根据目前国内水循环供暖的现状，通过了解供暖的模式，以及供暖的特点，设计了一款暖气节能控制器，它的出现实现了水循环供暖的智能控制，节约了宝贵的能源，有利于保护自然环境。

它的核心部件AT89C51，是一款低电压、低功耗、高性能的8位微处理器，内部的5个中断源，4组I/O口及可编程串行通道使得方案设计更灵活。

温度传感器使用具有单线接口方式的DS18B20，它的使用大大简化了电路结构，并提高了数据采集效率。

它的抗干扰能力强，节能环保，界面简单易懂，并且易于安装，维护，操作，从而有利于市场推广。

关键词暖气节能控制器AT89C51单片机DS18B20

Abstract

Accordingtothecurrentstatusquoofthedomesticwater-cycleheating,Ihavedesignedaheatingenergy-savingcontrollerbyunderstandingtheheatingmode,andthecharacteristicsoftheheating.Theinventionmakestheintelligentcontrolofthewater-cycleheatingbecomeareality,savingvaluableenergyandprotectingthenaturalenvironment.ThecorecomponentofthisdeviceistheAT89C51（alowvoltage,lowpower,high-performance8-bitmicroprocessor）withfiveinterruptsources,fourI/Oportsandaprogrammableserial,makingthedesignprocessmoreflexible.ThedigitaltemperaturesensorDS18B20withsingle-wireinterface,whichsimplifiesthecircuitstructure,improvetheefficiencyofdataacquisition.Theinventionhasexcellentanti-interferenceability,energysavinganditsinterfaceisstreamlineandeasytounderstand,andeasytoinstall,maintain,operate,thuscontributingtothemarketPromotion.

KeywordsheatingsavingcontrollerAT89C51ofMCUDS18B20

目录

绪论 1

1.1暖气控制器简介 1

1.1.1发展现状 1

1.1.2发展前景 1

1.1.3设计方案 1

第二章暖气控制器的硬件设计 3

2.1AT89C51单片机 3

2.1.1总述 3

2.1.2 管脚介绍 4

2.1.3AT89C51的硬件结构框图 7

2.2DS18B20温度传感器 7

2.2.1DS18B20概述 7

2.1.2DS18B20的主要特点 8

2.1.3DS18B20的电路符号及管脚排列 8

2.1.4DS18B20的硬件结构框图 10

2.2.2DS18B20访问流程 10

2.2.3DS18B20的温度转换操作 12

2.2.4C51模拟单总线操作子函数 12

2.3键盘接口 14

2.3.1键盘接口简介 14

2.4C51液晶显示LCD 16

2.4.1LCD概述 16

2.4.2控制驱动器ST7290 16

2.4.3LCD控制器指令集 20

2.4.5LCD液晶显示器：

NH12864M的管脚图 23

2.5电动阀门之电磁阀 24

2.6热释电红外传感器 25

第3章暖气控制器的软件设计 27

3.1程序总体设计 27

3.1.1液晶显示的程序设计 27

3.1.2数字温度传感器的程序设计 28

3.1.3矩阵键盘的程序设计 28

结束语 30

谢辞 31

参考文献 32

附录 33

绪论

1.1暖气控制器简介

1.1.1发展现状

目前,全国很多地区普遍使用传统的水循环供暖方式提供集体供暖，但是，此供暖方式不便于分户温控和计量，即室内温度无法根据人的意愿实现灵活、梯度、柔和变化，从而使广大用户承受额外的经济负担。

国内庞大的供暖系统不仅产生过多的废气、废水，严重加剧了环境负担，而且导致了严重的资源浪费。

所以，我们要从用户源头实现资源节省，为此，我们要设计一款暖气智能节点控制节能系统，其特点是可以根据不同用户的不同需求实现自由控制暖气目的，创新点是用户可以在不同时间段，能随心所欲的选择合适的供暖温度，达到节能的目的，再进一步的可以让用户通过电话进行远程实时控制，实现人性化设计。

由于国内的传统水循环供暖方式是以集体为供暖单位，对单独用户不提供节暖节能设备，从而缺乏对个体户的实时控制，并且市场上也没有一套完善的第三方节暖节能设备。

所以这是本领域在趋向于完美过程中的一个漏洞，我们能够在此机遇下设计出一款适时的产品。

还有就是国外对于智能家具的研究开发起步较早，技术相对成熟，但满足我们要求的产品却寥寥无几，况且价格不菲，相关技术又实行垄断，所以完全限制了国外产品的大规模装配。

随着社会的发展，人类文明的进步，人们的生活越来越趋向于智能，节能环保及便捷。

控制器将为生活节奏快速的城市居民提供优越的服务。

“十二五”规划明确提出“绿色发展、建设资源节约型、环境友好型社会”，所以，建立一个绿色发展，资源节约的供暖系统势在必行，大势所趋。

1.1.2发展前景

首先，由于现在电子信息技术的不断发展，使得家具智能化成为现实，并为其提供了可靠的技术保障，和广阔的发展空间。

比如说，在国内新型的产物--物联网，就是对此最有利的印证。

其次，由于人类消费观念的提升，人们越来越重视节能环保产品。

所以，家具开发设计趋向于节能环保是顺应历史潮流，是符合现代人类文明发展规律的。

1.1.3设计方案

控制器以单片机AT89C51为核心，外围电路有温度传感器DS18B20，矩阵键盘，LCD电路，红外遥控，响应电路。

具体结构框图如图1

第二章暖气控制器的硬件设计

2.1AT89C51单片机

2.1.1总述

单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU）是微型计算机家族的重要成员，它是一块集成的电路芯片，通过采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的CPU，只读存储器ROM、随机存储器RAM、多组I/O口和串口通道、定时/计时器等部件集成到一块SI片上的一个小型而完美的计算机系统。

单片机AT89C51是一款低电压，高性能CMOS8位微处理器，诞生于美国ATMEL公司，AT89C51采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术生产，存储器结构采用哈佛型结构，即将程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）分开，它们有各自独立的存储空间、寻址机构和寻址方式，并且与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚完全兼容。

由于AT89C51单片机具有开发应用方便，功能全，体积小，廉价等优点，具有超强的MCU领域竞争力，在未来的工业界，科技界将得到广泛的发展。

AT89C51的主要功能特点：

l8位微控制器；

l与MCS-51指令系统完全兼容；

l可编程FLASH存储器4K字节，存储器保存数据可达十年；

l特殊功能寄存器区；

l128×8位内部RAM（MS-52系列有256字节RAM）；

l4个8位并行可编程输入/输出口线（P1、P2、P3、P4）；

l2个16位定时/计数器（MS-52系列拥有3个）；

l2个优先级的五个中断源结构（2个外部中断+2个定时/计数器+1个全双工串口）；

l全双工的可编程串行通道；

l具有布尔运算能力；

l全静态操作：

0Hz-24Hz；

2.1.2 管脚介绍

图2.1AT89C51的管脚图

第39～32引脚P0口：

P0口是一组漏极开路的三态双向口，即地址总线和数据总线分时复用。

作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个LSTTL门电路。

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口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。

图2.2P0口位结构图

第1～8引脚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。

因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。

闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。

第28～21引脚P2口：

P2口也是一个准双向口，它有两种使用功能：

一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2口作系统扩展的地址总线口使用，输出高8位的地址A7～A15，与P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器（64KB），但它只确定地址并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。

第10～17引脚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，如下表所示：

表2.1AT89C51的P3口功能定义

引脚

第二功能

功能说明

P3.0

RXD

串行数据输入端

P3.1

TXD

串行数据输出端

P3.2

外部中断0中断请求信号输入端

P3.3

外部中断1中断请求信号输入端

P3.4

T0

定时/