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1、智能恒温控制系统设计说明工艺职业技术学院毕业设计论文题 目：智能恒温控制系统设计院 系：电子信息系 专 业：应用电子技术学 号：2013362207 学生：方久磊 指导教师：路红娟 职 称：高级工程师2016年 04 月 25 日摘要-3前言-4摘要本课题设计是一个以AT89C51单片机为主控制模块，从而实现了根据温度设定，自动调节相应的温度，这个设计中包括了感应模块、加热制冷装置、单片机模块、存储模块、驱动模块、时钟模块和键盘输入模块，显示模块共同组成。本课题侧重于时钟模块、输入模块和存储模块进展方案论证，该系统电路结构简单、温控效果好、操作方便、智能化程度高。关键词：AT89C51单片机

2、DS1302时钟模块 FM24C256 存储器前言智能恒温控制系统已在很多生产领域中得到广泛应用。目前，国外温度控制系统与仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速开展。而在国随着嵌入式系统开发技术的快速开展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用围大以与本身的指令系统等诸多优势，在各个领域、各个行业都得到了广泛应用。传统的恒温控制器多由继电器组成，但是继电器的触点的使用寿命有限、故障率偏高，稳定性差、无法满足现代的温度控制要求。而随着计算机技术的开展，嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用。将嵌入式系统应用在温度控制系统中。使得智能恒温控制变得更小型，更智能化。在温度控

3、制系统在工业生产环节中，存在惯性大、滞后大、非线性、温度变化缓慢等的不利因素，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量；由于环境的不同恒温控制系统无法改变，无法做到随环境的变化而改变部恒定的温度值。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文表达了使用AT89C51型单片机实行对温度控制的设计过程。本设计由键盘电路输入设定温度和温度传感器采集的当前温度进展比拟，通过设计电路实现温度的升高和降低从而实现智能恒温控制的目的。1 系统设计1.1系统框图图1 系统框图1.2系统说明本系统由温度感应模块、电源模块、单片机主控模块、液晶显示模块、输入模块、时钟模块、

4、存储模块、加热/制冷装置、驱动电路等组成。1感应模块当感应模块感应到到外界环境温度时，通过温度传感器感应被测温度，温度传感器可以将被测温度的数据做出相应的处理，把模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输给单片机处理。电源模块整流、滤波、稳压组成了整个电路。整流电路将220V的交流电压转变成脉动直流电压即为正路电路中所需的电压，再把脉动直流电压转变成较小的脉动直流电压，通过集成稳压器得到电路所需的直流电压。液晶显示模块显示模块在本次设计中主要承当显示数据参数的作用，用电压的上下控制光的通过量,从而把电信号转换成光像。它可以实时地将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来输入模块采用4*

5、4键盘输入，每个按键相当于一个开关，输入到单片机中，单片机进展数据处理，主要是利用行列扫描，来检测是否有那个键被按下本系统中，输入模块采用4*4阵势设计，共十六个按键。设计容为数字键09、温度上调按钮、温度下调按钮、停止按钮、清零按钮、复位按钮。时钟模块使用DS1302时钟芯片实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。存储模块使用FM24C256存储芯片进展存储，当地址信息被发送后，主机和FM24C256之间的数据传送就会开场，对于读操作，FM24C256将把8位数据放在总线上，然后等待主机的应答，如果主机容许，FM24C256将开场传送下

6、一个连续字节。由时钟芯片的时钟脉冲控制的模块，将设定好的数据存储起来，再在一定的需求之后，将数据读出。7单片机主控模块当被测信号经过整形放大输入到单片机，单片机主要将输入的被测信号进展处理，完成对存储数据的读取，对检测到的数据进展处理，并根据相应的数据关系把数据信号输送到显示电路中显示实时时间和温度。8驱动模块驱动电路主要是将单片机输出的脉冲进展功率放大，送入加热制冷驱动电路时，光电耦合器对来自单片机信号做出处理使单片机信号能够被H桥电路所执行，当信号指示加热时，半导体加热制冷片加热；反之,半导体加热制冷片制冷。如图1所示，首先由感应模块感应到外界环境的温度，作用到单片机上，将环境的温度信号与

7、输入模块设置的环境温度参数进展比拟，根据比拟结果，单片机发出相应的控制指令，通过驱动电路进展加热或者制冷。将结果通过存储器存储，并在液晶显示器上显示当时的温度与时间参数。2 单元电路设计2.1方案论证方案一：由PCF8563芯片构成的时钟模块图2 PCF8563芯片构成的时钟模块如上图所示，该电路由PCF8563芯片构成的时钟模块，PCF8563部有16个可寻址的8位并行存放器，前两个存放器用作控制存放器和状态存放器，02H08H用于时钟计数器(秒到年计数器)，09H0CH用于报警存放器(定义报警条件)，0DH用于控制CLKOUT管脚的输出频率，0EH和0FH分别用作定时器控制存放器和定时器存

8、放器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警存放器的编码格式为BCD码，星期和星期报警存放器不以BCD格式编码。PCF8563采用的是串行I2C总线接口，通过两条线SDA和SCL在不同的芯片和模块间传递信息。SDA为串行数据线，SCL为串行时钟线，两条线都必须用上拉电阻与正电源相连。数据只在总线不忙时才可传送。方案二：由DS1302构成的时钟模块图3 DS1302芯片构成的时钟模块如上图所示，该电路图是由DS1302构成的时钟模块，DS1302的通讯端由3个接口线组成，分别为RST，SCLK，I/O，其中RST从低电平变成高电平启动一次数据传输过程，SCLK是时钟线，I/O是数

9、据线。数据在时钟SCLK的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位存放器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+88位地址+8位数据，在多字节方式下为8加最多可达248的数据。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰月的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进展通信，仅需用到三个口线：1RES复位2I/O数据线，3SCLK串行时钟/RAM的读写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保

10、持数据和时钟信息时功率小于1mW。方案三：由DS12C887构成的时钟模块图4 DS12C887芯片构成的时钟模块如上图所示，该电路主要由DS12C887与电容组成的时钟模块。DS12887采用8位地址数据复用的总线方式，具有一个锁存引脚，通过读、写、锁存信号实现其部数据的输入输出，控制部的控制存放器、读取部的时间信息存放器。DS12887的各种存放器在其部空间都有相应的固定地址，因此，单片机通过正确的寻址和存放器操作就可以获取需要的时间信息。在使用DS12887时，首先要初始化，主要是翻开晶振、对控制存放器A、B写入控制字以与对日历、时钟各存放器写入初始值。除校时外，上电时不用再次初始化。第

11、一次初始化时，应禁止操作DS12887部更新周期，即先将存放器B的SET位置“1，然后初始化时标存放器(00H09H)和状态存放器A，再通过读存放器C去除中断标志，读存放器D将VRT位置“1，最后将存放器B的SET位清零，DS12887开场计时。设置日历时钟，必须保证时钟芯片DS12887处于设置状态，即SET=1，然后向DS12887的专用存放器写入时间信息，写入完毕后，DS12887恢复正常数据更新状态，即SET=0。在读取日历时钟芯片DS12887的时钟信息时，必须保证UIP=0，然后读取存储其部存放器的时钟信息。由以上三个论证方案比拟得出，三种不同芯片构成的时钟模块在原理、方法，功耗等

12、这些方面相比，由DS1302芯片构成的时钟模块不管硬件电路结构还是运行程序都要简洁得多，功耗也低,而且利用DS1302时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度的同时也提高了整个系统的抗干扰能力。所以我选择方案二的DS1302时钟模块。方案一：由FM24C256构成的存储模块图5 FM24C256芯片构成的存储模块由上图可知，该电路由FM24C256芯片构成的存储模块，当地址信息被发送后，主机和FM24C256之间的数据传送就会开场，对于读操作，FM24C256将把8位数据放在总线上，然后等待主机的应答，如果主机容许，FM24C256将开场传送下一个连续字节。如果主机没有容许，FM24C256

13、将完毕当前的读操作。对于写操作，FM24C256承受主机发送的8位数据后，给出应答。所有数据都以高位在前方式传送。方案二：由6264构成的外接存储模块图6 6264芯片构成的外接存储模块由上图可知，该电路由6264存储芯片构成的存储模块，由于单片机只有低于128byte数据存放器可供用户使用，且指令本身也占据了一些字节空间，而每一个汉字符就占据了32kb的空间，因此，当显示字符较多时使用片存放器作为承受来自PC机的数据的数据缓冲区是不可取的方法。为了能够存储和显示更多的字符，我们外接了6264作为片外数据储存器，空间大小为8KB，能容纳260多个字符一个字符占用32byte，同时采用movx

14、dptr类指令作为寻址指针。方案三：由AT24C1024构成的存储模块图7 AT24C1024芯片构成的存储模块由上图可知，该电路由AT24C1024芯片构成的存储模块，该移动式固态存储器是用在水文观测站的遥测终端机上作为雨量和水位数据的存储器。SDA引脚通常被外部设备拉高，SDA引脚仅在SCL低电平时可以改变。SCL在高电平期间，数据变化将引起启动和停止条件。开场条件：在SCL为高时，SDA从高到底变化时产生启始条件，它必须先于任何其他命令；停止条件：在SCL为高时，SDA从低至高变化时产生停止条件，读时序后，停止命令将放置在EEPROM的待机电源模式下。应答：所有的地址和数据都是以8位串行

15、方式从EEPROM输入输出。待机模式：AT24C1024具有低功耗待机模式，启用条件：1上电2承受到停止位以后和任何部操作完成。记忆恢复：在协议中断后，断电或系统复位后，任何2线局部可以按一下步骤重置：1时钟高达9次；(2)当SCL为高时，寻找SDA的每个周期的高电平。(3)产生一个开场条件由以上三个论证方案比拟得出，FRAMFM24C256)是一种新型存储器，最大特点是可以随总线速度无限次的擦写，而且功耗低，FRAMFM24C256)性能优越于EEPROM，6264外接存储器。FM24C256的应用逐渐被推广和认可，尤其是大容量存储器，它的优良特性远高于同等容量的EEPROM，在电子式电能表

16、行业中，数据平安保存是最重要的。FM24C256在电能表中的使用，会提高电能表的数据平安存储特性。图8 4*4输入模块电路图键盘功能设置图9 4*4矩阵键盘结构设计图功能说明按键作用按键作用S0按下按键，显示数字0S1按下按键，显示数字1S2按下按键，显示数字2S3按下按键，显示数字3S4按下按键，显示数字4S5按下按键，显示数字5S6按下按键，显示数字6S7按下按键，显示数字7S8按下按键，显示数字8S9按下按键，显示数字9S10开场按键S11停止按键S12复位按键S13Delete删除按键S14上移/下移按键S15左移/右移按键2.2核心器件介绍芯片1器件概述DS1302是美国DALLAS

17、公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进展计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进展同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302部有一个318的用于临时性存放数据的RAM存放器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进展涓细电流充电的能力。 (2)部结构与工作原理图11 时钟模块部结构DS1302工作时为了对任何数据传送进展初始化，需要将复位脚RST置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位存放器。数据

18、在时钟SCLK的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位存放器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+88位地址+8位数据，在多字节方式下为8加最多可达248的数据。3外观与管脚说明图12 外观实物图 图13 芯片管脚图芯片管脚说明：X1、X2：连接32.768KHz晶振管脚，为芯片提供定时脉冲。GND：接地。RST：芯片强制复位脚。I/O：数据输入/输出引脚。SCLK：串行时钟提供端，在上升沿实现数据读操作，在下降沿实现数据写操作。VCC1、VCC2：双电源供电管脚。FM24C256存储芯片1概述FM24C256是用先进的铁电技术

19、制造的256K位的非易失性存储器。铁电随即存储器FRAM具有非易失性，并且可以向RAM一样快速读写，数据在掉电后可以保存10年，相对于EEPROM或其他非易失性存储器，FRAM具有系统可靠性更高，结构更简单等诸多优点。2部结构与工作原理图14 存储模块部结构上图为FM24C256芯片构成的存储模块部结构，它是由计数器、地址锁存器、4096*64 FRAM阵列、数据锁存器、串并转换器、控制逻辑构成的。当访问FM24C256时，用户可以用8位数据访问32768个地址单元。这些数据均为串行位移数据。这32768个地址遵循2线通讯协议，包括：从地址和扩展的16位地址。只有低15位用于访问存储器的地址解

20、码。最高位必须设置为0以兼容今后的更高容量的器件。存储器以2线总线的速度进展读或写。不像EEPROM，它没有必要由于写占据总线而插入准备状态。当写操作完成时一个新的数据传输就开场了。1外观与管脚说明图15 外观实物图 图16 芯片管脚图2芯片管脚说明：管脚名称类型描述A0-A2IN地址2-0；这些管脚用于对二线制总线上的最多8个一样期间惊醒编址，三个管脚所对应的地址值必须与包含在器件地址值中的相应一致。三个地址管脚在器件部已接下拉电阻。WPIN写保护；当WP为高电平时，整个存被写保护；当WP为低电平时，写保护实效。所有地址空间都可以进展写操作。这个管脚已经被部下拉。SDAI/O串行地址/数据管

21、脚；这个双向引脚用来传递地址和输入输出数据。这是一个开漏输出，以便与其他器件通过“线或并接在双线总线上输入缓冲区集成施密特触发器用以提高抗干扰性能，输出驱动器具有下降沿斜率控制。此端口必须加上拉电阻。SCLIN串行时钟；两线制总线的串行时钟输入。数据在时钟的下降沿移出器件，在时钟的上升沿移入器件，时钟端口同样具有施密特触发器用以提高抗干扰性能。VDDSupply电源电压：5VVSSSupply电源地2.3 单元电路设计图17 单元电路电路图由上图可知，单元电路模块是由输入模块、时钟模块和存储模块构成。首先按下4*4键盘输入模块的开场按键，在液晶显示器上会显示出一个不定的时间与温度数值，根据显示

22、的容判断它是否需要调节时间和温度。如果需要调节，就按下设置按键，增加或减少时间与温度的数值，以到达规定的数值。再传送到单片机的控制模块，经过单片机的部程序操作，给出一个信号，使之传输到液晶显示器上，显示出当时的时间与温度；接着通过DS1302时钟模块数据在时钟SCLK的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位存放器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。最后用FM24C256存储器存储液晶显示器上显示的时间日历与温度参数。3 软件设计3.1 时钟模块时钟模块采用DS1302时钟芯片，根据它的工作原理，数据在时钟SCLK的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入

23、移位存放器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。主要是在液晶显示器上面显示当时的时间、温度数据，所以流程如下列图所示图18 DS1302时钟芯片流程图3.2 FM24C256存储模块由FM24C256芯片构成的存储模块，当地址信息被发送后，主机和FM24C256之间的数据传送就会开场，对于读操作，FM24C256将把8位数据放在总线上，然后等待主机的应答，如果主机容许，FM24C256将开场传送下一个连续字节。如果主机没有容许，FM24C256将完毕当前的读操作。对于写操作，FM24C256承受主机发送的8位数据后，给出应答。所有数据都以高位在前方式传送。流程图如下列图所示

24、。图19 FM24C256存储芯片流程图3.3 输入模块先按下开场按键，在液晶显示器上显示出时间与温度，再根据显示的容判断是否调节时间与温度。如果需要调节就再按下设置按键，进去设置界面，根据要求设定时间与温度的增加或者减少，修改完成后，在显示器上显示出来；如果不需要调节，再判断显示是否需要调节，根据显示的容，进展左右上下的移动。流程图如下列图所示图20 4*4键盘软件工作流程图4 总体电路设计4.1 系统总电路图21 系统总电路系统电路如图21所示，首先通过DS18B20传感器感应环境温度通过P1.4端口传送到单片机进展处理；再按下4*4键盘输入模块的开场按键，在液晶显示器上会显示出一个不定的

25、时间与温度数值，根据显示的容判断它是否需要调节时间和温度。如果需要调节，就按下设置按键，增加或减少时间与温度的数值，以到达规定的数值。再传送到单片机的控制模块，温度传感器感知到外界温度过后把温度变换成数字信号发送给单片机。然后单片时机发出指令信号给制冷加热驱动模块，驱动模块驱动制冷片，让制冷片开场工作。如果外界温度低于设定的温度，制冷片将导入反向电流，从而到达加热效果。反之，即导入正向电流，到达制冷的效果。与此同时，从输入模块输入到单片机中的温度信号再传送给显示模块，显示模块将它转换成数字信号，在液晶显示器上显示出来。如果感应模块一开场就与外界温度一致时，整个操作系统将立即停止，等到下一次出现

26、温差时，系统又会自动重新工作，在此时，时钟模块会将相应的时间等信息送回单片机，由单片机传输到液晶显示器上，并储存下来。5 小结5.1 设计的优缺点优点：液晶显示，直观，很方便的显示出温度等参数，让人一目了然。设计中采用到的DS18B20温度传感器，操作简便，功耗较低，环境适应能力强，并且测温围较宽、此数字温度计可靠性高，非常准确能够让总体设计更加准确，质量较好，部结构非常精细。半导体加热/制冷片是新型的半导体材料，既能提供热源，也能提供冷源；无需其他的设备进展传热。本设计可应用于多种场合、环境，功能完善，十分人性化；缺点：加热/制冷效率较低；功率也较低，不能应用于较大的设备中。没有相应的报警装

27、置。本设计属于半自动化的，实现功能比拟麻烦。5.2 结语本次的毕业设计算是我大学学业生涯的一个完结，经过几个月的奋战，我的毕业设计终于完成了。想想当初还没有做毕业设计以前，觉得毕业设计只是对这三年来所学知识的一个单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面了。毕业设计不仅仅是对大学三年所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比拟欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂一些，甚至有点眼高手低。但通过这次的毕业设计，我才明白，学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中我都应该不断的学习，努力提高自己的

28、知识和综合素质。 在此要十分感我的指导教师，路教师对我悉心的指导，感教师在这几个月中给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经历和自学，并向教师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少困难，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，我相信这会对今后的学习、工作、生活有着非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的困难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。6 参考文献【1】才开等 电路分析根底 清华大学

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