1、XX：基于51單片機的智能溫度調節裝置設計電子設計與制作報告題 目： 基于51單片機的智能溫度調節裝置設計 班 級： 12級電氣X班 姓 名： XX 學 號： XXXXXXXX 同組成員： XXX,XXX,XXX,XXX,XXX 成 績： 基于51單片機的智能溫度調節裝置設計摘要：隨著現代信息化技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現，能獨立工作的溫度檢測系統已廣泛應用于各種不同的領域。本文介紹了一個基于89C51單片機和數字溫度傳感器DS18B20以及操控半導體制冷片的智能控溫系統，并用LCD12864液晶屏顯示溫度值，并且能夠顯示時間以及顯示調節溫度至指定溫度所用的時間。系統電路簡單、操作簡

2、便，能任意設定報警溫度，系統完成了電子設計的基本要求和大部分擴展內容要求。擴展部分的波形顯示花屏，未能做出來。關鍵詞：89c51，lcd12864，報警，時間，波形目錄1 引言42 任務要求42.1 基本要求42.2 擴展功能43 總體方案設計53.1 方案論證53.1.1 方案一53.1.2 方案二53.2 總體設計框圖54 本組設計及完成情況64.1 單片機系統64.2 數字溫度傳感器模塊74.2.1 DS18B20性能74.2.2 DS18B20外形及引腳說明84.2.3 DS18B20接線原理圖84.3顯示模塊84.3.1 LCD12864性能84.3.2 LCD12864引腳及說明9

3、4.3 報警模塊94.4 驅動模塊104.5完成情況104.5.1基本功能實現104.5.2附加功能實現104.5.3未完成功能：114.5.4系統優缺點115 本人承擔工作及完成情況介紹125.1實時溫度顯示125.1.1對18b20進行操作：125.1.2對lcd12864進行操作125.1.3顯示操作135.2按鍵功能135.3波形顯示13參考文獻：141 引言隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便是不可否定的，各種數字系統的應用也使人們的生活更加舒適。數字化控制、智能控制為現代人的工作、生活、科研等方面帶來方便。其中數字溫度計就是一個典型的例

4、子。數字溫度計與傳統的溫度計相比，具有讀數方便、測溫范圍廣、測溫精確、功能多樣話等優點。其主要用于對測溫要求準確度比較高的場所，或科研實驗室使用，該設計使用80C51單片機作控制器，數字溫度傳感器DS18B20測量溫度，單片機接受傳感器輸出，經處理將溫度顯示在用12864液晶屏上。2 任務要求2.1 基本要求1.能夠通過鍵盤和液晶（或數碼管）設定溫度值，溫度值的設定范圍為-1010攝氏度，最小區分度為1攝氏度2.控制裝置實時顯示被控對象溫度，當溫度達到設定值時，控制裝置通過液晶或聲光發出提示信號3.被控對象溫度精度為2攝氏度2.2 擴展功能1.控制裝置實時顯示當前時間2.控制裝置可記錄被控對象

5、溫度達到設定值的時間（時間最小分辨率為0.1s）3.用液晶實時顯示的被控對象溫度值，3秒刷新一次。并顯示被控對象溫度隨時間變化的曲線，實時刷新顯示，30秒刷新一次。4.被控對象溫度精度為1攝氏度，盡量縮短被控對象達到溫度設定值的時間3 總體方案設計3.1 方案論證3.1.1 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行A/D轉換后就可以用單片機進行數據處理，實現溫度顯示。這種設計需要用到A/D轉換電路，增大了電路的復雜性，而且要做到高精度也比較困難。3.1.2 方案二考慮到在單片機屬于數字系統，容易想到數字溫度傳感器，可選用DS18B20數字溫

6、度傳感器，此傳感器為單總線數字溫度傳感器，起體積小、構成的系統結構簡單，它可直接將溫度轉化成串行數字信號給單片機處理，即可實現溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設計要求。以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設計更簡單，此方案設計的系統在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設計采用方案二。3.2 總體設計框圖本方案設計的系統由單片機系統（80C51）、數字溫度傳感器（DS18B20）、12864液晶屏、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構如下圖1。80C51單片機

7、測溫模塊（DS18B20）驅動模塊半導體制冷片顯示模塊（12864液晶屏）報警模塊按鍵模塊圖1 系統總體方框圖4 本組設計及完成情況4.1 單片機系統本設計采用80C51單片機作為控制器，完成所有功能的控制，包括：1.DS18B20數字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值2.12864液晶屏的驅動和顯示3.溫度的讀取比較和報警單片機系統電路原理圖：圖2 單片機系統原理圖4.2 數字溫度傳感器模塊4.2.1 DS18B20性能l 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信l 簡單的多點分布應用l 無需外部器件l 可通過數據線供電l 零待機功耗l 測溫范圍-55+125，以0.5遞增l 可編程的分辨率為91

8、2位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625l 溫度數字量轉換時間200ms，12位分辨率時最多在750ms內把溫度轉換為數字l 應用包括溫度控制、工業系統、消費品、溫度計和任何熱感測系統l 負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發熱而燒毀，但不能正常工作4.2.2 DS18B20外形及引腳說明圖3 DS18B20外形及引腳l GND：地l DQ：單線運用的數據輸入/輸出引腳l VD：可選的電源引腳4.2.3 DS18B20接線原理圖單總線通常要求接一個約4.7K左右的上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態為高電平。圖4 DS18B20接線原理圖4.3顯示模塊4.3.1

9、 LCD12864性能l 低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）l 顯示分辨率:12864 點l 2MHZ 時鐘頻率l 視角方向：6 點l 通訊方式：串行、并口可選l 無需片選信號，簡化軟件設計l 工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +604.3.2 LCD12864引腳及說明圖5 LCD12864接線原理圖4.3 報警模塊當溫度超過或低于設定溫度值時，實現報警，LED燈點亮。并且在lcd12864上顯示并提醒。4.4 驅動模塊驅動電路：4.5完成情況經過幾周的電路搭建和軟件編寫，我們組已經實現電路基本部分和部分擴展功能。具體如下：4.5.1基本功能實現完成基本要求的所有

10、項：(1) 能夠通過鍵盤和液晶（或數碼管）設定溫度值，溫度值的設定范圍為325(室溫)，最小區分度為1。(2) 控制裝置實時顯示被控對象溫度，當溫度達到設定值時，控制裝置通過液晶或聲光發出提示信號。(3) 被控對象溫度精度為1。4.5.2附加功能實現完成了前5項功能：(1) 控制裝置實時顯示當前時間(開機即開始計時)。(2) 控制裝置可記錄被控對象溫度達到設定值的時間（時間最小分辨率為0.1s）。(3) 用液晶實時顯示的被控對象溫度值，1秒刷新一次。(4) 被控對象溫度精度為1。(5) 盡量縮短被控對象達到溫度設定值的時間。(控制裝置單向制冷，在制冷時調節冷端風扇關閉，降低測試裝置與環境溫度交

11、換速度；當調節溫度升高時，關閉制冷，同時開啟冷端風扇是測試面與環境溫度加快)4.5.3未完成功能：溫度的波形顯示。波形程序響應遲緩以及出現花屏，不能加入主程序中，該問題尚未得到解決。4.5.4系統優缺點(1) 優點本組設計系統通過12864顯示屏與6功能按鍵組成了良好的人機交互性條件，在主菜單以及子菜單模式下能夠實時顯示被測溫度與時間。上下限報警及控制功能優點，在設定上下限后，當溫度達到上或下限，會啟動自動調節功能，將溫度控制在上下限內，并可按SET鍵初始化上下限，符合工程控制實際，具有較高的實用價值。設定溫度功能優點，在溫度設置菜單下，增加了確定菜單控制，避免在設置過程中輸入錯誤，并可按MO

12、DE鍵返回重新設置。溫度控制采用PWM脈寬調制技術，是溫度控制精度有所提高。(2) 缺點本系統采用繼電器驅動制冷片工作，其最小關斷延時限了系統控制精度，并且在關斷過程中會有較大的電磁干擾，使得LCD顯示會出現不明閃爍。由于程序冗余，導致修改該部分程序后編譯下載失敗，在溫度到達設定值定時，不能成功進行第二次定時功能（該問題暫未解決！）5 本人承擔工作及完成情況介紹由于小組是分模塊來做的，本人主要負責lcd12864顯示這一塊程序編寫以及18b20的編寫和調試以及后期的部分調試。目前實現了能顯示實時溫度，按鍵的設置，最后還有波形（未能成功加入主程序）。5.1實時溫度顯示5.1.1對18b20進行操

13、作：讀溫度值模塊需要調用4個子程序，分別為：DS18B20初始化子程序：讓單片機知道DS18B20在總線上且已準備好操作DS18B20寫字節子程序：對DS18B20發出命令DS18B20讀字節子程序：讀取DS18B20存儲器的數據延時子程序：對DS18B20操作時的時序控制程序聲明為：bit Init_DS18B20(void);/ 18b20初始化unsigned char ReadOneChar(void);/讀取一個字節void WriteOneChar(unsigned char dat);/寫入一個字節最后從18b20中讀取溫度程序：unsigned int ReadTemperat

14、ure(void);5.1.2對lcd12864進行操作本人選用的是帶字符的lcd12864液晶顯示屏。首先根據時序圖寫出lcd12864的基礎程序。Lcd12864初始化程序：void LCD12864_Init()；Lcd12864寫命令程序：void LCD12864_WriteCmd(uchar cmd)；Lcd12864寫數據程序：void LCD12864_WriteData(uchar dat)；Lcd12864讀數據程序：uchar LCD12864_ReadData(void)；Lcd12864清屏函數：void LCD12864_ClearScreen(void)；Lcd1

15、2864設定坐標函數：void LCD12864_SetWindow(uchar x, uchar y)；Lcd12864顯示字符串函數：void LCD_PutString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char code *s)；5.1.3顯示操作調用temp=ReadTemperature();將18b20中的溫度讀取出來，處理并取整數位。具體程序如下：temperature=(float)temp*0.0625*10;temp = (long)temperature%1000;displaytemp0 = temp/100+0;dis

16、playtemp1 = temp%100/10+0;配置寄存器R1，R0是溫度的決定位，由R1，R0的不同組合可以配置為9位，10位，11位，12位的溫度顯示。這樣就可以知道不同的溫度轉化位所對應的轉化時間，四種配置的分辨率分別為0.5，0.25，0.125和0.0625，出廠時以配置為12位。所以temperature=(float)temp*0.0625*10;再使用下面程序將其顯示出來：LCD12864_SetWindow(0,2);for(i=0;i2;i+) LCD12864_WriteData(displaytempi);5.2按鍵功能首先定義了幾個按鍵：sbit KEY_ente

17、r=P12;/確認/定義按鍵輸入端口sbit KEY_ADD=P11; /上 sbit KEY_DEC=P16;/下sbit KEY_exit=P15;/退出在while（1）循環中不斷調用按鍵程序，當有按鍵按下時，則進入相應功能。5.3波形顯示我采用的是畫點的方式，首先確定該點的具體坐標，具體在哪一字節的哪一位，以及哪一行。從網上我查找到了畫點子程序，起初我取溫度的十位和個位，將其打在lcd12864上，總共打了128點，然后將其清屏，循環顯示。但是花屏，有18b20最開始下顯示的85度，以及其他雜點。畫點部分程序如下：void lcd_set_dot(uchar x,uchar y)uch

18、ar x_byte,x_bit;/確定在坐標的那一字節哪一位uchar y_ping , y_bit;/確定在坐標的哪一屏哪一行uchar tmph , tmpl;/定義兩個臨時變量，用于存放讀出來的數據LCD12864_WriteCmd(EXTEND_SET);/擴展指令集LCD12864_WriteCmd(DRAW_OFF);/繪圖顯示關閉x_byte = x / 16;/算出在哪一字節，注意一個地址是16位的x_bit = x % 16;/& 0x0f;/算出在哪一位y_ping = y / 32;/確定在上半屏還是下半屏，0代表上半屏，1代表下半屏y_bit = y % 32;/& 0x1f;/確定在第幾行LCD12864_WriteCmd(0X80 + y_bit);/先寫垂直地址（最高位必須）LCD12864_WriteCmd(0x80 + x_byte + 8 * y_ping);/水平坐標，下半屏坐標起始地址為0x