电气工程课程设计报告-工厂自动温度检测控制系统.doc

1、 计 控 学 院College of computer and control engineeringQiqihar university电气工程课程设计报告题目：工厂自动温度检测控制系统系 别 电 气 工 程 系 适用班级 电气 12 级 指导教师 时 间 学生姓名 提交日期 I摘要本设计是以 51 单片机作为控制核心的一种基于单片机的工厂自动温度检测控制系统，本系统设计采用 LCD 1602 液晶显示屏作为输出显示模块部分，DS18B20 作为温度采集模块部分。该设计具有自动检测环境温度的功能，四个按键可以设置工厂车间的上限温度和下限温度。当车间温度超过设置温度，系统会自动报警并且点亮报警

2、灯，然后系统会自动启动温度处理模块，对其温度进行控制调节。从而达到自动检测控制的功能作用，为工厂提供了安全的工作环境。关键字：单片机； 温度； 控制II目录摘要 .I1.1 测温元件的选择 .11.1.1 DS18B20数字温度计 .11.1.2 热电偶测温 .11.1.3热敏电阻测温 .11.2 显示元件的选择 .21.2.1 液晶显示 .21.2.2数码管显示 .2第 2章 系统原理图设计及特点 .32.1 整体系统设计 .32.2系统与操作介绍 .42.2.1检测传感器 DS18B20工作状态 .42.2.2查看温度报警值 .42.2.3设定温度报警值 .42.2.4报警状态显示标志 .

3、42.3系统设计程序流程图 .53.1 STC12系列单片机 .63.2 DS18B20的介绍 .83.2.1 DS18B20内部结构 .83.1.2 DS18B20测温原理 .8第 4章 系统模块介绍 .104.1温度检测模块 .104.2 LCD1602液晶模块 .114.3电源模块 .124.4报警模块 .134.5处理控制模块 .144.6按键模块 .15设计总结 .16参考文献 .18附录 .19第 1 页 共 23 页第 1章方案选择1.1 测温元件的选择温度的测量在当今社会得到广泛的运用,同时测温元件也非常多,根据不同的应用场合我们可以做出不同的选择,首先介绍一下几种测温方式:1

4、.1.1 DS18B20数字温度计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 。 另 外 它 的 测 量 温 度 范 围 在 -55到+125之间，它是数字温度计，分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。因此用它组成一个测温系统，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。1.1.2 热电偶测温电偶测温原理是根据热电效应制成的一种测温元件。它结构简单，坚固耐用，使用方便，精度高，测量范围宽，便于远距离、多点、集中测量和自动控制，是应用很广泛的一种温

5、度计。如果取两根不同材料的金属导线 A 和 B，将其两端焊在一起，这样就组成了一个闭合回路。因为两种不同金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度有关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高。由此可制成热电偶测温计。 1.1.3热敏电阻测温热敏电阻体是在锰、镍、钴、铁、锌、钛、镁等金属的氧化物中分别加入其它化合物制成的。热敏电阻和金属导体的热电阻不同，它是属于半导体，具有负电阻温度系数，其电阻值是随温

6、度的升高而减小，随温度的降低而增大，虽然温度升高粒子的无规则运动加剧，引起自由电子迁移率略为下降，然而自由电子的数目随温度的升高而增加得更快，所以温度升高其电阻值下降。根据这些，我选择了 DS18B20 做为温度检测的主要模块器件。因为它线路第 2 页 共 23 页简单，操作起来方便。1.2 显示元件的选择1.2.1 液晶显示液晶显示器各种图形的显示原理 线段的显示：点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区10

7、24 字节相对应，每一字节 H 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00F=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。可以显示英文，这样更加方便反映了不同工作状态下的工作状态显示。1.2.2数码管显示数码管价格方便，可以显示数字。可是无法显示不同工作状态的标志

8、，因此不够清晰反映不同的工作状态。根据以上内容，我们选择采用液晶作为显示部分。第 3 页 共 23 页第 2章 系统原理图设计及特点2.1 整体系统设计温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如果温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。能够及时向温度监控人员发出温度超限信息。便于温控人员及时的调整与控制。另外此温度控制器操作简单，体积小，灵敏度高，精度高。其系统包含 6 大模块。分别是 LCD 液晶模块、 按键模块、处理控制模块、报警模块、电源模块、温度检测模块等。系统结构框图如图 2-1-1所示。按键模块S T C 单片机L C D 1 6 0 2液晶模块温度检测

9、模块处理控制模块电源模块报警模块图 2-1-1 系统结构框图第 4 页 共 23 页2.2系统与操作介绍2.2.1检测传感器 DS18B20工作状态液晶显示温度控制器接通电源后，在工作正常情况下，液晶显示屏上第一行显示信息为“DS18B20 OK”；第二行显示为“TEMP：XX.X ” （实际温度值） 。若传感器 DS18B20 ERROR”;第二行显示为“TEMP:-”.这时要检查 DS18B20 是否连接好，如果连接没问题，则需要更换一个新的 DS18B20 芯片。2.2.2查看温度报警值按 K1 键，进入查看温度报警值状态，此时显示屏第一行显示为“LOOK ALERT CODE”；第二行

10、显示“TH:0XX TL:XX”.其中 TH 为高位报警值，TL 为低位报警值。按 K3 键退出查看温度报警状态。2.2.3设定温度报警值按 K2 键，进入查看温度报警值状态，此时显示屏第一行显示为“RESET ALERT CODE”；第二行显示“TH:0XX TL:XX”. 此时的 K1 键为设定值加，减方式选择键，默认为减少。K2 键为 TH 值设定键；K3 键为 TL 值设定键；K4 键为确定键，按此键退出设定状态。2.2.4报警状态显示标志（1）当实际温度大于 TH 的设定值时，在显示屏第二行上显示符号为“H” 。此时关闭处理控制模块，蜂鸣器响起，表示超温。（2）当实际温度小于 TL

11、的设定值时，在显示屏第二行上显示符号为“L” 。此时蜂鸣器响起，表示加热部分出现故障。（3）当实际温度小于 TH 的设定值时，处理控制模块，开始加热，加热的标记为“！” 。 第 5 页 共 23 页2.3系统设计程序流程图本设计程序采用了汇编语言。通过对于温度的采集以至最后系统根据采集的温度数据进行分析做出处理。其程序流程图如图 2-3-1 所示。L C D 初始化显示 O K写入报警上下限值开始复位显示E R R O M按键扫描转换 、 显示报警R e l a y o f f读取温度数据D S 1 8 B 2 0存在在否 ？温度未超上下限结束温度达到上限温度达到上限报警R e l a y o

12、 nN oY e sY e sN oN oY e s图 2-2 整体工作流程图第 6 页 共 23 页第 3章 部分器件的介绍3.1 STC12系列单片机1. STC12 系列单片机为增强型 8051 芯片，1T，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 单片机。2. 工作电压： STC12C5410AD 系列工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）STC12C2052AD 系列工作电压：5.5V - 3.4V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机，可到 2V）3. 工作频率范围： 0 - 35 MHz，相当于普通 80

13、51 的 0420MHz.实际工作频率可达 48MHz4. 用户应用程序空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字节5. 片上集成 512 字节 RAM(STC12C5410AD 系列), STC12C2052AD 系列单片机为256 字节 RAM6. 通用 I/O 口（27/23/15 个），复位后为： 准双向口/ 弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不得超过 55mA7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程

14、），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. EEPROM 功能9. 看门狗10.内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路）11. 时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部 R/C 振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是 4MHz 8MHz第 7 页 共 23 页12. 共 2 个 16 位定时器/ 计数器，但可用 PCA 模块再产

15、生 4 个定时器(2052 系列只有两路 PCA)13. 外部中断 2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断唤醒14. PWM(4 路）/PCA（可编程计数器阵列 ,4 路）,5410 系列是 4 路，2052 系列只有两路- 也可用来当 4 路 D/A 使用- 也可用来再实现 4 个定时器- 也可用来再实现 4 个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持)15. A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路。STC12C2052AD 系列只有 8 位精度16. 通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再

16、用定时器软件实现多串口17. SPI 同步通信口，主模式/ 从模式18. 工作温度范围： 0 - 75 / -40 - +8519. 封装：PLCC-32, PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，TSSOP-20(超小封状6.4mm 6.4mm，定货)。PLCC-32 有 27 个 I/O 口，PDIP28/SOP28 有 23 个 I/O 口，PDIP20/SOP20/TSSOP20 有 15 个 I/O 口， I/O 口不够时，可用 74HC595 / 74HC165 串行扩展 I/O 口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口。STC12C5410AD 系列及 STC12C2052AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 / 机器周期(1T)的单片机，是高速/ 低功耗/ 超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍，内部集成 MAX810 专用复位电路。4 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换,针对电机控制，强干扰场合。STC12C2052AD 系列只有 2 路 PWM,8 路高速 8 位 A/D 转换。本单片机相对在以前的 51 单片机上增加许多功能。本设计采用就是本系列单片机。其型号为 STC12C5A32S2。