1、大连东软信息学院 本科 毕业设计（论文） 系 所 ： 电子工程系 专 业 ： 电子信息工程（ 嵌入式系统工程 方向 ） 学生 姓名 ： 学生 学 号： 指导教师 ： 导师 职称： 完成日期： 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information论文题目 ： 基于单片机的油汀机控制模块设计与实现 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 I 基于单片机的油汀机控制模块设计与实现 摘 要 油汀机 即 油汀取暖器， 是一种 充油式取暖器，是近年来流行的一种安全可靠的空间加热器，这种取暖器是将电热管安装在散热 片的腔体内部，在腔体内电热管周围注有导热油。
2、本文使用单片机设计实现了油汀机的控制系统模块。 本文系统的阐述了油汀机温度测控系统的设计思想和实现方法，具体分析了各部分电路的设计原理，详细介绍了各部分的设计过程。系统使用 STC89C52 单片计作为主控系统，采用数字温度传感器DS18B20 采集温度值，并送入单片机进行运算。当系统温度低于设定的阈值的时候，系统启动，将继电器置位。并且可以设定时间，在某个时间段内系统启动。 另外，系统在节能方面也进行了一定的研究，当系统不制热的时候，可以进入节能状态，以较少系统的能耗 。 经过测试，系统可以稳定的运行。 系统 可以根据设定的温度启动继电器，也可以使用时间来控制继电器的开启和关系。该项目可以对
3、 以 后油汀机的控制模块 深入 设计做一个铺垫作用。 关键词 ： 嵌入式系统，单片机， 温度传感器 ， 继电器大连 东软 信息学院毕业设计（论文） Abstract II Design of Simplified RISC CPU Abstract Oil radiator heater or oil heater machine is an oil-filled heater which is popular in recent years as a safe and reliable space heater. This heater is installed inside the hea
4、ting tubeinside the cavity fin and HTF is given in the heating chamber around the tube. This article is designed and implemented youting machine control system module by using a microcontroller, detailed analysing the design principles of the various parts of the circuit, detailing the design proces
5、s of various parts. STC89C52 monolithic system is the master meter system that using digital temperature sensor DS18B20 temperature acquisition and carried into the microcontroller operation. When the temperature is below the set threshold, the system startup, and the relay set. And you can set the
6、time to start the system in a certain period of time. In addition, the system in the energy field is studied. When the system is not working, it can enter the energy state, with less energy consumption. Testing shows that the system can be stable operated. According to the set temperature, The relay
7、 can open and also can use the time to control the relay. The project can be on the control module oil radiator heater machine in-depth design make a foreshadowing role. Key words: Embedded System, Microcontroller, Temperature sensors, Relays, 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 目录 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章
8、 绪 论 . 5 1.1 课题研究背景 .5 1.2 课题研究目的、意义 .5 1.3 课题研究内容与方法 .5 1.4 论文组织结构 .6 第 2 章 关键 技术介绍 . 7 2.1 控制系统介绍 .7 2.2 温度传感器 .9 第 3 章 系统需求分析 . 11 3.1 系统设计目标 . 11 3.2 系统功能需求 . 11 3.3 系统成本 . 11 3.4 系统开发环境 . 11 3.4.1 编程环境 .11 3.4.2 程序仿真 . 12 3.4.3 程序下载 . 12 第 4 章 系统设计 . 15 4.1 体系结构设计 . 15 4.2 硬件设计 . 15 4.2.1 温度采集模
9、块 . 15 4.2.2 LCD 显示模块 . 16 4.2.3 输出控制模块 . 18 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 目录 IV 4.2.4 实时时钟模块 . 18 4.2.5 输入模块 . 19 4.3 软件设计 . 20 4.3.1 控制流程设计 . 20 4.3.2 功能模块设计 . 20 第 5 章 系统实现 . 24 5.1 环境配置 . 24 5.2 功能模块实现 .错误 !未定义书签。 5.3 系统实现 . 24 第 6 章 系统测试 . 26 6.1 测试概述 . 26 6.2 测试用例 . 26 6.2.1 系统开机测试 . 26 6.2.2 实时时钟测试 . 26
10、6.2.3 温度测试 . 26 6.2.4 设置测试 . 27 6.2.5 手动模式测试 . 27 6.2.6 自动模式测试 . 28 第 7 章 结 论 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 附录 A . 32 附录 B . 33 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 目录 5 第 1 章 绪 论 1.1 课题 研究 背景 二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛， 伴随着科学技术和生产的不断发 展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各
11、行各业中也发挥着重要的作用。 近年来，单片机已被广泛用于 热水器系统 、 空调系统 、电热炉 等家电产品以至手持式高速高效的计算机和电子设备 中，大大提高了家电的智能化。与此同时，现在常用的温度传感器芯片不但功率消耗低 、 准确率高 ， 而且比传统的温度传感器有更好的线性表现 ， 最重要的一点是使用起来方便 。若将两者用于电暖器的控制器，就会使控制简单方便，测量范围广，精度较高。使用 此智能控制器的电暖器可以节约电能 、 方便 、安全， 并改变以往的取暖方法， 给人们带来一个清新 、温暖 、 健康生活环境 ， 以适应人们生活节奏非常紧张的状态。 1.2 课题 研究 目的、意义 在单片机温度测量
12、系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是 室内温度控制 对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温 测量及工业设备温度测量场合 ，特别是对于油汀机的控制，具有重要的作用 。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。 系统选择合适的芯片，尽量减少系统的元器件的数量，用最小的复杂度构建最可靠的系统。 1.3
13、课题 研究内容与方法 本文的主旨 是 设计基于单片机的油汀机控制模块的设计与实现 。 它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。 利用单片机的温度控制系统软硬件实施 方式主要是直接使用单片机以及其他一些外围芯片作为数据采集和控制的装置，不使用上位 PC 机做数据处理。这大连 东软信息学院毕业设计（论文） 目录 6 种类型的自动控制系统一般以单片机为核心，包括输入模块、控制模块、输出模块等。硬件电路一般由温度传感器及模拟信号处理电路、 A/D 转换器、单片机、D/A 转换器、 LCD（或 LED）显示
14、器及微打印机、简易键盘等组成，即为一个单片机的最小应用系统，实现基本的输入输出功能和简单的控制功能。智能化发展主要集中在软件上，在纯硬件的电路中很难实现智能化，用软件来控制温度在以后将有广阔的前景 。 本系统的主要出入参数为环境温 度，使用温度传感器采集温度数据，输入单片机。单片机具有时钟功能，能够实时的显示时间。采集到温度之后，系统可以自动根据温度的标定值，调整油汀机的运行时间。油汀机的运行通过继电器和LED 来模拟。另外，还可以通过设定的时间，自动启动和关闭油汀机的运行。系统具有 LCD 现实屏幕，可以实时的显示系统的状态和系统的时间。系统还带有4*4 的键盘，可以输入调整系统时间，调整设
15、定的温度值。 1.4 论文组织结构 本文主要从七部分展开，第一部分是绪论，主要阐述一下课题的背景、意义，研究目的现状等，并简单阐述了课题 的研究内容和方法。 第二章是关键技术的介绍，主要对控制系统单片机简要介绍，并对温度计做一定的介绍 。第三章对系统的需要进行分析。第四、五章是本文的最重要内容，为系统设计和实现。第六章是系统测试部分，第七章对全文进行总结。大连 东软信息学院毕业设计（论文） 7 第 2 章 关键技术介绍 2.1 控制系统介绍 2.1.1 单片机介绍 单片机即单片微型计算机，是一块集成度比较高的处理器。单片机采用超大规模集成电路技术在一块小小的硅片上集成了 CPU、 RAM、 R
16、OM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器等功能从而构成的一个完整的计算机系统。目前，正式单片机的发展高峰期，单片机种类 很多， MCS-51 系列单片机是应用范围比较广泛的。而与只兼容的 8051的内核单片机也非常多。本系统使用 STC 公司的单片机 STC89C52 单片机，这款单片机实用性比较强，具有众多的优点，而且可以通过串口直接下载程序，并且可以和 51系列单片机完全的兼容。 对于通用型单片机来说， STC 公司的单片机 STC89C52 单片机实用性比较强，具有众多的优点，该单片机不管是在价格上还是在系统性能上都优于前者，所以我们在实际的应用中可以选择此款芯片。 2.1.2
17、 单片机的最小系统 如果需要单片机开始正常工作，则需要一个最小的外围电 路 ,这就是所谓的单片机最小系统。其构成的电路也很简单，如图所示： 图 1 单片机最小系统 从电路图中我们可以看到一个 40 管脚的芯片，这个就是 51 单片机。我们先来认识一下单片机的管脚作用，如表所示。 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 8 表 1 单片机管教作用 Vcc 电源引脚，基本工作电压为 +5V GND 电源接地 端口 0 P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口，它是一个多功能口。在访问外部存储器时，用作分时多路转换地址（底 8 位）和数据总线， P0 口常用作此方式。在没有外部存储器时， P0
18、口可作为并行 I/O 口使用，但需外接上拉电阻。它的带负载 能力为 8 个 LSTTL 门电路。 端口 1 P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。它通常用作通用 I/O 口，能带动 4 个 LSTTL 门电路。 端口 2 P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，它是一个多功能口。在访问外部存储器时，它送出地址的高 8 位；在没有外部存储器时，可作为通用 I/O 口使用。可以带动 4 个 LSTTL 门电路。 端口 3 P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，它是多功能口。 P3 口的第一功能作为通用 I/O 口使用，第二功能如表所列
19、。 RST 在振荡器运行时， RST 引脚输入 超过两个机械周期（ 24 个振荡周期）时便会引起单片机的复位。如果一直保持高电平，则芯片便循环复位。复位后 P0P3引脚都为高电平，程序存储器和数据存储器全部清零。 XTAL1 振荡器的输入端 XTAL2 振荡器的输出端 ALE/PROG 访问外部存储器时， ALE（地址锁存允许）的输出端用于锁存地址的地位字节。即使不访问外部存储器， ALE 端仍以不变的频率输出脉冲信号，此信号的频率是振荡器频率的 1/6。我们可以通过检测这个脉冲信号来判断单片机是否已经正常运行。 EA/VPP 当该引脚访问外部程序存储器时， 应该输入低电平。 PSEN 该引脚
20、是外部程序存储器的选通信号输出端。 P3 引脚兼用功能 P3.0 串行口出入（ RXD） P3.1 串行口输出（ TXD） P3.2 外部中断 0（ INT0） P3.3 外部中断 1（ INT1） P3.4 定时器 0 输入（ T0） P3.5 定时器 1 输入（ T1） P3.6 外部数据存储器写选通（ WR） P3.7 外部数据存储器读选通（ RD） 有了对单片机管脚的基本认识，我们再来研究一下单片机最小系统外围电路基本构成： （ 1）晶体振荡电路 XTAL1 和 XTAL2 引脚分别是芯 片内振荡器的输入端和输出端。 51 单片机的时钟有两种方式：一种是片内时钟振荡方式，需要 XTAL
21、1 和 XTAL2 接晶体振荡器和两个 30pF的电容 ;另一种方法是使用外部时钟的方式，即外部输入信号需要从 XTALI 引脚中输入，而 XTAL2 引脚悬空。一般我们常用的是使用晶振和两个电容并联以产生工作时钟，其线路接法如图所示。 大连 东软信息学院毕业设计（论文） 9 X T A L 1X T A L 2图 2 晶振的连接 一般晶振的频率可在 212MHz 之间任意选择，对外接电容来说，也没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡频率的高低、振荡器的 稳定、起振的快速性。外接晶体振荡器时，一般选用 30PF 的电容。并且需要注意的是在焊接电路或者是印刷电路板的时候，晶振和电容应尽可能安装
22、得与单片机芯片靠近，这样可以保证系统更稳定的工作。 （ 2）复位电路 复位电路分为上电复位和人工复位两种。上电自动复位是指系统在上电时提供复位信号，直到系统电源稳定后撤销复位信号。对于 51 单片机来说，只要在 RST 复位端接一个电容到 VCC 和一个电阻到 VSS（即低电平）即可。除了上电复位外，在单片机运行的过程中，如果出现问题我们就需要人工复位。在上电复位的基础之上，我们在 RST和 VCC 之间安装一个弹跳开关就可以实现一个比较简单的人工复位电路。当在 51 的RST 复位引脚上有一个超过两个机械周期的高电位脉冲时，单片机就会被置位。 （ 3） 31 号引脚 EA 当 EA=0 时，
23、则只使用片外的 ROM，也就是说当我们使用的单片机扩展了外部程序存储器的时候，必须将 EA 端接地。但是在一般情况下，我们仅仅使用单片机内部的存储器（ 51 系列为 4K， 52 系列为 8K），所以此引脚一般直接接电源电压 VCC 就可以了。 （ 4）供电电路 单片机的供电系统和其他芯片类似，需要 +5V 电压供电。管脚 20 接地，管脚 40 接+5V。 2.2 温度传感器 温度传感器（ temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。 在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20 温
