基于stc89c52单片机的温度控制系统设计

基于stc89c52单片机的温度控制系统设计内容摘要：

储器 RCAP2L和 RCAP2H中的数值是通过软件编程预设置的 （ 3） 波特率发生 模式 ： T2CON的控制位 TCLK以及 RCLK允许 T/C1或者 T/2从串行口发送和接收波特率，寄存器 TCLK=0， T/C1作 为串行口发送波特率的发生器，当寄存器 TCLK=1时， T/C2作为串行口波特率发生器，寄存器 RCLK对接收的波特率作用是相同的，通过 TCLK和 RCLK两个寄存器，可以使得串行口获得不同的接收以及发送波特率，一个通过 T/C1产生，一个通过 T/C2产生。 基于单片机的温度控制系统设计 9 供电 方案确定 供电电路可选择两种方案： 方案 1：自己制作 5V 直流电源 ； 方案 2：应用集成电源适配器，将 220V 市电变为 5V 直流电输出。 考虑到自制电源供电不稳，最后选择方案 2，图 为供电电路 图 供电电路 图 为电源外接指示灯电路，让用户清楚知道是否供电。 选用发光二极管为红色，导通压降 ，正常工作电流 58mA,加 560 欧电阻可使工作电流处在正常范围内。 图 指示灯电路 复位电路方案确定 对于 单片机，通常 系统 需要在上电瞬间进行内部参数的初始化，这时单片机无法立即进入工作状态 ， 通常称为上电初始化。 单片机可选 上电复位和手动复位两种。 如图 所示。 图 常用复位电路 为满足系统控制灵活性需要，本系统采用图 所示手动复位电路，悬空端 节单片机 Reset 引脚， 为满足单片机外围电路设计， 将电容变为 10uf,电阻变为 10K 基于单片机的温度控制系统设计 10 Ω 按下按键 VCC 接通，由电阻 R6 拉高电平，在复位引脚提供一定时间高电平，单片机复位。 图 选定复位电路方案 单片机晶振电路设计 STC89C52MCU 的 时钟信号 可以通过内部震荡电路方式或是外部震荡电路方式获得。 通过 在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接 晶振 ，就构成了内部振荡 的 方式。 由于单片机内部有反相高增益放大器，当外接晶振后， 便 构成了自激 式 振荡 电路 ， 并产生震荡 的 时钟脉冲。 晶振通常选用 6MHz， 12MHz 或 24MHz。 晶振 可以提供基准频率 ， 分为有源无源两类 ，无源 式 晶振需要 选用 芯片内部有震荡器，晶振的信号电压 要 根据起振电路 的具体情况 而定，允许不同的电压 信号 ，但 通常 无源晶振精度 和 质量 都 较差， 为 更 精确的匹配外围 电路 设计 ， 晶振频率选取 12MHZ， 如需更换晶振时要同时 要改变外 围电路 设计。 无振荡器的 有源晶振 就能 提供较高 精度 基准频率， 相对无缘晶振信号质量要好。 实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多。 本设计采 用 图 晶振时钟电路。 晶振选取 12MHZ，电容选取 22pf 基于单片机的温度控制系统设计 11 图 电路的晶振时钟电路 按键 设计 方案选择 ： 方案 1：焊接独立按键 ， 方案 2：使用矩阵键盘。 方案比较：使用独立按键 相比于矩阵键盘 的优点是编程容易， 占用 I/O 口资源更少，LCD1602,已经占用较多 I/O 口，采用方案二会使焊接布线更复杂，出现问题不容易查找。 综合考虑选用方案 1。 ： 按键动作将机械关系转化为数字逻辑电平，为标准的 TTL 电平， 具体的 按键动作状态和功能设置通过软件来实现。 ： 图 为按键按下产生抖动干扰示意图 消除按键抖动可选用两种方式： （ 1）通过硬件方式，通常用电容滤波、单稳 延时电路 （ 2）通过软件延时 再次检测方式消除抖动 本设计 选用软件延时的方式消除抖动 ， 但 无论是硬件还是软件都不能完全消除干扰。 基于单片机的温度控制系统设计 12 图 按键抖动示意图 ： 系统通过按键 设置控制的温度范围， 设计 两 个键 K K2，分别连接到 STC 继电器 驱动电路设计 系统通过继电器通断来 控制 温度控制系统的通。 选用继电器型号为SRS12VDCSLC型号，该继电器为直流电磁继电器，触点类型可选为常开型、常闭型、以及转换型。 由于继电器工作电流较大，直接从单片机输出的电流无法驱动，所以需要经过三极管放大， Q6选用 S8550三极管， 特点是电压低，输出电流大，可用于继电器驱动，图 ，温度范围设定后，如果温度超过最大范围值，则通过单片机程序控制端口输出电平控制三极管的通断，从而控制继电器通断，达到控制温度目的。 图 继电器驱动电路选择 系统的显示 方案 本设计采用 LCD1602 液晶屏作为显示部分。 工业 用 LCD1602 可同时显示 16列 2 行共计 32 个字符，可以用来显示数字字母符号， 由于点距和行距 不足所以 不 基于单片机的温度控制系统设计 13 能用来显示图形， 片工作电压： ， 工作电流： （ ） ， 模块最佳工作电压： 5V， 字符尺寸： 179。 （ W179。 H） mm， 表 为芯片功能引脚介绍。 图 1602显示屏和单片机的连接电路 ，在 8位数据传输端口连接 ，起到加大驱动电流的作用，防止连接短路损坏 I/O口。 图 LCD1602 与单片机的连接电路 表 模块的引脚功能 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 I/O 2 VDD 电源正极 10 D3 I/O 3 VL 液晶显示 的偏压符号 11 D4 I/O 4 RS 数据 /命令选择器 12 D5 I/O 5 R/W 读 /写选择器 13 D6 I/O 6 E 使能信号 14 D7 I/O 7 DO I/O 15 BLA 背光源 的 正极 8 D1 I/O 16 BLK 背光源 的 负极 控制器 的管脚 接口说明： （ 1）基本操作 的 时序 要求 基于单片机的温度控制系统设计 14 读状态：输入： RL=L， RW=H， E=H；输出： D0～ D7=状态字 写状态：输入： RS=L， RW=L， D0～ D7=指令码， E=高脉冲；输出：无 读数据：输入： RS=H， RW=H， E=H；输出： D0～ D7=数据 写数据：输入： RS=H， RW=L， D0～ D7=数据， E=高脉冲；输出：无 （ 2） 程序 状态字 每次的读写操作都需要进行读写监测从而确保 STA7为 0，如表 表 PSW STA7 D7 STA6 D6 STA5 D5 STA4 D4 STA3 D3 STA2 D2 STA1 D1 STA0 D0 STA06 当前数据地址指针的数值 STA7 读写操作使能 1:禁止 0：允许 （ 3） RAM地址映射 如图 图 RAM 地址映射示意图 （ 4）显示模式设置 如表 表 显示模式控制设置 指令码 功能 00111000 设置 16*2显示， 5*7点阵， 8位数据接口 （ 5）显示开 /关及光标设置 如图 基于单片机的温度控制系统设计 15 图 显示开 /关及光标设置指令 温度采集电路设计 方案确定 方案一： 采用热电阻温度传感器。 热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。 现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。 其主要的特点 是 测量范围大、便于远距离测量。 然后经过滤波和放大电路 处理 得到模拟量的电压信号。 最后采用 AD0809 将模拟量转化为数字量，通过单片机中断功能采集入单片机。 温度采集放大电路如图 所示。 温度采集原理 如图 所示为温度信号调理电路，由 4 部分组成：稳压电路，带 Pt100 的反相放大电路，求和电路和同相放大电路。 电路的温度传感器选用 Pt100，为消除其引线对测量精度的影响而采用三线制结构， A 点电位为 5V, Pt100 放在运算放大器的反馈回路中，若引线电阻为 R,当 = . 时， 则有： （ ） （ ） （ ） （ ）由公式 到 可得到： （ ） 5R 6R 3R RRR  32AB VRRR RRV .32 3  AtC VRRR RRV   32)(58 CBD VVRRV DE VR RRV 10 1110 AtCBE VRR RRRRRRVVRRRRV ).)(1())(1( 32 3101158101158  基于单片机的温度控制系统设计 16 图 中的 LM363 和电容 C11 起稳压作用，它使得 A 点的电压恒定在 5V，OP07 为 8 管脚的高精度运放，具有极低的输入失调电压和 失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定的特点，故采用它作为运放。 电阻的取值如下：由公式推导可知， =100 ；取 , ，。 Pt100 的阻值会随着温度的变化而改变。 PT 后的 100 即表示它在 0℃ 时阻值为 100 欧姆， 由 Pt100 得特性表可得：在 500℃ 时，其电阻为 ，根据上述推导公式可得。 该电路即可以克服直流桥电路具有非线性的缺点，又可以消除由于 Pt100 引线电阻变化时的影响。 取 =100 ，可保证 T=0℃ 时 =0V，选择不同的电阻值可使 在 0~5V 之间。 图 温度采集与放大电路 3R  KR 109  KRR 10065  KR 11KRKR 90, 118 3R  EVEV 基于单片机的温度控制系统设计 17 方案二：采用 DS18B20 数字温度传感器， DS18B20 产自 DALLAS 公司， DS18B20 主要特征： 178。 全数字温度转换及输出， 178。 先进的单总线数据通信， 178。 最高 12 位分辨率，精度可达177。 摄氏度， 178。 可选择寄生工作方式， 178。 检测温度范围为 55℃ ~125℃， 178。 内置 EEPROM，限温报警功能， 178。 64 位光刻 ROM， 178。 内置产品序列号， 可以连接多个传感器一起工作 ， 178。 多样封装模式，适应不同硬件系统。 图 为芯片封装图 图 18B20 封装图 DS18B20 芯片引脚功能： 178。 GND 电源地 178。 DQ 单数据总线 178。 VDD 电源电压 DS18B20 测温原理简述：以高精度温度振荡器来确定 计数周期 ，对低系数温度振荡器在该周期内计数累加来获得温度数值，计数器 初始值 预置为 55℃，门周期结束之前计数器处在零位置，则温度计数器数值变大，表示此时的温度比预置的初始温度 55℃大，此时计数器复位到斜坡累加电路决定的数值，斜坡累加电路 用来 补偿晶振抛物特性引起的误差，接着重复执行 该过程。 期望获得的分辨率较高，需要调整一度温度所对应的计数值，通过给定温度计数值和每一度温度对应数值可以知道传感器的分辨率，通常 DS18B20 传感器以 ℃作为分辨单位数值，可测温度范围为 55℃ ~125℃。 九位制中最高位为温度数值的符号位，被存放在最高位MSB 当中，如果最高位 MSB 中的数值为“ 1”则表示所测得的温度数值是负值，如果最高位 MSB 中的数值是“ 0”则表示测得的温度为正值。 图 为 DS18B20 内部功能模块框图 基于单片机的温度控制系统设计 18 图 18B20 内部结构框图 图 示为 设计的 测温电路。 图 测温电路设计图 单片机通过 口采集温度信号并控制 DS18B20 温度传感器的信号采集和传输频率，使之与 1602 液晶显示时序相匹配。 由于温度传感器没有内置电源，所以无法输出高电平，故 DQ 端需要通过一个上拉 10K 上拉电阻连接到电源，从而获得高电平。 比较方案一 和 方案二， 本设计常用于室内环境，温度要求精度不是很严格，环境温度 ，方案一整体造价太高，所以方案二更适合本设计。 温度控制系统电路设计 安全是电力设备操作控制中需要考虑的重要因素，很多用电设备都具有高电压、强电流的特点。 电路设计不合理，或人员操作不规范 很容易引发触电事故，以低电压作为控制电路来控制高电压，通常使用继电器、可控硅等来控制，获得良好电隔离。 基于单片机的温度控制系统设计 19 本设计中加热设备使用 220V 市电，对人体有威胁，用继电器。