智能恒温控制系统设计

1无锡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学生姓名：方久磊指导教师：路红娟职称：高级工程师2016年04月25日2目录摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3前言------------------------------------------------------------------------------------------------------41系统设计----------------------------------------------------------51.1系统框图-----------------------------------------------------51.2系统说明-----------------------------------------------------52单元电路设计------------------------------------------------------62.1方案论证-----------------------------------------------------62.1.1时钟模块-----------------------------------------------62.1.2存储模块-----------------------------------------------92.1.3输入模块----------------------------------------------112.2核心器件介绍------------------------------------------------132.2.1DS1302时钟芯片---------------------------------------132.2.2FM24C256存储模块-------------------------------------142.3单元电路设计-----------------------------------------------162.3.1单元模块电路------------------------------------------162.3.2单元模块原理说明--------------------------------------173软件设计---------------------------------------------------------173.1时钟模块---------------------------------------------------173.2FM24C256存储模块-------------------------------------------173.3输入模块---------------------------------------------------194总体电路设计-----------------------------------------------------204.1系统总电路-------------------------------------------------205小结-------------------------------------------------------------215.1设计的优缺点-----------------------------------------------215.2结语-------------------------------------------------------216参考文献---------------------------------------------------------22附录---------------------------------------------------------------23致谢--------------------------------------------------------------2343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行方案论证，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DS1302时钟模块FM24C256存储器4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，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。而在国内随着嵌入式系统开发技术的快速发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、价格低、可靠性高、适用范围大以及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发展，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内部恒定的温度值。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文叙述了使用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行比较，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。51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、存储模块、加热/制冷装置、驱动电路等组成。1.2.1系统各部分作用（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担显示数据参数的作用，用电压的高低控制光的通过量,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*4键盘输入，每个按键相当于一个开关，输入到单片机中，单片机进行数据处理，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6模块采用4*4阵势设计，共十六个按键。设计内容为数字键0~9、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存储芯片进行存储，当地址信息被发送后，主机和FM24C256之间的数据传送就会开始，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，如果主机答应，FM24C256将开始传送下一个连续字节。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行处理，完成对存储数据的读取，对检测到的数据进行处理，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行功率放大，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。1.2.2系统原理说明如图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输入模块设置的环境温度参数进行比较，根据比较结果，单片机发出相应的控制指令，通过驱动电路进行加热或者制冷。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2.1.1时钟模块方案一：由PCF8563芯片构成的时钟模块7图2PCF8563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内部有16个可寻址的8位并行寄存器，前两个寄存器用作控制寄存器和状态寄存器，02H～08H用于时钟计数器(秒到年计数器)，09H～0CH用于报警寄存器(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寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器的编码格式为BCD码，星期和星期报警寄存器不以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3DS1302芯片构成的时钟模块8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，命令字装入移位寄存器后，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+8（8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行通信，仅需用到三个口线：（1）RES复位（2）I/O数据线，（3）SCLK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4DS12C887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、锁存信号实现其内部数据的输入输出，控制内部的控制寄存器、读取内部的时间信息寄存器。DS12887的各种寄存器在其内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寄存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，主要是打开晶振、对控制寄存器A、B写入控制字以及对日历、时钟各寄存器写入初始值。除校时外，上电时不用再次初始化。第一次初始化时，应禁止操作DS12887内部更新周期，即先将寄存器B的SET位置“1”，然后初始化时标寄存器(00H～09H)和状态寄存器A，再通过读9寄存器C清除中断标志，读寄存器D将VRT位置“1”，最后将寄存器B的SET位清零，DS12887开始计时。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的专用寄存器写入时间信息，写入