学位论文-—基于温度控制控制系统.doc

陕西工业职业技术学院信息工程系

陕西工业职业技术学院

2012/2013学年第2学期

电子创新项目实训报告

.

电子创新制作项目实训
1、实训目的：
本实训是在《电工电子技术基础》、《电子创新制作》、《微控制器原理与应用》、《C语言程序设计》、《电子线路设计与仿真》等课程开设之后，学生具有一定的理论基础知识的条件下进行的。它也是电子信息专业学生必修的一门的实践性很强的课程，其目的主要是培养学生电子产品的设计、仿真、调试和修改的能力，同时，也锻炼学生思考问题解决问题的能力、语言沟通的能力、创新能力、动手能力等。
为以后的毕业设计和就业打下良好的基础。
通过本次课程设计：
（1）了解各种传感器的功能和工作原理
（2）了解各种传感器的应用电路
（3）掌握KEIIL C51、Protues、Protel等软件
（4）掌握独立按键和矩阵键盘的工作原理和硬件电路
（5）掌握LCD1602液晶显示器的基本原理和使用方法，并能显示字符，汉字，简单图形
（6）掌握温度传感器DS18B20的应用
（7）掌握软件的编写、调试方法
（8）系统调试和电路板的焊接
2、实训任务：
序号
时间
实训内容
方式
1
第一天
布置任务，查阅资料，传感器实验
讲练
2
第二天
传感器实验
讲练
3
第三天
传感器实验
讲练
4
第四天
项目分析，方案确定，最小系统仿真测试
讲练
5
第五天
任务1 LCD1602液晶显示器
讲练
6
第六天
任务2 键盘
讲练
7
第七天
任务3 DS18B20温度传感器
讲练
8
第八天
任务4 焊接电路
讲练
9
第九天
任务4 焊接电路
练习
10
第十天
任务5 软件设计
练习
11
第十一天
任务5 软件设计
辅导
12
第十二天
任务6 软硬件系统联调，报告文档
辅导
13
第十三天
任务6 软硬件系统联调，报告文档
辅导
14
第十四天
答辩
考核
15
第十五天
答辩
考核
模块一：
一．传感器传感器实验
任务1 热敏电阻演示实验
1、热敏电阻特性：
热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻（正温度系数）与NTC热敏电阻（负温度系数）。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用温度补偿或作温度测量。
一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测度。
2、实验目的：
了解NTC热敏电阻现象。
3、所需单元及部件：
加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、F/V表、主副电源。
4、实验步骤：
（1）了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色或棕色元件，封装在透明塑料盒内的加热器旁。
（2）将F/V表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置±2V档，按图38接线，开启主电源，调整RW1电位器，使F/V表指示为100mV左右，这为室温时的电压表输入值Vi。

图

任务2 气敏传感器（MQ3）实验
1、实验目的：
了解气敏传感器的原理与应用。
2、所需单元：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器（扩展模块）
3、旋钮的初始位置：
直流稳压电源±4V档、F/V表置2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主电源关闭。
4、实验步骤：
（1）仔细阅读后面附上的“使用说明”，差动放大器的输入端（+）、（-）与地短接，开启主电源，将差动放大器输出调零。
（2）关闭主电源 ，按图39接线。

图39

任务3 湿敏电阻（RH）实验
1、实验目的：
了解湿敏传感器的原理与应用
2、感测机理：
湿敏膜是高分子电解质，其电阻值的对数与相对湿度是近似线性关系。在电路用字母“RH”表示。
测量范围：10%-95% 工作精度：3%
阻值：几兆欧—几千欧 寿 命：一年以上
响应时间：汲湿，脱湿小于10秒 传感器尺寸：4×6×0.5mm3
工作温度：0℃-50℃ 电 源：AC：1KHz,2-3V或DC 2V
温度系数：0.5RH%/℃
3、所需单元及元件：
电压放大器、F/V表、电桥、RH湿敏电阻（扩展模块）、直流稳压电源。
4、旋钮的初始位置：
直流稳压电源置±2V档、F/V表置2V档。
5、实验步骤：
（1）观察湿敏电阻结构，它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形成的，按图40接线。
（2）取二种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。分别轻轻地与传感器接触，观察电压表数字变化，此时电压表的指示 变大 ，也就是RH 阻值变 大 ， 说明RH检测到了温度的变化，而且随着湿度的不同阻值变化也不一样。注意取湿材料不要太湿，有点潮就行了。否则会产生湿度饱和现象，延长脱湿时间。
（3）RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。这点请实验者注意。

图40

3.2 温度采集系统的设计与实现
1、功能要求
（1）基本功能
设计一个用MCS-51单片机控制的温度控制系统。
温度采集模块（温度传感器DS18B20）采集环境温度数据，送入主控制模块（AT89S51）进行处理，然后将处理后的温度信息送到显示报警模块。液晶显示屏同步显示温度设定值和当前测量值，可通过按键改变温度设定值，系统复位后默认设定温度值。如果温度低于或高于设定的范围时会有声光报警。
（2）扩展功能
1、设计开机欢迎界面
2、通过键盘可以设定最高报警温度值和最低报警温度值。当外界温度高于设定最高温度时，启动风扇降温；当外界温度低于指定最低温度时，将发出报警声，并点亮报警指示灯。
3、要求设计一个带温度显示的电子时钟。即系统可以实现温度的实时检测与显示，同时在液晶显示器上显示当前时间。
2、任务安排
任务1 LCD1602液晶显示器
在液晶显示器LCD1602上逐字移出显示两组字符串信息，如此循环
WELCOME
BANJI:
XINGMING:

任务2 键盘模块
1、独立按键识别
按键是一种广泛应用于各种电子设备的元件，比如我们最常用的电视机面板控制按钮，遥控器按钮。其实就是一个常开的开关，按下后面两个触点接触形成通路状态，松开时形成开路状态。
当有键按下，对应的LED灯亮，如K1—K8对应P1口的8个LED1—LED8，K1键按下LED1亮…….. K8键按下LED8亮.在确认有按键按下时，蜂鸣器会响一声。
2、矩阵键盘识别
将矩阵4*4键盘按下的键值显示在显示器上（可设计一个简单的计算器）
任务3 DS18b20数字温度传感器
DS18b20检测温度，用液晶显示实际温度值和符号，温度精确到小数点后1位。当检测到DS18b20不存在或有问题时，蜂鸣器将报警，显示器显示erroy。
1.1电路的总体方案设计
系统包括：主控制模块、温度采集模块、显示报警模块、参数输入模块等，系统框图如图1所示。
温度采集
模块

主
控
制
模
块
键盘输入
模块
显示报警
模块
电源模块

1.1.2器件选型
所选芯片： AT89S52、DS18B20、液晶:1602、晶振：12MHZ（CRYSTAL）、电容：30PF、电阻：10K、100欧、4、7K、电源：+5V
1.2.1 硬件电路整体设计
通过电路装配、调试可以发现问题、进行整改、再装配、再调试，反复进行，不断完善设计方案，直至达到或超过规定的技术指标要求。安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐个单元进行，使各功能单元都要达到各自披术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调试包括调整与测试两部分：调整主要是调节电路中可变元器件或更换元器件（部分电路的更改也是有的），使之达到性能的改善；测试是采用电子仪器测量电路相关节点的数据或波形，以便准确判断设计电路的性能；

1.2.2 模块电路设计和调试
1.拿到PCB裸板时，检查加工的怎么样，测量一下电源地有没有短路；
2.焊接电源芯片，遇上电源，把电源调通，检查电源是否正常工作；文波系统是否正常；
3.焊接好主控芯片，即最小系统，调试，RAM/ROM、让最小系统跑起来；
1.单片机最小系统的设计
最小系统的应用特点：
u 全部I/O口线均可供用户使用；
u 内部存储其容量有限（只有4KB地址空间）；
u 应用系统开发具有特殊性。
与单片机的连接如图所示：

2.温度传感器的设计
DS18B20的性能特点：
l 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值；
l 测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃；
l 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；

l 适配各种单片机或系统机；
l 用户可分别设定各路温度的上、下限；
l 内含寄生电源。
与单片机的连接如图所示：

3.显示电路的设计
液晶显示器是一种将液晶显示器件，连接器件，集成电路，PCB线路板，背光源，结构器件装配在一起的组件。这路通常采用的16个字的1602液晶模块。
1602采用标准的14脚接口，其中：
第1脚：VSS为地 第2脚：VDD接电源
第3脚：VEE为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接低电源时对比度最高，使用时通常通过一个10K的互动变阻器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择 第5脚：RW为读写信号线
第6脚：E为使能端 第7脚：D0～D7为8位双向数据线
第15～16脚：空脚

模块二：
2.1 软件总体设计

2.3 软件的调试与仿
(1)通电前检查 电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确、元器件是否接错，有否短路或断路现象等。确信无误后，方可通电。 (2)通电检查 在电路与电源连线检查无误后，方可接通电源。电源接通后，不要急于测量数据和观察结果，而要先检查有无异常，包括有无打火冒烟，是否闻到异常气味，用手摸元器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如发现异常，应立即关断电源，等排除故障后方可重新通电。然后测量电路总电源电压及各元器件引脚的电压，以保证各元器件正常工作。 (3)分块调试 分块调试是把电路按功能不同分成不同部分，把每个部分看作一个模块进行调试；在分块调试过程中逐渐扩大范围，最后实现整机调试；
3.2 软与仿真硬件电路的调试

3.3 调试的结果和现象

4.1实际电路焊接
手工焊接的要点：
1.掌握好焊接的时间；
2.保持合适的温度；
3.用烙铁头对焊点施力是有害的；
4.清洁焊点焊接表面；
5.进行预焊；
6.焊剂使用要适量；
7.保持烙铁头清洁；
8.烙铁头要保留少量的焊锡；
9.焊锡量要合适；
10焊件要牢固。
4.2软硬件联调
整机联调就是检测整机动态指标，把各种测量仪器及系统本身显示部分提供的信息与设计指标逐一对比，找出问题，然后进一步修改、调整电路的参数，直至完全符合设计要求为止。在有微机系统的电路中，先进行硬件和软件调试，最后通过软件、硬件联调实现目的。调试中，若存在电路故障要进行排除；

第五章 总结和参考文献
5.1 总结
经过为期三周的电子创新实训，我们认识了实验箱、了解了它的一些作用和功能；实验相对于我们来说是个新的事物、新的的挑战、是个拓展我们新知识的好机会。
首先呢？我们在实验箱上做了传感器的实验，了解了热敏电阻的温度系数有正有负，分成两类：PTC热敏电阻（正温度系数）与NTC热敏电阻（负温度系数）。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；我们还做得气敏电阻、湿敏电阻等等实验、通过做这些实验让我们更加了解实验箱的作用与功能；完成了试验箱的实验，我们开始进行温度采集系统的设计，首先在电脑进行了仿真，仿真成功后就开始了实际的焊接，在焊接中我们出现了这样那样的一些小问题、但我们都改进了、实际的焊接和我们仿真的并不完全一质，最小系统和DS18B20都没什么大的问题，主要问题在于1602，实际中的1602并不像我们仿真的那样，他有16个引脚，15、16引脚显示的A、K，分别接+5v和地、不能不接；在此谢谢老师。
5.2参考文献和相关网站
【1】王松武.电子创新设计与实践. 北京：国防工业出版社，2010
【2】王松武.常用电路模块分析与设计指导.北京：清华大学出版社，2007
【3】朱黎.电子创新制作任务书，2013
附录：程序代码：

- 3 -
#include<reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

uchar i;
sbit lcdrs=P2^0;
sbit lcdrw=P2^1;
sbit lcden=P2^2;

uchar code t0[]="The temperature ";
uchar code t1[]=" is ";
uchar code wendu[]="0123456789";
sbit DQ = P3^4;
void delay(uchar z)
{
uchar x,y;
for(x=1000;x>1;x--)
for(y=z;y>1;y--);
}
void write_com(uchar com)
{
lcdrs=0;
P0=com;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
void write_date(uchar date)
{
lcdrs=1;
P0=date;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
void init_lcd()
{
lcden=0;
lcdrw=0;

write_com(0x38);
write_com(0x01);

write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x80);
for(i=0;i<16;i++)
{
write_date(t0[i]);
delay(0);
}
write_com(0x80+0x40);
for(i=0;i<16;i++)
{
write_date(t1[i]);
delay(0);
}
}
void tmpDelay(int num)
{
while(num--) ;
}
void Init_DS18B20()
{
unsigned char x=0;
DQ = 1;
tmpDelay(8);
DQ = 0;
tmpDelay(80);
DQ = 1;
tmpDelay(14);
x=DQ;
tmpDelay(20);
}
unsigned char ReadOneChar()
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;

for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0;
dat>>=1;
DQ = 1;
if(DQ)
dat|=0x80;
tmpDelay(4);
}
return(dat);
}
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
tmpDelay(5);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
}
unsigned int Readtemp()
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);
WriteOneChar(0x44);

Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);
WriteOneChar(0xBE);

a=ReadOneChar();
b=ReadOneChar();
t=b;
t<<=8;

t=t|a;
tt=t*0.0625;
t= tt*10+0.5;
return(t);
}
void display()
{
unsigned int num;
unsigned int shi,ge,xiaoshu;
num=Readtemp();
shi=num/100;
ge=num/10%10;
xiaoshu=num%10;
write_com(0x80+0x40+5);
write_date(wendu[shi]);
write_com(0x80+0x40+6);
write_date(wendu[ge]);
write_com(0x80+0x40+7);
write_date(0x2e);
write_com(0x80+0x40+8);11
write_date(wendu[xiaoshu]);
}
void main()
{
init_lcd();
while(1)
{
display();
delay(10);
}
}