家用供暖温度控制系统设计【任务书+仿真+论文】.rar

本科毕业设计（论文）题 目:题 目:家用供暖温度控制系统设计 学 院:学 院:智能制造学院 专 业:专 业:机械电子工程（校企）班 级:班 级:机械电子 202B 学 生:学 生:王涛 学 号:学 号:202025016516 指导教师:指导教师:于效顺 职称：职称：指导教师:指导教师:职称：职称：为保持统一，当本行无内容时，请点击删除提示文本，但不要删除该横线，不用此信息时，删除此框。学院、班级等名称，请使用规范的全称，请勿使用简称等。不用此信息时，删除此框。第一行填写学校指导老师。第二行填写企业指导老师，企业导师注意职称问题，不能写经理、部长等职务，要写中级/高级工程师等职称。班级名称格式如下：2018 级 5 班2020 级 2 班（专升本）潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)I摘摘 要要随着计算机技术在各行各业的广泛应用，单片机的应用正在不断拓展，对传统环境检测调控技术的发展也有了明显的推动作用。随着人们生活水平的提高，现代社会中的温度控制不仅广泛应用于工厂生产，还涵盖了酒店、厂房和家庭生活等，对温度的精准控制显得越来越重要，因为即使微小的温度波动也可能对环境质量产生严重影响。本文详细介绍了一项基于 STC89C52 单片机的家用供暖温度控制系统。采用先进的 DS18B20 数字温度传感器实时监测室内环境温度，单片机作为控制核心，配合四位数码管显示当前温度。软件部分使用 C 语言编写程序，通过 Proteus 软件进行原理图绘制、仿真和硬件系统设计。该系统支持灵活设置警戒温度，当环境温度未达到设定值时系统将自动报警并增加供暖阀门开度，反之则减小开度以保持温度稳定。关键词：关键词：STC89C52 单片机；数字控制；Proteus；DS18B20;潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)IIAbstractWith the wide application of computer technology in all walks of life,the application of single-chip computer is expanding,and it has a significant role in promoting the development of traditional environmental detection and control technology.With the improvement of peoples living standards,temperature control in modern society is not only widely used in factory production,but also covers hotels,factories,and family life.The accurate control of temperature is becoming more and more important because even small temperature fluctuations may have a serious impact on environmental quality.This article provides a detailed introduction to an temperature control for household heating based on the STC89C52 microcontroller.We use advanced DS18B20 digital temperature sensors to monitor indoor environmental temperature in real-time,with a microcontroller as the control core and a four digit digital tube to display the current temperature,constructing an efficient digital thermometer.The software part uses C language to write programs,and uses Proteus software for schematic drawing,simulation,and hardware system design.The system supports flexible setting of warning temperature.When the ambient temperature does not reach the set value,the system will automatically alarm and increase the opening of the heating valve.Otherwise,the opening will be reduced to maintain a stable temperature.Keywords:STC89C52 microcontroller;Digital control;Proteus;DS18B20潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)III目目 录录摘 要.IAbstract.II1 绪论.-1-1.1 研究背景.-1-1.2 研究意义.-2-1.3 研究内容.-2-2 系统总体方案设计.-4-2.1 设计务任和要求.-4-2.2 方案辩证.-4-2.2.1 单片机芯片的选取.-4-2.2.2 温度传感器的选取.-5-2.2.3 电源模块的选取.-6-2.2.4 显示模块的选择.-6-2.3 设计方案的总体设计框图.-6-3 系统硬件设计.-7-3.1 单片机最小系统设计.-7-3.1.1 复位电路.-9-3.1.2 外部晶振电路.-9-3.2 显示电路.-10-3.3 按键温度调节电路.-11-3.4 蜂鸣器报警电路.-11-3.5 DS18B20 温度控制原理.-12-3.6 升温控制电路.-12-3.7 整体模块电路.-13-4 系统软件设计.-16-4.1 主程序.-16-4.2 读出温度子程序.-17-潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)IV4.3 计算温度子程序.-18-4.4 显示子程序.-19-4.5 按键设置子程序设计.-19-5 系统仿真.-20-5.1 系统调试步骤.-21-5.2 仿真调试.-22-5.3 仿真调试结果.-23-6 总 结.-26-参考文献.-27-致 谢.-29-文献需增加两篇外文文献文献需增加两篇外文文献潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-1-1 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景在各个领域中，温度都是一个至关重要的概念，无论是在日常生活、工业制造还是航空航天领域，温度都扮演着不可或缺的角色。设计温度控制系统时，必须认识到温度的不稳定性，因为它容易受到外部因素的干扰。因此，采用更先进的理论和控制技术来提升温度控制系统的稳定性和减少波动是至关重要的。温度的变化是极为普遍的现象。在过去，温度的测量方法十分简单，只能通过传统的温度计来获得数据，并且需要人工进行读数和处理。由于温度一直在不断变化，这就要求工人必须持续不断地监测温度，增加了人力和物力成本。如果环境温度快速波动，导致温度迅速变化，而监测速度跟不上，就会影响检测结果。这种方式存在一些不可忽视的问题，因为依赖人工测量，读数过程中可能出现误差，导致在温度控制方面缺乏精确性。因此，迫切需要寻找更有效的方式，以减少劳动强度和资源浪费。此处内容很不合理,国内水平不会还处于上世纪 80 年代水平。此处内容很不合理,国内水平不会还处于上世纪 80 年代水平。目前，温度控制系统在国内各行各业的应用已经非常普遍。然而，就国内生产的温度控制器而言，总体发展水平仍有待提高，与日本、美国、德国等先进国家相比，存在较大差距。我国在这一领域的技术水平仍停留在 20 世纪 80 年代中后期水平。成熟产品通常采用传统的“点位”控制和标准的 PID 控制器作为主要手段。这种控制方式适用于一般的温度系统，但在处理滞后复杂时变的温度系统时表现较为困难。国内技术在适应高级控制场景的智能化和自适应控制仪表方面仍有待提升，导致可商品化并广泛应用的控制仪表数量较少。随着嵌入式系统开发技术的飞速发展和其在各个行业领域之中被广泛的应用，人们对电子产品的小型化与智能化的需求日益增长。单片机作为一项高新技术，凭借其小巧、价格低廉1、高可靠性、广泛适用性以及强大的指令系统等优势，已经在各行各业得到广泛应用。随着科技不断进步，温度控制已广泛应用于家庭电器、工厂设施、酒店和住宅环境等领域。尽管在家庭和商业场所中也有使用，但工业生产领域仍是其主要应用领域。由于温度常常波动不断，这可能导致意外事件在生活中发生。因此，需要一种设备来监测温度变化并记录、显示相关数据以及提供警报功能。当温度潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-2-超出设定范围时，系统将发出警报以提示并及时进行调整。考虑到这种装置需要在多个地方进行安装，并且不宜占用太多空间，因此其体积大小也成为一个重要考量因素。在各类传感器中，温度传感器一直占据着至高无上的地位，因为温度测量在各个领域中都是无处不在的。随着科技的不断进步和生产需求的增长，各种各样的温度传感器层出不穷，以满足人们对于生产和生活的不断追求。大提高产品的质量和数量。1.2 研究意义研究意义 温度管理在各行各业中发挥着重要作用，比如在温室、游泳池、发酵罐、电子设备等地方都需要准确控制温度。过去，这些地方的温度控制大多依赖人工操作，缺乏足够的重视，但实际上在许多情况下，监控温度是必不可少的，以防止意外事件的发生。传统的温度控制方法靠人工检测和经验性调整，操作繁琐且效率低下。为了提升用户体验和便利性，迫切的需要开发一种智能化、便捷的温度控制系统。为了解决这一难题，需要打造一种具备高度精准连续调节温度能力的温度监测和控制系统，实现对温度的即时监测和操作提醒。这一设计以温度测试控制系统为核心，以温度作为控制对象2。其独特之处在于其广泛的应用性、强大的功能性、小巧玲珑的外观以及便携性。这款控制系统不仅实用，而且价格亲民。在此设计方案中，微控制器（MCU）的任务是协同辅助进行控制算法和数据采集等工作，规划的实施过程本身也是一个信息搜集的过程，通过这个过程，我们不仅深入了解了单片机系统的设计流程，增强了电路生产的实际技能和故障排查能力，为未来的学术和职业发展奠定了坚实基础。对于提高温度控制在日常生活中的重要性的认识，有效管理家居环境温度能显著提高居住舒适度，降低资源消耗和成本，提升生活品质。1.3 研究内容研究内容本课题开发了一套针对家庭供暖的智能温度调控系统，通过单片机控制温度波动，及时监测室内温度，做出相应调整，以维持一个稳定舒适的环境温度。设计家庭供暖温度控制系统的步骤如下：潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-3-1、制定家用供暖温度控制系统的软件结构，并绘制相应的软件布局图；2、使用 C 语言撰写程序代码；3、借助 Proteus 软件，模拟家庭供暖温度控制系统的运作，包括绘制流程图和各个模块，以及模拟实际流量和进行电路仿真。主要内容包括：（1）熟悉 51 单片机的综合开发平台，编写技术文档时采用 c 语言；（2）评估所选单片机的内部构造和资源利用能力，以及基本的计算机和设备检测技术；（3）搭建了基于单片机的微型系统，并进行了硬件电路设计；（4）探讨家庭供暖温控系统的原理与实现方法。在第一章加一节国内外研究现状，类似下图这样：在第一章加一节国内外研究现状，类似下图这样：潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-4-2 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1 设计务任和要求设计务任和要求为了实现本文所提的家庭供暖温度控制系统，需要满足如下的设计任务与要求：1、基本范围 0105；2、精度误差小于 0.5；3、数码管显示数据；4、可以任意设置温度报警功能的上下限；2.2 方案设计方案设计2.2.1 单片机芯片的选取单片机芯片的选取方案 1：采用可编程逻辑元件（CPLD）作为控制器，通常情况下 CPLD 作为大规模且逻辑运算复杂控制系统的核心使用能够高速处理各种数据，该控制器具有：（1）IO 资源丰富；（2）规模大；（3）稳定性高；（4）密度高；（5）易于扩展；（6）体积小等特点；方案 2：控制器选用 STC89C52 单片机，对家用供暖温度进行数据检测，单片机的特点主要有以下几个：（1）控制功能强大、简单、方便、快捷；（2）I/O 接口口均可按位寻址；（3）程序空间多达 8K；（4）价格低等等。可编程逻辑元件的价格昂贵，一般用于企业级单位，因此从使用和经济角度潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-5-来考虑，本次设计采用方案 2 的 STC89C52 单片机。2.2.2 温度传感器的选取温度传感器的选取方案 1：数字温度传感器 DS18B20 是一种被广泛使用于各个领域的数字温湿度传感器，和其他传感器相比具有非常多的优势，主要体现在以下几个方面：1.供电方式：承受的电压范围：3.05.5V；主要是通过数据线连接电源进行供电，2.通信方式：DS18B20 是一种单线路传感器，只有一个与微控制器连接的接口，只需一条总线就能完成双向通信；3.测温特性：DS18B20 可以单独测量环境中的温度，也可以将多个 DS18B20连接起来去更精准的测量环境温度数值的变化；4.DS18B20 内部自带 A/D 转换电路可以直接将检测到的温度转换成为控制器处理的数字信号；5.测温范围：55+125，能够精确到0.5；6.可实现高精度测温，最高精确到 12 位 0.0625；7.极强的抗干扰纠错能力；8.负压特性：当正极和负极接错时，芯片的温度会升高导致不能正常的进行工作但不会损坏。方案 2：热电阻温度传感器的内电阻会随着温度的变化而发生相应的变化，与被测物体接触后其内部半导体电阻值发生改变并产生一个电压3，电压也会随着电阻值改变而发生变化，由于其内部不能直接将检测到的数值转换微控制器处理的数值信号，因此需要外接 AD，同时热电阻传感器的响应速度较慢，如遇到温度变化较大的情况下不宜使用。通过两个温度传感器的对比，本次设计选用性能强大的 DS18B20 温湿度传感器。2.2.3 电源模块的选取电源模块的选取方案 1：采用 3 节 1.5V 电池串联组成 4.5V 电源进行供电，由于本设计中需要大约 5V 左右的电源供电即可，因此采用这一方案安全、稳定、可靠，可以使潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-6-用。方案 2：采用电源适配器和 5V 蓄电池作为系统的进行供电，这种方案携能使系统断电的情况下还可以继续工作，电路简单，不会因为电池没电而停止工作，适合本次设计。但是由于方案 1 需要长期更换电池，导致额外的成本增加。所以在设计中，为了方便，减小更换成本。为此，最终选择方案 2。2.2.4 显示模块的选择显示模块的选择方案 1：选用数码管作为显示器，价格比较便宜，但是不能将所要显示的内容全部显示出。方案 2：选用 LCD 液晶显示，虽然价格比数码管贵，但是显示的内容较多故符合设计要求，而且直观、应用性强、编程简单方便。由于显示的内容较少，只需要直观的显示温度的数值，所以采用数码管显示即可达到设计要求，对此显示模块选择方案 1。2.3 设计方案的总体设计框图设计方案的总体设计框图控制系统设计总体设计方框图如图 2-1 所示，控制器采用单片机STC89C52RC，温度传感器采用 DS18B20，用数码管实现温度显示。图 2-1 总体设计方框图 晶振控制 数码管显示报警指示、控温 复位电路报警温度调整键温度检测电路 单 片 机 STC89C52RC潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-7-3 系统硬件设计系统硬件设计3.1 单片机最小系统设计单片机最小系统设计利用先进的技术，单片机被设计成一个小型芯片，其内部集成了处理、存储、输入和输出信号等功能，从而形成一个结构紧凑而完整性较高的的计算机硬件系统，以便在程序员能够快速高效地完成与任务相关的程序。因此，现代生产的计算机主要控制系统也是由单片机构成，因此单片机具有现代计算机所有功能。本次研究侧重于深入探讨 8 位 STC89C52 单片机，目前，这种单片机被广泛的应用于各个行业领域之中，易于上手。其拥有出色的处理速度、极低的能耗、卓越的抗干扰能力和稳定强大的性能，另外，它还可以自动存储程序，并且内部集成了一个拥有约 8000 个数据的数据技术库，为解决众多控制应用方案提供支持。这款单片机性价比极高，稳定性极佳，几乎不易出现故障，在指令码、操作速度和信号处理速度方面，相较于传统单片机，其性能提升 8 至 12 倍，因此，该单片机大多用于工业嵌入式系统。本次设计采用 stc89c52，其引脚如下图 3-1所示。图 3-1 单片机引脚图STC89C52RC 的性能主要参数：1.STC89C52 单片机，具备与传统的 8051 单片机相兼容的指令代码。2.RAM 容量约为 512 字节。3.具备 6 个中断源、5 个中断矢量、2 级优先级的中断管理结构。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-8-4.程序存储器容量约 8KB，写入擦除可达 10000 次周期。5.通用 I/O 连接（32 个）：设计时 P1/P2/P3 无需添加上拉或下拉电阻；P0 口内无上拉电阻，需在外部添加上拉电阻。6.具备 32 个 K 编制的 I/O 口。7.集成 3 个 16 位定时器/计数器，分别是定时器 T0、T1、T2。8.支持 ISP（在线编程）/IAP（在应用中可编程）：可通过串行连接快速轻松下载程序，无需特殊下载工具。9.配备一个全双工 UART 串行通道。10.支持掉电模式和低功耗待机功能。单片机引脚功能：1、P0 连接口（P0.0P0.7）：P0 连接器（P0.0-P0.7，39-32 管脚）：P0连接器是一种 8 位双向 I/O 连接器，具有泄漏开路输入特性。作为输出端口，每个引脚可以控制八个 TTL 负载。另外，P0 端口为外部程序和数据储存的调用提供了可重用的 8 位地址和 8 位总线数据总线。2、P1 连接口（P1.0P1.7）；P1 连接接口（P1.0-P1.7，8-1 管脚）：P1端口为 8 位双向 I/O 连接器，具备大量高阻值器件。P1 的输出缓冲区控制着四个逻辑 TTL 门。3.P2 连接口(P2.0P2.7)：P2 连接口也是一个 8 位双向 I/O 连接器，芯片里面含有专用的上拉电阻。当对程序进行存储存储器（ROM）或 16 位外接数据储存器进行读写寻问时，P2 连接口发送高 8 位地址。P2 的输出缓冲区控制四个逻辑 TTL 门。P3 连接口（P3.0P3.7）：P3 连接口，和 P1、P2 也差不多，8 位双方向的 I/0 端口，内部有上拉电阻。P3 的输出缓冲区控制四个逻辑 TTL 门4。RST：该管脚是接复位电路的。PSEN：来自外部程序存储器的可选通信信号。EAVPP：如果 EA 保持低电平的话，不管内部程序存储器的有无关系，这期间会发生外部故事（0000 HFFFFH）5。Vcc：正 5v 电源。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-9-XTALI：单芯片系统时钟的反向放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反向放大器输出端。3.1.1 复位电路复位电路复位电路在整个系统中主要起到将上次运行并存储在系统中的数据进行删除的作用，使得系统所有数据回到初始设定状态，同时保证系统内存一直处于充足状态，除此之外，如果系统正处于工作状态时，可能会受到环境中一些小的中断信号干扰，这时会导致程序跳过正在执行的指令，去执行下一个指令，由于程序运行错误，使系统状态出现混乱，这时候按下复位按钮，就可以将控制系统重新启动。复位电路通常是将电容、按键、电阻这 3 个元器件与单片机上的 RST引脚连接构成6，这样的方式使得系统重启比较方便，常规的复位方法包括上电自动复位和手动复位。在本次设计中使用上电自动复位和手动复位相结合的方式来重新启动系统，其中正常操作期间 RST 引脚电平为“0”，当按下复位按钮时，RST 引脚上的电平为“1”，至少在两个机器周期内电平一直为“1”7，在这段时间内系统会进行重新启动操作。具体实现如图 3-2 所示。图 3-2 复位电路3.1.2 外部晶振电路外部晶振电路在每一个以单片机为基础的系统中都存在晶体振荡器电路，这是单片机系统中不可或缺的一个组成，在单片机系统中，晶体振荡器是非常重要的组成。当与系统中特殊的电路结合使用时会使得晶体振荡器电路具有时钟的功能形成一个频率，其精度非常的高，不同性能的单片机其工作效率与时钟频率成正比例关系。可以使用电压调节器（VCO）来调整频率范围，从而达到调整晶体振动的频率，潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-10-也即是改变流过 VCO 电压来实现，外部晶体振荡器电路由 11.0592MHZ 的晶体振荡器 Y1 和两个 30pf 电容器 C2、C3 设计而成，每一个指令在系统中的作用都不一样，需要执行非常的多的指令数量才能保证系统稳定运行，因此，晶振电路所产生的时间频率能够让所有指令按照频率有序地执行。时钟电路被形象地称为控制单元的“命脉”，它在整个系统中起着不可忽视的作用。本系统选用 STC89C52 单片机处理器，该处理器内置没有时钟振荡电路，因此在这一系统中必须外接时钟振荡电路硬件电路。晶振电路图，如图 3-3 所示。图 3-3 晶振电路3.2 显示电路显示电路 采用数码管显示，具体的连接方式如图 3-4 所示。此处扩成一段话此处扩成一段话图 3-4 数码管显示电路潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-11-3.3 按键温度调节电路按键温度调节电路在设计按键电路的过程中，使用了 3 个独立的键，独立按钮的主要优势是单线输入输出，每条单线它们之间互不影响，在工作过程中，所有的按钮都是一个独立的个体，当系统启动时，相应的微型控制器端口保持高电平，当按钮被按下时，独立按钮的两端连接起来，然后接地，相应的微调控制器连接端口的电平用接地线拉下来，这使微动控制器连接到按钮动作。本系统一共设置了三个按键，第一个按键为设置键，主要功能是选择下限设置或者上限设置或者退出；第二个以及第三个键主要是起到加或者减的作用，具体电路如图 3-5 所示。图 3-5 按键设置电路3.4 蜂鸣器报警电路蜂鸣器报警电路报警系统由蜂鸣器和周边电路组成，接通电源后静默无声，只有在温度检测信号输入不在上限和下限范围内时才会触发警报声。具体的接线图如下所示，利用三极管、电阻和扬声器构建了一个简易的放大电路来激活报警器，当输出信号为 1 时，扬声器即会响起。当检测到温度数值不在设定值范围内时，蜂鸣器会发出滴滴的报警声，并且指示灯闪烁，具体的电路如图 3-6 所示8。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-12-图 3-6 报警电路3.5 DS18B20 温度控制原理温度控制原理DS18B20 作为本次设计的核心，具体的接线电路比较简单，VCC 连接 5v 电源，GND 接地，具体电路如图 3-7 所示。图 3-7 温度控制电路3.6 升温控制电路升温控制电路本设计采用的是型号为 SRD-05VDC-SL-C 的继电器，通常应用于自动控制电路中，起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，当温度传感器检测到环境中温度低设定值时，系统控制继电器闭合，供暖阀门打开9，具体电路如图 3-8所示。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-13-图 3-8 加温电路3.7 整体模块电路整体模块电路在整个设计过程中，将所有硬件元件整合在一起，形成完整的硬件布局图，接着，在 Protues 软件中进行绘制并进行全面调试，以确保系统的稳定性，硬件设计完成后，按照控制要求编写与之匹配的程序，并加载到系统中，最终在Protues 完成整个系统的调试工作。图 3-9 是本次设计的整体模块示意图 3-9。图 3-9 总体电路潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-14-4 系统软件设计系统软件设计无论设计哪种类型的仪器，都需要对仪器中的硬件进行设计，在设计完成后如果想要将仪器的各种功能全部实现还需要完成与之相匹配的软件设计。在设计过程中，软件设计是非常重要的一个设计过程，其工作量比较大，约占整个设计过程的 75%，而硬件设计仅占 25%。如今，随着电子电路技术的发展速度超越了以前，采用集成方式制造出的电路越来越普遍，这种方式的电路中集成了许多硬件，造成现在的硬件设计工作量只有 10%左右，进一步缩短了仪器设计时间。软件设计在整个系统中扮演着至关重要的角色，只有通过精心设计的软件程序，系统才能够有效执行指令，实现硬件系统的关键功能，在这个软件系统的设计中，主要选择了 C 语言作为编程语言。C 语言的主要优势包括以下几点：（1）简明扼要，灵活便捷，让编程变得轻松自在。（2）结合了高级语言与低级语言各自的特点。（3）拥有多样的运算符，可以轻松完成复杂的计算任务。（4）支持多种数据类型，提升程序的执行效率。（5）表达方式灵活多样，让编程更加实用。现阶段，使用的比较普遍的程序编写软件是 USA 公司研发出来的KeiluVision 系列，该程序编写软件开发环境属于集成模块化方式，可以在软件上完成代码的编写，程序的编译，直接加载到仿真软件中进行调试。KEIL4 程序编写软件的功能模块非常丰富，需要进行多个步骤才能完成程序的创建和执行，首先，要创建多个源文件，接着将它们添加到工程文件中；然后，需要编写代码，进行链接和编译，最终生成扩展名为 hex的可执行文件10；接着，将该文件下载到单片机处理器并执行所开发的程序；在程序开发的过程中，需要对硬件电路设计的各个模块的功能进行详细划分，将所编写的逻辑功能组织成一个完整的功能，通过相互调整不同功能之间的关系来完成程序的开发。本次设计的家用供暖温度控制系统的软件部分主要由以下几个程序组成：（1）主控制程序；潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-15-（2）各种初始化系统的子程序；（3）计时器中断子程序；（4）模拟数字转换器子程序；（5）数字管显示子程序；（6）按钮检测子程序；（7）警报等子程序；在该设计方案中，以流程图的形式对整个程序的执行流程和逻辑进行了清晰的梳理和显示，在对设计的系统功能进行深入分析和实验后，成功制定了主程序的流程图。4.1 主程序主程序主程序的主要任务在于实时监测并显示温度，获取和处理 DS18B20 测量到的当前温度数值，每隔 1 秒进行一次温度测量11，并根据需要进行相应控制。程序执行流程请参考下图 4-1。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-16-图 4-1 主程序流程图 4.2 读出温度子程序读出温度子程序温度子程序的关键功能在于从 RAM 中读取 9 个字节的数据，并在读取过程中进行 CRC 校验，如果校验失败，将不会对温度数据进行修改。该子程序的流程如下图 4-2 所示。开始系统初始化数码管、DS18B20设置键是否按下调用设置参数函数结束从 DS18B20 中读出当前温度数据把温度数据转化成字符格式调数码管显示函数，把温度显示在屏幕上报警值与当前值比较，不在设定值内蜂鸣器发出报警声，同时驱动相应的继电器动作报警值与当前值比较，在设定值内取消报警潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-17-图 4-2 温度转换流程图4.3 计算温度子程序计算温度子程序 度计算程序将 RAM 中提取的数值进行 BCD 码的转换计算，同时判断温度Y发 DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC 校验9 字节完?CR 校验正?确?移入温度暂存器结束NNY潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-18-值的正负情况12。具体的操作流程可参考下方所示的程序流程图 4-3。图 4-3 计算温度流程图4.4 显示子程序显示子程序DS18B20 将读取到的数据存储在系统寄存器中，通过判断需要显示的位数，超过百位不进行显示。具体的操作流程可参考下方所示的程序流程图 4-4。开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度 BCD 值 计算整数位温度 BCD 值 结束置“+”标志NY潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-19-图 4-4 显示数据刷新流程图4.5 按键设置子程序设计按键设置子程序设计当按下设置键时，执行模式转换操作。每次按下键都会切换到下一个模式，依次为：温度上限值设置状态、温度下限设置状态，在每个状态下，按下加键将增加相应模式的设置值13；按下减键将减少相应模式的设置值，完成所有设置后，再次按下设置键可返回正常状态。具体的操作流程可参考下方所示的程序流程图 4-5。温度数据移入显示寄存器十位数 0？百位数 0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-20-开始否否结束“设置”键是否按下“加”键是否按下“减”键是否按下“模式”切换增加报警值参数的值减小报警值参数的值图 4-5 按键设置子程序设计潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-21-5 系统仿真系统仿真Proteus 本身已经具备仿真功能，但只有在连接外部电路后，其仿真效果才能得到提升。此外，它还可以重新布置原理图并在其上运行程序。因此，在进行系统仿真和效果查看之前，需要先绘制该系统的原理图。然而，需要注意的是，仿真软件并非完美无缺，也存在其局限性。Proteus 软件具有以下几个特点：（1）具有电路仿真功能。（2）具有多种形式的调试功能。（3）具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表14。（4）第三方的软件编译和调试。（5）可以进行原理图到 PCB 板设计。5.1 系统调试步骤系统调试步骤a）首先，打开 Keil Uvision 软件，开始编写家用供暖温度控制设计方案，在设计之前，先制定相应的流程图，为后续编写 C 语言源程序做好准备。b）接着，打开 Proteus 软件，绘制系统总体运行电路图。经过仔细检查和观察连接电路，确保电路设计的准确性，随后，将程序加载到仿真文件中。c）最后，加载完成后，点击启动按钮进行模拟，并观察系统是否按照预期原理正常运行，确保系统的稳定性和可靠性。本次供暖温系统设计采用了 Keil4 软件，Keil4 软件是一款功能强大的编程工具，为设计工作提供了有力支持，设计师们对其功能和界面进行了全面优化和改进，使用 Keil4 软件进行系统方面表现出色，通过 Keil4，能够高效地进行单步调试和模拟，可以显著缩短设计时间，从而能够更快地推出产品。首先，进行逐步调试和模拟，确保程序无误；然后，进行整体调试，确保程序设计完善；最后，最后将文件转换为 hex 格式。具体的调试操作可参考图 5-1。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-22-图 5-1 软件调试图5.2 仿真调试仿真调试在单片机设计领域，常常会采用 Proteus 软件进行系统模拟。在开始仿真之前，必须根据绘制的原理图找到所需的元件，并重新调整它们的布局，然后用线条进行连接。随后，将编写好的程序加载到单片机元件内，点击运行按钮启动系统。尽管这款软件的仿真效果相当出色，但并非所有元件都能在其中找到，这是其存在的一个缺陷。利用 Protues 软件绘制出单片机的控制电路图，然后通过 KEIL 编译生成的hex 文件进行功能检查和代码修改15，同时也可以通过软件联调的方式将 Protues和 KEIL 连接起来。这种软件联调方法有助于验证程序的基本功能，调试界面的示例如图 5-2 展潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-23-图 5-2 仿真电路5.3 仿真调试结果仿真调试结果通过模拟调试，本文主要采用 DS18B20 传感器来进行温度测量，实现了上下限报警功能，当温度低于下限时，系统会触发警报并启动继电器增加供暖阀的开度。当温度超过上限时，系统将触发报警并启动继电器减小供暖阀的开度。将系统下限已设定为 36 摄氏度，上限为 39 摄氏度，仿真结果如图 5-3 所示。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-24-（a）低于下限的情况(b)在上下限正常范围内的情况(c)高于上限的情况图 5-3 仿真结果潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-25-6 总 结本文详细介绍了家用供暖温度控制系统的设计流程，设计过程主要包括硬件和软件两个方面，经过精心设计后进行软硬件调试，最终成功实施了整个设计方案，该设计方案采用了单片机作为主控制器，完成了相关电路的设计和程序编写的工作，然后进行了系统的调试，最终经过系统调试验证，该系统操作简单便捷，完美满足了控制需求，非常适合在家用供暖领域中进行应用。通过这次毕业课题设计，让我获益匪浅，从最初接手这个课题开始，我一直紧张不已，尽管之前学过单片机，也参与过相关课程设计，但缺乏实际的开发经验让我心生畏惧，担心无法完成导师布置的任务，于是，我花费大量时间和心血从单片机的选择、器件的选型开始，经历了一番艰辛，在确定了适当的控制方案后，我开始学习 PROTUES 的使用，并在元件库中寻找必要的元件，绘制电路图，并进行程序的开发和编写。最终，我采用 KEIL 软件开发了 51 单片机的程序，将其下载到仿真软件中进行调试，最终成功完成了这次设计任务。在工程开发和设计过程中，经常会遭遇一系列挑战，例如，可能会出现无法驱动继电器或数码管无法显示等一系列问题，然而，通过一系列严谨的测试和努力，这些问题最终得以解决，通过参与家用供暖温度控制系统的设计，我学会了如何设计单片机的基本电路以及编写基本程序的技能，在调试电路和程序时，解决了调试电路和程序中的各种难题，这使我对电路原理和功能有了更深入的了解，这样一来，同时也在软件编程方面取得了显著进步，增强了编程技能水平，巩固了所学知识，这一系列的学习及实践，使我充满自信，并且为今后的职业发展打下了坚实的基础。潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-26-参考文献参考文献12018 年贝加莱学界联盟“温度控制系统设计”竞赛火热进行中J.国内外机电一体化技术,2018,21(06):1.2刘琦,王峰.基于 Arduino 的智能灯光与冰箱温度控制系统设计J.科技创新与生产力,2018(12):91-93.3张临松,王士军,陈伟,孙增光,周永鑫.塑料挤出机的多路温度控制系统设计J.自动化与仪表,2018,33(11):29-32.4刘传鹏,颜廷洲,白雪,李亮亮,郑利元,齐杰斌.冷轧硅钢热处理线酸洗控制系统设计J.冶金设备,2018(05):37-39.5马莉,孙万麟,刘红.基于模糊 PID 的火电机组主蒸汽温度控制系统设计J.工业控制计算机,2018,31(09):74-76.6薛霏.基于电锅炉的温度控制系统设计与分析研究J.科学技术创新,2018(26):53-54.7李梓霖,高磊,陈其铎,于华淼.基于单片机的家居遥控热水器水温度控制系统设计J.中国战略新兴产业,2018(40):141.8陆海空,王露,包伯成.智能农业物联网激光热传导温控系统设计J.激光杂志,2018,39(08):113-117.9朱大风,毛海岑,尹伟,王亮.惯性平台高精度温控系统设计J.机械设计与研究,2018,34(04):113-115.10严留俊.制药生产中罐类设备温度控制系统设计探讨J.化工与医药工程,2018,39(04):23-27.11王欣峰,任淑萍.基于模糊 PID 的 AVR 单片机智能温度控制系统设计J.现代电子技术,2018,41(15):179-182+186.12王佳宁,于存江,程子轩.基于 FPGA/SOPC 的温度控制系统设计J.科技资讯,2018,16(21):20-21.13邓娜,高明远.基于模糊 PID 的烟叶烤房网络控制系统设计J.制造业自动化,2018,40(07):22-25.14马培勇,范浩,张静,邢献军.真空干燥动力学实验平台的设计及测试J.真潍坊科技学院本科生毕业设计(论文)-27-空科学与技术学报,2018,38(07):575-581.15 蒙 正.基 于 加 速 度 计 的 温 度 控 制 系 统 设 计 J.仪 器 仪 表 用户,201