【《室温控制系统设计与实现》8400字（论文）】.docx

室温控制系统设计与实现第I章结论I1.1 课题背景及意义I1.2 国内外研究现状I1.3 研究内容2第2章室温控制系统的功能分解42.1 系统总功能分解42.2 子功能求解方案设计42.3 组合求解方案评估6第3萤室温微控制器功能模块的设计83.1 AT89C52引脚及功能特性83.2 AT89C52内部框架及主要性能参数83.3 AT89C52软件设计9第4受室温传感器功能授块的设计124.1 DHTI1.引脚及主要参数124.2 DHT1.1.数据处理134.3 DHTI1.室温检测软件设计14第5章室温显示功能模块的设计165.11.CD1.602引脚功能及基本参数16521.CD1602显示原理175.31.CD1.602软件设计17第6章系统验证196.1 软件编译工具196.2 硬件仿真开发工具20第7圣总结22参考文献22第1章绪论1.1 课题背景及意义当人类步入“自动化时代”的时候，一个国冢的工业自动化水平就是其技术水平的反映。具中,自动控制技术的作用不可忽视,它的应用范围不断扩大,为国家节省了大量的人力和物力，同时也降低了资源的消耗。同时,随着“自动化”的来临,对产品的质量提出了更高的要求。随着人类对生活质量的不断提高,培育具有良好特性的农作物已成为一个热门课题C在食用菌、蔬菜、花卉、生物实验室、帝舍等环境中,温度、湿度都有很高的要求。当今社会，使用不同的传感器来控制温展、调整湿度.同时还需要对电路迸行设计,而且需要经过精空的校验和校正，所以很难保证测量的准确性和费用C室温食物长期以来都是一种普通的生活必需昆。室温食物的优劣是关键,而食物的优劣取决于室温环境的优劣。室内温度主要由通风条件、温度、湿度等因素决定。湿度-尽可能的高湿度,最好是90%或更高；通风-在室温下,食物的生长需要大量的氧气,在室温下保持通风。在没有自动化的年代.室温的食物都是由人工监控的,很多时候都是依界经验和直觉来判断室温食物的黄量。这一做法常常会带来严重的错误，从而使室温下的食物无法达到所需的标准。采用单片机实现温度、湿度控制,可以有效地防止由第六感引起的感官误差。该产品的用途很广泛,不仅可以控制室温湿度,还可以控制温室内的温湿度，还可以用于温室内的温湿度控制系统，比如智能家居的温湿位控制系统,比如公共场所的火灾报警系统,比如实垄室的温湿度控制系统。1.2 国内外研究现状温、湿度控制技术在国内外的应用和发展。近年来,随着温度、湿度的不断提高,温度、湿度的控制技术在国内外的发展也越来越成熟。然而，与国内外相比.中国在这方面的技术研发起步较晚,与国外先进水平存在着一定的差距,如：装备适应性强、工业化水平不高、设备性能不稳定、软件和软件资源不足等。现在的温度和湿度控制技术也在不断的进步,多因素的综合控制系统也在不断的发展,包括温度、湿度、温度、湿度的单一控制、可编程控制器、可编程控制器，触摸屏控制器、网络远程温度、湿度控制等。在人工智能技术的发展下，或许在将来的温度和湿度控制中.会有一个智能的A1.控制和编辑。目前国内外传感器技术的发展状况和发展方向。随着现代技术的发展,传感技术也在不断更新,不但功艇越来越强.而且品种越采越多。在我们的日常生活和工作中.传感器已经变得日益更要。如今,通过将恃感器与人工相分离,实现自动化，完全自动化，人工智能,极大地提高了人们的感知能力。中国的传感器应用技术仍处于起步阶段,因此在工业化水平上,与发达国家相比仍有一定的差距。尽管还有一些距离.但这种差距正在逐渐缩小。现在的传感器己经进入了智能化的时代,随着科学技术的发展，它的功能也越来越丰富,越来越专业,越来越集成C目前，国内外微控制器的发展状况和发展方向。微处理器是一种高度集成的电路.它把处理器（中央处理器）、RAM（随机存储器）、ROM（ROM）以及多种输入/输出端口和终端系统、定时/定时器等集成到一个小型的、老化的计算机系统。20世纪70年代.随着微/微电脑的明制.微/微电脑的发展.MCU应运而生。尽管一开始仅有4比特的单片机,但是它的发展速度很快,平均3-4年就会升级一次.升级处理速度更快,功能更强，整合能力也更强。微控制器的出现时间较短,但它的发展方向是显而易见的。目前已广泛用于各种电子产品,作为一种高性能的单芯处理器,具研究工作已相当繁杂。微控制器的发展趋势是向大容量、高性能、低功耗、多样化和功能完善的外部设备电路发展。单片机技术是一种以单片机为核心的自动控制系统。该系统在微机上的应用,使其更易于实现对温度，湿度的控制。随着微处理器技术的发展和ISI技术的发展,使得单片数据采集系统的高性能、高可靠性成为可能。在此基础上,对以单片机为核心的温度、湿度监控与控制系统进行了研究。随着经济、社会的发展,微控制器、高猜度的数字温度、湿度传感器等设备的应用越来越贴近于模块化、智能化的微控制器。在常温下使用此系统.无疑为茶叶的发酵创均了更加适宜的环境,使产（S的品质得到了进一步的改善,有着广浦的市场前景。1.3 研究内容对室内环境的温度和湿度进行实时监测,并能显示测试结果：可以改变温度和湿度的限制；当室内温度与湿度大于或低于设定值时,控制系统蜂鸣器会发出闪烁的声音，报警器具有开关，可开或关；当某一温度或湿度值高于或低于规定值时.会发出蜂鸣声,并发出1.ED警示灯,并启动外部的机械装置。该系统可对加两器，制冷机，通风机,加湿器,抽湿器,警报器等进行自动控制；当温度超过标准时,蜂鸣器将不再鸣叫.温度控制装置也会自动关闭,整个系统可以正常工作；该控制系统具有可靠性高、灵敏度高、抗干扰能力强、操作新单、维护方便、性价比高等优点。第2章室温控制系统的功能分解2.1 系统总功能分解该谀题的硬件设计包括：弟片机主模块，传感器模块，显示模块，报警模块，门限调整模块。传感模块可以对周围环境的温度、湿度进行记录,将测量结果传送至微机进行分析、处理,并将其储存于不同的阵列中。向时,每陶5秒.系统就会采集到大建的资料，以确保资料的准确性。该显示模块实现了对温度、湿度的测量和门限的显示,该系统分为两个部分,一翊分为温度和湿度.一部分为状态指示，并可设定控制区域。在探测到的数值超过临界点时,由小型光电报警模块发送对应的彩色光讯号,由多个不同的发光二极管来显示外部机器的运行状况,如果温度或湿度超出此范围,则会触发发光二极管的报警。提示别人这个时候的数据异常，需要进行调整,适时的对加湿器，加湿器，冷却风扇和除湿器进行有效的调节。该门限设定的四种门限设定功能,可在不向的环境下轻松设定门限.而无须每次变更及燃烧程式,从而筒化控制过程。单片机每隔2秒就会从温度.湿度感应器中读出一次温度和湿度,并将其直接显示在显示屏上。为了防止断电而丢失数据,还将其保存在外存储器中。显示器上所显示的门限可以由四个按键来升降。当温度、湿度超出上限时，警报线路会自动显示并发出警报,并对外界的风机、暖气等进行控制。2.2 子功能求解方案设计221微控制器功能模块方案一：该系统采用P1.C作为主要技术,利用开关控制有关元件,对温、湿度迸行控制。但是,由于P1.C的相关设备和模拟软件的限制,使得P1.C的设计被废弃。方案二：采用电容、电感、晶体管等模拟离散器件,其电路设计简单、易于理解、易于使用，成本低,但离散器件分布较分散,难以实现数码一体化,且测量精度较高。于是,他放弃了这个计划。方案三：本系统使用AT89C52作为一款高性能CMOS单片机,具有8K可编程闪存，具有很好的性屹它使用了ATME1.的高空度非光学存储技术,完全符合80C5I的产品说明书和插针。Hash-on-chip为一般的程序员提供了一个程序的函数。AT89S52单片机采用8位智能型CPU.系统内可编程FESh内存,为多种嵌入式应用系统提供了一个灵活、高效的解决方案CAT89C52单片机系统易于获取.程序还能用汇编和C两种在学校里学到的，便于操作，因此就选择了第三神。222传感器功能模块方案一：温度、湿度的测量精度、重实性和可靠性都不高，温度、湿度的数值计算万法也比较繁琐,给测量带来了困难C所以,他放弃了这个计划。方案二：温湿度传感器是由DHTII型数码温度和湿度传感器组成,它是一种新型的温度传感器.该温度传感器具有标定的数字信号。该系统采用了专用的数字模组探测技术,温度、湿度传感需等技术，确保了系统的高可靠性及长时间的稳定性。它包括电阻式精密器件和NTC温度测窒器件.并与8位撇控制器相连接。本发明的产品质量好，反应速度快,抗干扰能力强.性价比高，连接方便。所以,我们选择了第二个方案。2.2.3 显示功能模块方案一：1.ED显示屏是一种用于控制1.ED显示的技术。半导体1.ED通常包括大堂的1.ED,这些1.ED是利用1.ED发出的光来显示不同的信息。但因为其主要材料为有机物质,其使用寿畲相对较短，故放弃了这一万案。方案二：1.CDI6021.CD.1.CD结构，在两个平行的玻璃村底中间，在坡速衬底的下面是TFT(TFT).在玻速衬底的上方,需要苦于E上的信号和电压会改变,从而实现对液晶光分子的转动方向的控制,从而实现对各个象素的嫡振度的控制。由于采用了无机材料,因此其老化速度较慢,使用寿畲较长。所以,1.CDI602的显示被选中。224报警控制功能模块方案一：报警控制模块由P1.C实现,通过开关控制发解室内的温度、湿度,实现对外机的控制。但是，由于P1.C控制系统使用的是单片机、P1.C相关设备和模拟软件等方面的限制,所以该万案被废弃。方案二：该电路设计简报警控制模块由P1.C实现，通过开关控制发酵.易实现对外机于理解P1.C控制系统使用的是单片机、P1.e相关设备和模取.操作方便,价格低廉。2.2.5 阈值调节功能模块方案一：采用触摸屏来控制阈值设置,但由于该成本较高，维修更换不方便。故舍弃该方案。方案二：采用普通的按键来控制阈值的设置.方便维修更换.结构简单。故选择该方案。2.3 组合求解方案评估总而言之，以AT89C52单片机为核心,实现了微处理器的切型模块；该系统具有高精度的DTHddI1.I型数字温度、湿度传感器.可实现对发醉室内温度、湿度的实时监测。表2-1组合方案表方案一方案二方案三费控制器功能模决舍弃合弃选择传感器功能模块舍弃选择显示功能嗅生舍弃选择报警控制功能模决舍弃选择税值调节切能模块舍弃选择1.CD1.602液晶显示系统的温度、湿度；报警控制功作模块通过三极管和继电器的结合,实现对外加湿器、加湿器、风扇、除湿器等的控制,实现对发酵室内温度和湿度的控制；门限调整功能模块使用常规的键来设定门限值。通过实际的讨论,这个组合方案是最适合自己的。第3章室温微控制器功能模块的设计3.1 AT89C52引脚及功能特性PO8AD0POtAD1P02AD2PO少23PO4<A04POMU)5POC-ADOP07AOTU2Ar缸32P2.0.A8P2.1(A0P2210P23A11P24A12PZ5<A13P21AUP27A15RJO1RXDP31/TXQP32(KTSP33*wTTP34/T0P3T1P36丽P37而123'N图3-1AT89C5I引脚图AT89C52的基本特点是：8字闪存.256字内存，32输入南出端口，3条16比特计时/计数器,6向量2级中断,全双工串行通信端口,片上振荡器,时钟电路。AT89C52还能实现OHz的黠态逻痘操作,并能提供两种不同的省电方式。闲置模式会使CPU停止运行,但是允许RAM,计时器,串行端口.中断系统。断电模式会保留RAM中的数据.但是振荡器会不工作,并且在下一个硬件由新设置之前,其它部件都不能正常工作。3.2 AT89C52内臃架及主要性能参数图32AT89C52内部框架图表3-1AT89C52主要性能参数表T89C52主要性能警数与MCS产品指令和引脚完全兼容8字乃可更擦写H-ASH闪速存情器0次擦写周明全静秀操作：01.1.z-24M1.1.z三级汨密程序存储器256X8字节内部RAM32个可编程VO口然3个16位定时常敬器K个中断源可给程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式3.3AT89C52软件设计图3-3是主控制系统整体的结构设计思想,按照各个部件的设计功能，把整个系统的整体设计思想分成若干个小的模块。该系统主要包括了若干个主要的设计模块。图3-4为系统运行的软件思路流程图.根据系统运行流程图的结沟.进行程序设计编译。由于温度与热敏电阻之间存在若简单的数值关系.因此无法通过简单的数学计算来隔定各电压信号的温度。而电压信号和温度之间有一一对应关系,而AID变换的电压信号与AID变换的结果成比例,因此靠够一一对应。将温度与A/D转换的数据映射到MCU的存储器中,通过AID变换后的数据进行查找，即可狭得该数据的温度。由于多种因素的影响.只取样一次就无法精确地反映出实际的温度.因此本程序采用了平均法。由于温度测量数据的A/D变换结果可以判定过热故障、传感器短路故障、传感器故障等,因此将故障判定程序添加到风温度采集子程序中。该系统的AfD变换程序主要包括以下几个步骤:设定ADC模块,设定ADCON1.将其转换结果俣存在右侧。AID模块的后动是通过设定控制寄存器ADCONO来选择A1.D变换时钟的时间为1.对输入信道进行选择（在室温下是3,在风温度下是1.在按键时是2）。当AID取样结束时,一个TADo将控制比特和状态比特GO,DONE设为1,开始AID变换。在等待A/D变换结束时，可以根据下列两种方式中的一种进行判定：软件循环查询状态位和控制位GO，'DONE的状态为0:等待A/D转换结束中断的生成。将AID变换结果寄存器ADRESH和ADRESI.进行合并.得出IO比特的变换结果。A/D转换结束后的ADIF信号为0。按需要.插入2TAD,为下一个A/D变换做好准备。第4章室温传感器功能模块的设计底祝.图4.1 DHT1.1.引脚及主要参数引弊说明:Vcc正电源Dout输出NC空脚GXD地图4-1DHTI1.衙视图表4-1DHTI1.的引脚说用表Pin注释1VDD供电3-5.5VDC2DATA串行数据.单总城3NC空蒯.请悬空4GND接纳.电源负极表4-2DHTI1的主要参数表参数条件MinTypMax单位湿度分辨率III%RH8Bit史复性±1%RH精度25±4%RH0-50C15%RH互换性可完全互换员程范围OC3090%RH25C2090%RHSOC2080%RH响应时间1.c(63%)2561015SC.ImZs空迟滞±I%RH长期检定典型值±I%RHyr性温度分辨率111C888Bii生庭性±IC精度±1±2C员程范围050响应时间1.c(63%)630S温度不属于电虽信号.需要将其转换成电子信号，便于进行处理。温度传感器根据其本身的特性,可以把温度信号转换成电信号,目前的传感器主要有集成温度、电阻、热敏电阻、热电温度传感器等。实际测试中，电阻温度是最准确的.但反馈很差,对温度的响应很快,反馈也很好。温差电偶测量精度高,温度测室范围广,但是在测量时要注意到放大和冷端的处理。在常规的温度控制电路中,一般都是通过热电偶、热敏电阻、PN结测温，然后通过信号处理电路将其转换为ZD变换所能接收的模拟数据,然后通过AZD变换,最后送到MCU进行检测,从而实现对温度的监测。然而，这种方法存在看电路豆杂、易受干扰、难以控制、精度不高等缺点。基于以上原因,本课题所使用的测温仪,主要采用达拉斯半导体公司研制的单行温度传感器。这和传感器无需A/D变换就能将采集到的数据迸行模数变换,并能输出一定数量的数据，并且易于与MCU进行接口,使用起来十分方便。4.2 DHTn数据,表3-1DHT1.1./据格式表湿度温度校验整数小数整城小教SBit8Bi(8Bi(8Bit8BitDHT1.1.与单片机之间的通讯与同步使用。数据格式为单一的砂线。通讯时间大约为4亳秒。它的分组包括5个字节（40个比特）。资料分成十进制和整型制.一次完成的资料传送为40比特.高优先出。在正确传送资料时.所得到的资料与八比特的湿度整型资料、八比特的湿度十进制、八比特的温度整数、比特的十进制。测量分辨率为8比特（温度）.8比特（湿度）。图4-2DHT1.I与党处理器连接图43DHT1.1.室温检测软件设计图43湿湿度检测流程图微控处理器启动工作,将工作信号传送给DHTI1.,DHT1.I的温度、湿度传感器进行数字修正,然后用AT89C52单片机揩1.CD16()2的I(D1.602作为电子信号.由1.CDI602对其退行相应的处理和显示。键盘是一种便宜的输入设备,它通常分为密码式键盘,键盘上的关键功能由专门的硬件设备来实现；没有代码的键盘.一般都是用具有重要功能的软件装置来实现。本研究使用无编码键钻。在设计中有一个按钮。按下不问的按键时,按下不冏的开关,会产生相应的电压。将不冏的电压变换为不同的数值,由单片机来区分不同的按键。在电路中,采用具有同样陌值的高精度贴片电阻器，使其结构更加简单。S3-S9的按钮与SI3-S19的按钮功能类似。该系统基本上是由I1.个键构成,12个等阻电阻构成的串联电蹙即可完成11个键的作用。本发明所示的遥控和主控制都采用了图3.3所示的按钮,R3和R1.1.代替了3个IK电阻器。这样,当控制器或远程控制器上的“自动加热.连续加热.通风,停止复位.1级风扇，2级风扇.3级风扇”时,可以实现同样的控制效果。控制台上的“风温设定+风温按钮,遥控器上的“温度1”按钮互不影响。第5章室温显示功能模块的设计5.1 1.CDI602引脚功能及基本参数图5-11.CD1.602液晶引珈图表5-11.CD1.602引脚功能得介表编号符号引脚功里简介编号符号引脚功吒御介1VSS费地9D2数据2VDD电源正股IOD3数据3VI.液晶显示辘压I1.D4数据4RS数据，命令选择12D5数据5R/W读与选择13D6数据6E桧能诘号14D7数据7DO数据15B1.A背光源正投8D1.数据16B1.K背光源负t表5-21.CDI602主要技术参数表1.CD1.602主要歧术参数显示容费:16X2个字符芯片工作电压：4.5-5.5V工作电流20mA50V)模块最佳工作电压50V字符尺寸295×4.35(WXH)mm整个系统的工作流程如下：启动后,首先对系统进行初始化,然后进行温度采集.然后通过显示子程序对采集到的数据进行处理,然后发送给左边的1.ED显示屏,用于显示温度。这时.当显示预定温度的右边1.ED显示屏显示的温度不满足所需温度时,请按S1.键,进入键盘处理程序.更设设定温度；当预设温度达到要求时.系统会将所获得的温度信息发送给系统的控制子程序，由该子程序进行判定,然后再输出一个控制信号,对该执行器进行驱动,该执行机构有三个操作：一是控制子程序判定温度太高，要快速冷却；当温度太低时,后动电吹风进行加热;在温室模式中.当温度达到规定时.风扇和电吹风将不能正常工作。同时，该系统还具有与PC机的串行通信、数据的发送和接收等功能。5.2 1.CD1602显示原理1.CD1.6021.eD是一种字符显示。字库1.CD显示模块是一种点阵式1.CD.专门用于显示字母、数字和符号。现在最常见的是16*1.16*2.20*2.40*2o1.CDI«)21.CD的工作原理：1.CD中的文字是一种韭常复杂的文字,它是由6x8或8x8的阵列构成,它不但可以在显示屏上发现和显示与若干位相对应的8字节的显示RAM区,并且可以籽各字节的不同位设为“1”.其它的位是“0”.“I”是亮的.“0”是不亮的。这就是个性的形成。但是.使用文字产生器的控制器.可以很容易地实现字符的显示。该控制器能够工作于文字方式O通过1.CD上的行数、列数和列数,找到与RAM相对应的地址。5.3 1.CD1602软件设计图5-21.CD1.602软件运行流程图在主机开机后，1.CD1602的工作就开始了,完成了对AT89C52的信号的读取和写入指令的转换,冠终以文字的形式显示。第6章系统验证6.1 软件编译工具以51系列C语言为核心的MCU软件开发系统kei1.c51进行编程运行和调试。该软件使用C语言编制.16进制文件的编制要求在kci1.c51中进行编译。HCX是用C产生的十六进制文件，它是kei1.编译的C可以在PMeU、的硬件模拟中使用。图6-1温湿度控制系统桎序编译图穹6-2DHT1.1.温湿度检测子程序编评佟6.2 硬件仿真开发工具温湿度控制系统采用英国实验室中心电子公司的EDA工具软件PrO1.CUS进行仿真。图aPmtcus仿目效果图图bPro1.eus仿真效果图1.CDI图CPnHeus仿真效果图第7章总结本又设计的温湿馁控制系统以AT89C52单片机为主控模块,采用DHTII型温湿度数字传感器实时检现J发酵室的温湿度变化,1.CD1.602实时显示发酵室检测到的温湿度,并对关键模块进行阈值限制,设有些鸣报警功能，并由继电器控制外部设备调控的一个系统。本文介绍了温湿度控制系统的整体设计方案,并且详细地介绍了设计思路流程，对开发工具也进行了相关描述。该设计针对每个模块的不同功能,对其进行了软件编译,并对其进行了模取实验,并对其进行了记录和分析,以确定该方案能否满足设计的需要。经过分析和试验，结果表明,温度、湿度控制达到了设计的目的,可以调节发酵室内的温度和湿度。大量的科学试胎和生产实践表明,调节环境指数对提高农作物产里具有明显的效果，而在合适的生长条件下，作物的产量才能得到最大程度的提高。本课题设计的温度值及测量均需由感测器进行检测；当温度达不到要求时,对其进行调整和控制；根据测量的温度,猜确地判定设置和取样的差异,并能及时融发警报。但是.由于自身技术水平的局限,这个系统的设计仍然无法达到理想的效果.因此,这个系统还有很大的发展空间。比如.可以设定系统内的时间调节.也可以设定门限.或者是数字输入。这些都能使整个系统更加完善C参考文献IH在浩城，刘帝.基于STM32单片机的智能家居控制系统设计研究几微处理机,202(X1).R1.阉沃进，李雪纯，廖冰洁,等.中央空调自调整温度控制系统的设计与实现U1.成都电子机械高等专科学校学报,2020.023(X)2):36-39.47.R1.字舟.建筑暖通空调的温度控制系统设计IJ1.新材料新装饰,2021(X)3-023).H1.魏学松.田海.周继平.卷曲温度控制系统的研究与设计J1.自动化应用.2021(10):6.151侯卫卫.浅谈半导体制冷温度控制系统的设计研究J.黑龙江科技信息.2022(001):0()0.16|王鹏,反应釜温度控制系统研究现状与设计J2021.P1.张钊浚.一种共用云服务器存懂与计算功能的室温控制系统:,CN212005912U(PJ.2020.181张坤，田杨杨，刘埠,等.一种六面顶压机生产人造金刚石车间的温度控制系统:,CN213193620UP.2021.19陶沃进，李雪纯，廖冰洁,等.中央空调自调整温度控制系统的设计与实现Ub成都工业学院学报.2020.23(2):5.I1.OI崔浩诚刘伟.基于STM32单片机的智能家居控制系统设计研究J微处理机.2020.41(1):4.I1.1.李丽.卢延荣.时笠参数不确定广义系统的有限时间预见控制器设计U1.应用数学学报.2022.45(5):712-731.(12)王春立.浅谈热计建仪表高精度测温技术42020.13杨安豁.陈湘萍.王代华.兼顾舒适度和节能要求的建筑能源控制系统研究J1.中外能源.2022.27(1):8.(14|伍志丹.基于嵌入式技术的动车室温智能控制系统J西部交通科技.2021(012):(X)0.115)李涛,魏庆来基于深度强化学习的智能暖气温度控制系统IJ1.智能科学与技术学报.202(X4)6(6孙祎.室内温度自动控制系统的设计J2021(2013-23):2-3.