基于RS-485總線的單片機溫控系統程序Proteus仿真設計

ID:860602 · 發表于 2020-12-18 23:10

1. 采用DS18B20數字溫度傳感器對兩處進行溫度的實時測量，通過LCD1602進行顯示，并通過RS-485總線上傳到主機。

2. 當溫度超過設定值時能夠報警，同時啟動相關降溫設備。

3. 主機通過按鍵和無線遙控能夠對溫度報警上限值及時間進行設置。

4. 能夠對重要數據進行保存。

二、設計方案

主機和從機選用STC89C52單片機，通過RS-485總線進行數據通信。主機采用LCD2002顯示各從機的溫度和當前時間，根據按鍵或無線遙控的輸入命令對控制溫度上限值、溫度報警值和時間進行設置，并通過RS-485總線傳遞溫度報警值給從機和讀取從機溫度。從機通過DS18B20采集現場溫度，利用LCD1602進行顯示，通過RS-485總線接收溫度報警值，同時上傳溫度檢測值給主機。

整個系統主要分3大塊（主機、從機1和從機2）和十二個模塊。（1）主機鍵盤部分，用來實現輸入和設定溫度等工作；（2）主機LCD1602顯示電路；（3）主機單片機最小系統；（4）主機時鐘電路；（5）主機存儲電路；（6）主機繼電器輸出控制電路；（7）主機蜂鳴器報警電路；（8）主機RS-485通信部分；（9）從機RS-485通信部分；（10）從機單片機最小系統；（11）從機LCD1602顯示部分；（12）從機溫度檢測電路。從機1和從機2硬件電路一樣，都包括第9模塊到第12模塊。整個系統方案如圖10-1所示。

圖10-1 系統方案框圖

三、硬件設計

系統原理圖如圖10-2和圖10-3所示，對應仿真圖如圖10-4所示。

圖10-2 主機電路原理圖

圖10-3 從機電路原理圖

圖10-4 整個系統仿真圖

從圖10-4仿真圖可以看出從機1當前的溫度值為42.0℃，從機2當前的溫度為34.0℃，溫度報警上限溫度值為39.0℃，主機與從機顯示溫度一致，說明Proteus仿真是完全正確的。

1.主機鍵盤。調整按鍵8個，其中S2、S3、S4和S5是手動按鍵，分別為設置鍵、加鍵、減鍵、退出鍵。通過調整按鍵可以對溫度上限值、時間、星期、年月日的調整狀態。

2.主機LCD顯示電路。主機通過LCD1602液晶顯示從機1和從機2實時采集的溫度值、時間和日期。

3. 主機單片機最小系統。主機單片機最小系統是電路的控制中心，主要包括單片機、時鐘電路和復位電路。

4.主機時鐘電路。

采用DS1302實時時鐘芯片進行年、月、日、時、分、秒刷新。可以通過按鍵調整時間，并具有系統掉電后啟用備用電池向DS1302繼續供電的功能，使用戶不必每次上電調整時間。

5.主機存儲電路。AT24C02用于存儲用戶設定的溫度上限值和其他重要數據。

6.主機繼電器輸出控制電路。當溫度大于等于用戶設定的上限值時，P20和P21輸出低電平，通過三極管VT1和VT2驅動繼電器吸合，控制電扇通風降溫，同時繼電器接通指示燈亮。

7.主機蜂鳴器報警電路。當溫度大于等于用戶設定的上限值時，主機蜂鳴器報警。

8.主機RS-485通信部分。RS-485通信芯片選用的是SN65HVD3082ED，收發使能端由主機P3.7進行控制，R2用于防止末端信號發射，J5和J6為通信接口。

9.從機RS-485通信部分。RS-485通信芯片選用的是SN65HVD3082ED，收發使能端由主機P3.7進行控制，R2用于防止末端信號發射，J2和J3為通信接口。

10. 從機單片機最小系統。主要包括單片機、時鐘電路、復位電路、電源接口和LED指示、ISP下載。

11.從機LCD1602顯示部分。第一行顯示主機發來的溫度上限值，第二行顯示從機1所在位置的溫度值和下限值。

12. 從機溫度檢測電路。通過DS18B20進行溫度采集，數據端口DQ連接到單片機的P3.3。

四、軟件設計

1. RS-485總線通信協議

主機STC89C52采用查詢方式，從機STC89C52采用中斷方式，具體協議如下：

（1）主機STC89C52發送查詢地址。

（2）從機STC89C52都接收查詢地址，并與本從機地址比較，若一樣則發送從機地址、采集溫度十位、采集溫度個位、采集溫度小數位和累加和校驗。

（3）主機STC89C52接收數據。

（4）主機STC89C52發送溫度上限報警值十位、溫度上限報警值個位。

（5）從機STC89C52接收溫度上限報警值命令。

（6）主機STC89C52未查詢完所有的STC89C52，則返回（1）繼續查詢下一個從機。

（7）通信速率9600bps，數據幀格式：一位起始位，9位數據位，一位停止位，即串行口工作于方式3。

（8）主機發送從機地址和溫度上限值采用奇校驗（每幀數據的第8位（即D7）為奇校驗位）；主機接收從機發送的匹配地址和采集到的溫度值時采用累加和校驗。

（9）從機機接收主機發送的從機地址和溫度上限值采用奇校驗（每幀數據的第8位（即D7）為奇校驗位）；從機發送匹配地址和采集到的溫度值時采用累加和校驗。

2.主機程序設計

（1）主機主程序

主機主流程圖如圖10-5所示。當工作狀態標志為1時，進入參數調整；否則進入正常工作狀態。

圖10-5主機主程序流程圖

（2）液晶顯示功能程序

圖10-6 主機液晶顯示界面

主機LCD1602液晶顯示從機1和從機2實時采集的溫度值、時間和日期。如圖10-6所示。從機1溫度為28.3℃，從機2溫度為28.7℃，溫度上限為30℃、下限為28℃，當前日期為5月16日17點47分。

（3）DS1302實時時鐘功能程序

采用DS1302實時時鐘芯片進行年、月、日、時、分、秒刷新。可以通過按鍵調整或者無線遙控調整時間，并具有系統掉電后啟用備用電池向DS1302繼續供電的功能，使用戶不必每次上電調整時間。

（4）AT24C02 掉電存儲功能程序。用于存儲用戶設定的溫度上限值。

（5）蜂鳴器報警功能程序。當溫度大于等于用戶設定的上限值時，主機蜂鳴器報警。

（6）繼電器輸出控制程序。當溫度大于等于用戶設定的上限值時，P20和P21輸出低電平，通過三極管VT1和VT2驅動繼電器吸合，控制電扇通風降溫，同時繼電器接通指示燈亮。

（7）按鍵鍵盤程序

圖10-7 按鍵鍵盤布局

按鍵功能如圖10-7所示，當set鍵按下時進入調整模式，并且可以通過set鍵切換進入對溫度上限值、時間、星期、年月日的調整狀態。當進入某種調整狀態時其對應值會快速閃爍，通過up鍵或者down鍵進行調整。調整完畢后按下out鍵保存并退出調整模式。

（8）主機通信程序

主機通信流程圖如圖10-8所示。在數據發送時，采用奇校驗校驗；在接收數據時，使用累加和校驗。

圖10-8 主機通信流程圖圖10-9從機通信流程圖

3.從機程序設計

（1）從機通信程序設計。從機通信程序流程圖如圖10-9所示。

（2）從機主程序設計。從機主程序流程圖如圖10-10所示。首先進行系統初始化，然后關中斷讀取DS18B20中溫度值，讀完溫度值后，開中斷，調用溫度決策函數。

圖10-10從機主程序流程圖

五、實物照片

系統實物照片如圖10-11所示。

圖10-11 實物照片

六、設計制作要點

1.STC89C52單片機多機通信實現的原理。因多機通信是在方式2和方式3下進行，因此SM2位主要用于方式2和方式3。當串行口以方式2或方式3接收時，如SM2 =1，則只有當接收到的第9位數據（RB8）為“1”，才將接收到的前8位數據送入SBUF，并置位RI產生中斷請求；否則，將接收到的前8位數據丟棄。而當SM2＝0時，則不論第9位數據為“0”還是為“1”，都將前8位數據裝入SBUF中，并產生中斷請求。

2. 單片機晶振頻率建議選擇11.0592MHz。

3. 通信芯片建議選擇TI公司的SN65HVD3082ED，盡量不要選擇MAX485(國產)。

單片機源程序如下:

#include<reg52.h> //調用52單片機庫
#include"1602.h" //調用LCD1602庫
#include"ds18b20.h" //調用ds18b20溫度傳感器
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar hour,min,sec,count,hour1,hour2, //定義小時分鐘秒對應的十位個位以及 count計數
sec1,sec2,min1,min2;
sbit speaker=P2^1; //定義蜂鳴器
sbit key1=P1^0; //最低溫度設置
sbit key2=P1^1; //最高溫度設置
sbit key3=P1^2; //連接切換模式的備用開關 P33和P12口短接用于切換模式和退出報警中斷
sbit keyh=P1^5; //校時
sbit keym=P1^6; //校分
sbit keys=P1^7; //校秒
//定義時間按鍵
uint tem; //定義采集溫度
int htem,htem2,time,time2,x,y,z,dot,dot2,maxtem,mintem; //定義溫度十位數、個位數、小數，以及其三種模式的標記值
int cnt1=1,cnt2=1,cnt3=1,cnt4=1,cnt5=1,cnt6=1,cnt7=1; //定義計數變量
int i;
uchar mode=0; //定義模式變量
uchar code t3[]={" H/L=0/1: C"}; //顯示調最值溫度的十位
uchar code t4[]={"O/D: C"}; //顯示調最值溫度的個位/小數位字模
uchar code table2[]={
'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9',':'}; //顯示時間的字模
uchar code t5[]={"Max . CD"}; //顯示最高溫度的字模
uchar code t6[]={"Min . CD"}; //顯示最低溫度的字模
//延時函數
void delay1(uint i)
{
while(i--);
}
//顯示函數1 初始顯示
void display(uint dat,uchar add)
{
uchar bai,shi ,ge;
bai=dat/100;
shi=dat%100/10;
ge=dat%10;
writelcd_cmd(add);
writelcd_dat(bai+0x30);
writelcd_dat(shi+0x30);
writelcd_cmd(add+3);
writelcd_dat(ge+0x30);
}
void lcd_min() //定義最小溫度顯示
{
uchar l;
writelcd_cmd(0x38); //初始化屏那迤粱
delay(5);
writelcd_cmd(0x38);
delay(5);
writelcd_cmd(0x38);
writelcd_cmd(0x08);
writelcd_cmd(0x01);
writelcd_cmd(0x06);
writelcd_cmd(0x0c);
writelcd_cmd(0x80);
writelcd_cmd(0xc0);
for(l=0;l<16;l++) //依次讀取t6并顯示
{
writelcd_dat(t6[l]);
}
display(mintem,0xca);
delay1(5000000000); //延時顯示
}
void lcd_max() //定義最大溫度顯示
{
uchar k;
writelcd_cmd(0x38); //初始化屏幕清屏
delay(5);
writelcd_cmd(0x38);
delay(5);
writelcd_cmd(0x38);
writelcd_cmd(0x08);
writelcd_cmd(0x01);
writelcd_cmd(0x06);
writelcd_cmd(0x0c);
writelcd_cmd(0x80);
writelcd_cmd(0xc0);
for(k=0;k<16;k++) //依次讀取t5并顯示
{
writelcd_dat(t5[k]);
}
display(maxtem,0xca);
delay1(5000000000);
}
void write_Char(unsigned char a,unsigned char b,unsigned char dat) //顯示時間程序母程序定位
{
if (b == 0)
{
writelcd_cmd(0x80 + a);
}
else
{
writelcd_cmd(0xC0 + a);
}
writelcd_dat(dat);
}
void display4(uchar hour1,uchar hour2,uchar min1,uchar min2,uchar sec1,uchar sec2) //顯示時間子程序取值
{
write_Char(4,0,table2[hour1]); //顯示小時
write_Char(5,0,table2[hour2]);
write_Char(6,0,table2[0x0a]); //顯示冒號
write_Char(7,0,table2[min1]); //分鐘
write_Char(8,0,table2[min2]);
write_Char(9,0,table2[0x0a]); //顯示冒號
write_Char(10,0,table2[sec1]); //秒
write_Char(11,0,table2[sec2]);
}
//顯示函數2 調最值溫度低十位在LCD上排顯示
void display2(uint dat,uchar add)
{
uchar bai,shi ;
bai=dat/100;
shi=dat%100/10;
//ge=dat%10;
writelcd_cmd(add);
writelcd_dat(shi+0x30);
writelcd_dat(bai+0x30);
writelcd_cmd(add+3);
//writelcd_dat(ge+0x30);
}
//顯示函數3 調最值溫度的個位/小數在LCD下排顯示
void display3(uint dat,uchar add)
{
uchar ge;
//bai=dat/100;
//shi=dat%100/10;
ge=dat%10;
writelcd_cmd(add);
//writelcd_dat(shi+0x30);
//writelcd_dat(bai+0x30);
//writelcd_cmd(add+3);
writelcd_dat(ge+0x30);
}
//按鍵掃描函數
void keyscan()
{ uchar i,j; //定義i/j
writelcd_cmd(0x80); //顯示函數表示以此顯示t3字模里面的字符
for(i=0;i<16;i++)
{writelcd_dat(t3[i]);}
writelcd_cmd(0xc0);
for(j=0;j<16;j++) //顯示函數表示以此顯示t4字模里面的字符
{writelcd_dat(t4[j]);}
while(mode!=0) //當mode不為0時
{
display2(htem,0x8b); //顯示調十位
display3(time,0xca); //顯示調個位小數位
while(mode!=0)
{
switch(mode) //切換模式case語句循環 5個模式 5個循環 6個變量初始模式為0 切換后對應地方的光標閃爍
{
case 1:writelcd_cmd(0xc0+10);writelcd_cmd(0x0f);break; //調個位
case 2:writelcd_cmd(0x80+11);writelcd_cmd(0x0f);break; //調十位
case 3:writelcd_cmd(0xc0+10);writelcd_cmd(0x0f);break; //調小數位
case 4:lcd_max();break; //顯示最大溫度
case 5:lcd_min();break; //顯示最小溫度
default:mode=0;break;
}
if(key2==0&&mode==1) //模式為1 key2為0時調最高位的個位
{
delay(50); //按鍵消抖
y=0;display3(y,0x80);writelcd_cmd(0xca+11); //max one 在左上角顯示0 表示調最高溫度
if(key2==0)
{
delay(10); //十個循環對應0-9數字
cnt1++; //計數+1
while(key2==0);
switch(cnt1%11) //按鍵到10以后清零
{
case 1:time=0;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break; //在0xca的地方顯示個位值光標閃爍
case 2:time=1;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 3:time=2;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 4:time=3;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 5:time=4;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 6:time=5;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 7:time=6;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 8:time=7;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 9:time=8;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 10:time=9;display3(time,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
default:break;
}
}
}
if(key1==0&&mode==1) //類似最低個位
{
delay(50);
y=1;display3(y,0x80);writelcd_cmd(0xca+11); //min one 在左上角顯示1 表示調最低溫度
if(key1==0)
{
delay(10);
cnt4++;
while(key1==0);
switch(cnt4%11)
{
case 1:time2=0;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 2:time2=1;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 3:time2=2;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 4:time2=3;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 5:time2=4;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 6:time2=5;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 7:time2=6;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 8:time2=7;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 9:time2=8;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 10:time2=9;display3(time2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
default:break;
}
}
}
if(key2==0&&mode==2) //最高十位
{
delay(10);
x=00;display2(x,0x80);writelcd_cmd(0x80+11); //max ten 在左上角顯示00 表示調最高
if(key2==0)
{
cnt2++;
while(key2==0);
switch(cnt2%11)
{
case 1:htem=00;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 2:htem=10;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 3:htem=20;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 4:htem=30;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 5:htem=40;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 6:htem=50;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 7:htem=60;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 8:htem=70;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 9:htem=80;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 10:htem=90;display2(htem,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
default:break;
}
}
}
if(key1==0&&mode==2)
{
delay(10);
x=10;display2(x,0x80);writelcd_cmd(0x80+11); //min ten 在左上角顯示10表示調最低
if(key1==0)
{
cnt3++;
while(key1==0);
switch(cnt3%11)
{
case 1:htem2=00;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 2:htem2=10;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 3:htem2=20;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 4:htem2=30;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 5:htem2=40;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 6:htem2=50;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 7:htem2=60;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 8:htem2=70;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 9:htem2=80;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
case 10:htem2=90;display2(htem2,0x8b);writelcd_cmd(0x80+11);break;
default:break;
}
}
}
if(key2==0&&mode==3) //最高小數
{
delay(50);
z=00;display2(z,0x80);writelcd_cmd(0xca+11); //max dot
if(key2==0)
{
delay(10);
cnt5++;
while(key2==0);
switch(cnt5%11)
{
case 1:dot=0;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 2:dot=1;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 3:dot=2;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 4:dot=3;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 5:dot=4;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 6:dot=5;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 7:dot=6;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 8:dot=7;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 9:dot=8;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 10:dot=9;display3(dot,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
default:break;
}
}
}
if(key1==0&&mode==3) //最低小數
{
delay(50);
z=10;display2(z,0x80);writelcd_cmd(0xca+11); //min dot
if(key1==0)
{
delay(10);
cnt6++;
while(key1==0);
switch(cnt6%11)
{
case 1:dot2=0;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 2:dot2=1;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 3:dot2=2;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 4:dot2=3;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 5:dot2=4;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 6:dot2=5;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 7:dot2=6;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 8:dot2=7;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 9:dot2=8;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
case 10:dot2=9;display3(dot2,0xca);writelcd_cmd(0xca+11);break;
default:break;
}
}
}
if(mode==4) //模式4 顯示最大溫度
{
maxtem=htem*10+time*10+dot;
lcd_max();
}
if(mode==5) //最低溫度
{
mintem=htem2*10+time2*10+dot2;
lcd_min();
}
}
}
lcd_init(); //模式為0時執行LCD初始化函數
}
//中斷初始化函數
void init()
{
lcd_init(); //lcd初始化
speaker=1; //蜂鳴器口默認高電平
mode=0; //模式默認0
htem=80; //最高溫度默認80
time=0;
htem2=10; //最低溫度默認10
time2=0;
dot=0;
dot2=0;
EA=1; //總中斷開啟
EX1=1; //外部中斷1允許
ET1=1; //定時器1允許
TMOD=0X01; //定時中斷1，模式1
IT1=1; //中斷1 下降沿觸發
TH1=0Xee; //定時中斷1 0.5us
TL1=0X00;
TR1=0; //定時中斷1默認關閉
count=0; //時間計數默認為0
hour=00; //小時00
min=00; //分鐘00
sec=00; //秒00
TH0=(65536-50000)/256; //內部中斷T0初始化
TL0=(65536-50000)%256;
TR0=1; //內部中斷T0開啟
ET0=1;
}
//主函數
void main()
{
P1=0xe7; //初始P1口，P14，P13為低電平使S1 S5 S9 S14 S15 S16變為接地的普通開關 S9與P33短接用于切換模式和退出報警中斷
init(); //中斷初始化
while(1)
{
if(mode!=0) //當模式不為0
{keyscan();} //執行按鍵掃描以及調溫度的程序
else if(mode==0) //模式為0時
{
delay(100);
tmpchange(); //在ds18b20取數據
tem=tmp(); //溫度值獲取為整數且小數位實際上是個位如35.5攝氏度對應的值是355
if(keyh==0) //當S14閉合時實現小時加一
{
delay(5);
if(keyh==0)
{
if(hour!=23) hour++; //hour=23后清零
else hour=0;
}
while(!keyh); //檢測松手
}
if(keym==0) //實現分鐘加一
{
delay(5);
if(keym==0)
{
if(min!=59) //59后清零
{
min++;
}
else
{
min=0;
}
}
while(!keym); //松手檢測
}
if(keys==0) //實現秒加一
{
……………………
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