基于单片机的汽车座椅空调控制系统毕业设计论文

主要应用单片机控制,c语言调试进行,控制温度的变化。

重庆理工大学编号

毕业设计（论文）

题目二级学院专

班业级自动化学号11107990605

2015.6学生姓名郭磊指导教师时间

主要应用单片机控制,c语言调试进行,控制温度的变化。

摘要............................................................................................................................................................1

Abstract.........................................................................................................................................................2

第一章绪论................................................................................................................................................3

1.1课题背景.......................................................................................................................................3

1.2国内外研究成果...........................................................................................................................3

1.3本课题的主要内容.......................................................................................................................4

第二章总体设计........................................................................................................................................5

2.1温度传感器的温度读取和计算...................................................................................................5

2.2单片机的选择...............................................................................................................................6

2.3软件设计总体方案.......................................................................................................................9

2.4系统的原理框图........................................................................................................................10

2.5系统的主要元件应用.................................................................................................................11

2.6硬件电路的设计与介绍............................................................................................................12

2.6.1系统的硬件构成.............................................................................................................12

2.6.2温度传感电路................................................................................................................12

2.6.3单片机设计系统............................................................................................................15

2.6.4显示系统的设计.............................................................................................................15

2.7总电路图.....................................................................................................................................16

第三章软件设计......................................................................................................................................18

3.1概述.............................................................................................................................................18

3.2开发工具的选择.........................................................................................................................18

3.3C语言和汇编语言的区别.........................................................................................................18

3.4C语言编程的基本原则与基本要求.........................................................................................20

3.5总体程序的设计.........................................................................................................................20

3.6各模块子程序的设定流程图.....................................................................................................22

3.6.1键盘扫描子程序.............................................................................................................22

3.6.3温度传感器温度数据处理流程图................................................................................28

3.7LCD1602液晶显示屏指令.........................................................................................................31

第四章调试与小结..................................................................................................................................36

4.1仿真调试图.................................................................................................................................37

4.2小结.............................................................................................................................................40

致谢..........................................................................................................................................................42

参考文献....................................................................................................................................................43

附录Ⅰ总电路图......................................................................................................................................45

附录Ⅱ总程序............................................................................................................................................46

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摘要

随着社会快速的发展，汽车成为这个时代必不可缺少的交通工具，有车的人越来越多，人们对车内环境的要求也越来越高，汽车坐椅则是汽车内饰必需设备。车主最迫切需要的是能够控制坐椅的温度，最大的希望就是拥有一款能够迅速升温和降温的座椅产品。随着国家汽车工业的不断发展，汽车座椅空调成为了广大用车者的喜爱。而本次毕业设计的题目就是汽车座椅空调控制系统的设计，本课题主要就是利用单片机做主控系统，结合国家已有的成果和大学中的课程完成本次设计。

本次论文主要概述了单片机STC89C52原理和它的特性，还有就是温度传感器DS18B20的使用和用法，以及LCD1602液晶显示屏显示电路的连接。在软件设计上，本次使用Keil进行C语言的编程，并详细的阐明了原理，并用Proteus进行了原理的仿真运行，和程序调试。从本次的软件设计中，我们应用的的方案原理简单，操作性强。

关键字：单片机STC89C52温度传感器继电器温度控制

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Abstract

Withthedevelopmentofsociety,theautomobilehasbecometheindispensabletransportationtoolinthisera,moreandmorepeoplehavecars,theirrequirementoftheenvironmentinsidethecarismoreandmorehigh,thecarseatisessentialequipmentforautomotiveinterior.Theownerofthemosturgentneedistoreducethetemperatureofthecarseats,thebiggestwishistohavearapidcoolingoftheproduct.Withthecontinuousdevelopmentofthenationalautomobileindustry,automobileseatairconditioningforessentialproductsforthetrendofthetimes.Thisgraduationdesigntopicistheautomobileseatairconditioningcontrolsystemdesign,Theideaistheuseofsingle-chipmicrocomputercontrolsystem,combinedwiththeresultsofexistingnationalanduniversitycurriculuminthecompletionofthedesign.

ThispapermainlysummarizesthemicrocontrollerSTC89C52principleanditscharacteristics,thereistheuseoftemperaturesensorsDS18B20andLCD1602usage,anddigitaldisplaycircuit.Inthesoftwaredesign,theuseofKeilCprogramminglanguage,theuseofexternalinterruptandtimerinterruptprogramming,anditexpoundstheprinciple,operationprincipleandsimulationusingProteus7,andprogramdebugging.Fromthedesignofthesoftware,weapplytheprincipleoftheschemeissimple,practical.

Keyword:MicrocontrollerSTC89C52

TemperaturecontrolTemperaturesensorRelay

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第一章绪论

1.1课题背景

随着社会的发展，居民生活水平的不断提高，汽车已经成为运输、代步的主要工具，汽车中座椅舒适度也成为了消费者买车的参考标准，作为整车的重要零配件。与此同时，随着高速公路网络的不断完善，人们生活水平的提高、就业的跨地区流动、人口流动的增加，大中型客车档次及座椅的安装率不断提高，以及新能源车的推广和替代作用，汽车座椅市场前景良好【4】。而且汽车座椅的销售量与整车的产销量密切相关，汽车产销量的变化反映了汽车座椅市场需求量的变动情况。随着国家汽车工业化的日益发展和新技术的不断涌现，汽车座椅空调控制技术就显得尤为重要。只要这种技术在我们国家的汽车座椅温度控制方面得到很大的发展，那么我们国产车就会多了一项与进口车竞争的优势，那么也会起到对国家经济又很大的发展,对社会有着非常大的意义。这次毕业选题的题目是汽车座椅空调控制系统，我的想法是利用单片机做主控系统，单片机温度控制系统中得到了广泛的应用。温度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。因此对单片机控制温度系统的研究有着重要的目的和意义。

1.2国内外研究成果

我国最近几年的汽车座垫温度控制技术得到飞速的发展，国际上一些高端轿车如宝马740以上，奔驰S350以上顶配车型已配置座椅通风系统，但其并非真正意义上的汽车座椅空调系统，因其座椅本身并无即刻制热、制冷功能，而仅限于通风，且均需等原车空调系统运行一段时间，车内环境温度达到设置舒适温度后方能取得效果。这些国际顶级豪车厂商均投入了大量的研发资金开发真正意义上的汽车座椅空调系，因此汽车座椅空调系统将成为未来汽车顶配新宠，但由于技术门槛较高，均无成熟产品推向市场，即使将来进入市场，因前期高昂的研发费用及追求高额利润的原因，价格必然居高不下，深圳市深港博冷科技有限公司是国内最早开始推广汽车座椅空调系统并唯一提供高端定制的企业。虽然在温度传递上有一些先进的技术，但是都没有应用在汽车行业，最多的却是工业方面。基于这些，所以我们国家的汽车座椅空调控制方面的技术还是有待提高，现在一些简单的制冷技术应用与汽车座椅，比如用一些通

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风装置来进行座椅的制冷，但是在制热这方面的技术确实少之又少。因此本课题对于研究汽车座椅空调控制有非常重大的意义。

1.3本课题的主要内容

本课题的主要内容是研究汽车座椅空调控制系统，需要用到单片机作为整个设计的主控芯片，所以在选用芯片的时候，我们采用STC89C52来做整个设计，因为在单片机中STC89C52相比其他的芯片而言，它对实现系统的功能和拓展上影响较小，还有就是STC89C52是比较普遍的芯片，应用途径较多，在查资料上而言比较轻松，最重要的是它的资料也是比较齐全。单片机STC89C52配合LCD1602液晶显示屏显示，最终完成本次设计。本次设计主要分为以下四个模块：温度控制模块、温度传递模块、单片机模块、显示模块。

由于我是做软件设计，需要在温度传递时在LCD液晶显示屏上显示具体温度的变化，所以我需要对温度控制系统有更深入的了解，对单片机STC89C52的各个引脚功能了解熟悉，正确的应用里面的定时器和计数器来编程，在做的过程中需要采用更适合本设计的方案，画出系统的流程图。本次实验的的C语言编程是用Keil来完成，在仿真方面，用Proteus软件来调试运行。我自己要完成的任务是完成软件系统方案的分析与设计，画出软件系统流程图，进行C语言编程和调试。最后就是配合做硬件的同学做出实物。

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第二章总体设计

2.1温度传感器的温度读取和计算

本次设计用的是温度传感器DS18B20，我们必须知道其温度是如何读取的，和怎么样计算的实际温度。

首先我们来看看控制DS18B20的指令：

（1）读命令（33H）通过该命令主机可以读出ROM中8位系列产品代码、48位产品序列号和8位CRC码。读命令仅用在单个DS18B20在线情况，当多于一个时由于DS18B20为开漏输出将产生线与，从而引起数据冲突。

（2）选择定位命令（55H）多片DS18B20在线时，主机发出该命令和一个64位数列，DS18B20内部ROM与主机数列一致者，才响应主机发送的寄存器操作命令，其他DS18B20等待复位。该命令也可以用在单片DS18B20情况。

（3）跳过ROM序列号检测命令（CCH）对于单片DS18B20在线系统，该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，从而节省时间。对于多片DS18B20在线系统，该命令将引起数据冲突。

（4）查询命令（F0H）当系统初建时，主机可能不知道总线上有多少设备，以及他们各自的64位序列号，用该命令可以做到这点。

（5）报警查询命令（ECH）该命令操作过程同ROM查询命令，但是，仅当上次温度测量值已置位报警标志（由于高于TH或低于TL时），DS18B20才响应该命令，如果DS18B20处于上电状态，该标志将保持有效，直到遇到下列两种情况：1.本次测量温度发生变化，测量值处于TH、TL之间；2.TH、TL改变，温度值处于新的范围之间。设置报警时要考虑到EEROM中的值。

如果主机只是对一个DS18B20进行操作，进不需要读取ROM编码一级匹配ROM编码了，只要跳过ROM（CCH）命令，就可以进行如下温度转换和读取操作[3]。

（1）写入（4EH）用此命令把数据写入寄存第2～4字节，从第2字节（TH）开始。复位信号发出之前必须把这三个字节写完

（2）读出（BEH）用此命令读出寄存器中的内容，从第1字节开始，直到读完第9字节，如果仅需要寄存器中部分内容，主机可以在合适时刻发送复位命令结束该过程

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（3）复制（48H）用该命令把暂存器第2～4字节转存到DS18B20的EEROM中，如果DS18B20是由信号线供电，主机发出此命令后，总线必须保证至少10ms的上拉，当发出命令后，主机发出读时隙来读总线，如果转存正在进行，读结果为0，转存结束为1。

（4）开始转换（44H）DS18B20收到该命令后立刻开始温度转换，不需要其他数据。此时DS18B20处于空闲状态，当温度转换正在进行时，主机读总线将收到0，转换结束为1。如果DS18B20是由信号线供电，主机发出此命令后主机必须立即提供至少相应于分辨率的温度转换时间的上拉电平。

（5）回调（B8H）执行该命令把EEROM中的内容回调到寄存器TH、TL和设置寄存器单元中，DS18B20上电时能自动回调，因此设备上电后TH、TL就存在有效数据。该命令发出后，如果主机跟着读总线，读到0意味着忙，1为回调结束。

（6）读电源标志（B4H）主机发出命令后读总线，DS18B20将发送电源标志，0为信号线供电，1为外接电源。

DS18B20在出厂时默认配置为12位，其中最高位为符号位，即温度值共11位，单片机在读取数据时，一次会读两字节共16位，读完后将低11位的二进制数转化为十进制数后再乘以0.0625变为所测的实际温度值。另外，还需要判断温度的正负。前5个数字为符号位，这5位同时变化，我们只需要判断其中1位就可以了。前5位为1时，读取的温度为负值，且测到的数值需要取反加1再乘以0.0625才可得到实际温度值。前五位为0时；读取的温度为正值，只要将测得的数值乘以0.0625即可得到实际温度值。[12]

2.2单片机的选择

在本次设计采用的单片机是美国STC公司最新推出的一种新型的单片机。单片机片是一种低耗高性能的微控制器，使用经典的MCS-51做内核[15]。

主要功能、性能参数：

1.内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟。

2.工作频率范围：0-40MHZ，相当于普通8051的0-80MHZ。

3.STC89C5xRC对应Flash空间：4KB\8KB\15KB。

4.内部存储器（RAM)：512B。

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5.定时器\计数器：3个16位。

6.通用异步通信口（UART）1个。

7.中断源:8个。

8.有ISP(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器。

9.通用I\O口：32\36个。

10.工作电压：3.8-5.5V。

11.外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

89C52

单片机的引脚功能说明

（1）VCC：电源电压

（2）END：接地

（3）P0口：P0口是一组8开式双漏向I/O端口，即地址/数据总线端口。每一个输出端口都是可以吸收电流驱动TTL逻辑门电路8，P0端口写“1”时，所用的高阻抗输入。在访问外部数据存储器和程序存储器时，本集成片的网络地址转换（低8位）和数据总线复位时，可以在其访问激活内部加上上拉电阻[13]。

（4）P1口：P1口是一个内部带有8位I/O口，P1输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流）TTE的逻辑门电路4。对端口写“1”，通过提高内部的引脚高电平，这样就可以用来输入。因为使用的是输入端口，有一个内部上拉电阻拉低，在引脚是外部信号时，输出电流（ILL）。由于STC89C52的P1.0和P1.1也不同，可以用定时器/计数器2来计数输入和外部输入。

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在Flash编程和程序校验的P1接低8位收地址。

表1P1口的功能特性端口引脚

P1.0

P1.1引脚功能特性表T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）

（5）P2口:P2是一个带有内部上拉电阻的8位的I/O口，具有双向性。P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时P2可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(ILL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

（6）P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(ILL)。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示。

（7）RST：复位输入,当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

表2P3口的第二功能端口引P3口的第二功能

脚

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）INT0（外中断0）INT1（外中断1）T0（定时/计数0）

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P3.5

P3.6

P3.7T1（定时/计数1）WR（外部数据存储器写选通）RD（外部数据存储器读选通）（8）/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)。端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如果EA端为高电平(接VCC端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VCC。

（9）XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

（10）XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

（11）数据存储器：

89C51有256个字节的内部RAM,80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器(SFR)地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节。

RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。

（12）中断：89C51共有6个中断向量:两个外中断（INT0和INT1），3个定时器中断(定时器0,1,2)和串行口中断。

（13）时钟振荡器：89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

2.3软件设计总体方案

1.电源模块：本设计采用5V电压电源供应来供设计使用，这保证了在做实物的时候，可以放心的使用，不用考虑电源带来的误差。正是因为5V电源是在大学设计中比较常见的电源，在做的时候可以避免电源供应短缺的问题。

2.温度采集模块：本设计采用的是DS18B20温度传感器，该传感器采集温度范围

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。是-55C到+125C，DS18B20与一些其他传感器相比，它能够直接读出被测温度并且

可根据实际要去通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式,符合本设计的要求。

3.单片机模块：本设计采用的是STC89C52单片机该单片机也AT89C51单片机在性能上市完全一致的，比AT89C51在使用的时候还要简单，所以我们在仿真的时候用的AT89C51，在硬件操作的时候，与同学商议后还是用STC89C52单片机，他们的原理是相同的，而且操作简单。单片机STC89C52在我们课程中应用过很多，也是比较熟悉的单片机，所以用它还是比较合适的。

4.显示模块：在本次设计中采用LCD1602液晶显示屏来做为最后显示出来的温度。相比数码管，它比较简洁，实用性也高。最主要的是它比数码管在显示的时候更简单，它一个显示屏可以显示出来上限温度、下限温度和采集温度。而数码管需要2个6位数码管。在选材的时候更倾向于LCD液晶显示该屏。。

2.4系统的原理框图

1、单片机和温度传感器还有显示模块的初始化。这部分主要是把部分变量赋初值，确保后面程序的准确性。

2、进行程序温度控制设计。这部分需要先控制住温度，将温度用传感器传送到单片机中，再用单片机STC89C52发送到LCD1602液晶显示屏中。

3、LCD液晶显示屏显示程序的设计。通过对程序的编写，把单片机的计算结果正确的显示到LCD液晶显示屏上面。

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LCD

1602

单温度采集被

控

片

对

机

按键

控制温度控制象

图1系统的原理框图

2.5系统的主要元件应用

本设计系统由温度传感器DS18B20、单片机STC89C52、LCD1602液晶显示屏组成。通过对单片机调用子程序，设计中温度显示部分采用市场上价格低廉而且使用次数较多的LCD液晶显示屏，不仅简化了单片机的外围器件和口线，同时也简化了液晶显示屏显的部分软件编程。

采用比当前流行的STC89C52作为电路的主控制核心。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器,不需要外部的扩展存储器，使整个系统的结构简单。数据的采集和转换部分采用DS18B20传感器，它不同于传统温度测试方法,能在现场实时采集温度数据,并直接将温度物理量变换为数字信号，以总线方式传送到单片机中进行数据处理,测试温度范围为-55～+125℃。DS18B20也可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统,使用方便灵活,测试精度高,优于任何传统的温度数字化、自动化测控设备[5]。

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2.6硬件电路的设计与介绍

2.6.1系统的硬件构成

本次设计的硬件部分由STC89C52单片机、温度传感器DS18B20，以及若干电容、发光二极管、LCD1602液晶显示屏、4个按键、12MHZ晶振等组成。

以下对各组成部件功能进行简单介绍：

1.STC89C52单片机用于温度的采集，数据处理，存储上下限温度。

2.DS18B20是单总线数字温度传感器，输出方式为串行单线输出，主要作用是把温度值以数字形式输出和存储转换精度控制字。在软件设计部分将作出详细介绍，此处不做过多赘述。

3.按键用于设置温度的上下限，和单片机的复位控制。

4.晶振是为单片机提供工作脉冲。

5.LCD液晶显示屏用于显示实时温度值和上限和下限温度值。

6.发光二极管用于上下限溢出报警，温度超限报警及控制，设置上/下限指示，正常工作指示。

2.6.2温度传感电路

本次设计采用的是温度传感器DS18B20，是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS18B20具有以下特性：

a)独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接双向通讯时只需要一条口线就能实现。

b)在温度传感器DS18B20外部不需要使用其他元件。

c)数据线供电电压范围：+3.0V～+5.5V。

d)测温范围：-55℃～+125℃，它的测温补偿后分辨率为0.1℃。

e)该传感器通过编程后能实现9～12位的数字读数方式。

f)在组装时能多点组网，也就是多个DS18B20可以并联在一条的三线上，实现多个网点测温。

[9]

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DS18B20的测温原理:

DS18B20的测温原理是低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非智能电子技术实践课程设计报告线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

5DS18B20的工作时序：

DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如下图2所示。

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图2DS18B20的工作时序

DS18B20应用：

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：

ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。

RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。