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1、内江师范学院课程设计报告2009级电子信息工程基于单片机温度控制电路课程设计报告设计题目基于单片机温度控制电路的设计姓名及学号学院工程技术学院专业电子信息工程班级指导教师目 录 1引言12 设计任务22.1 设计内容22.2 技术指标22.3 各部分的设计23 方案的分析与选择33.1 方案的分析33.2 方案的选择33.3 设计框图44 硬件部分理论设计54.1 AT89C51单片机的引脚功能说明54.2 AT89C51单片机最小系统64.3 LED显示器接口原理74.4按键部分的设计84.5数字温度传感器DS18B20的发展94.6 DS18B20的主要特性94.7 DS18B20工作原理
2、104.8 DS18B20主要的数据部件114.9高速暂存存储器114.10 本设计中DS18B20使用中注意事项124.11 固态继电器的分析与选择134.12电源145 软件部分的理论设计155.1硬件的整合155.2 软件的设计15参考文献17致谢18摘 要本文是一个关于恒温控制器的设计，本文单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，单片机具有功能强，体积小，成本低等优点，设计采用DS18B20数字式温度传感器，温度精度可以控制在1以内，采用软件编程，使用C语言来编写程序，用控制电炉的加热来实现对水温温度的控制。适用于环境参数经常变化的小型温度控制电路。恒温温度控制在日常生活中有很重
3、要的作用，尤其是水温的温度恒定，恒定的水温对水产养殖，工厂污水的处理，家庭生活用水等有重要的意义。关键词：恒温控制器；AT89C51单片机；DS18B20温度传感器；C语言编程Abstract I use the AT89C51SCM design a constant temperature constant water temperature controller of control, the design of single-chip microcomputer control AT89C51 microcontroller as the core, SCM has strong fu
4、nction, small volume, low cost, this design using digital temperature sensor DS18B20, temperature control precision of 1 in May, within the software programming, using C language program, with the control of electric heating water temperature to realize the control of the temperature. Apply to envir
5、onmental parameters often changes of small temperature control circuit. Constant temperature and temperature control in everyday life there is very important role, especially the temperature constant water temperature, constant water temperature of aquaculture, sewage treatment plant, family life su
6、ch as water has an important significance. Keyword: Constant temperature controller; AT89C51SCM; The temperature sensor DS18B20; The C programming language. iii内江师范学院课程设计报告1引言温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的
7、构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。水温控制在工业及日常生活中应用广泛,
8、分类较多,不同水温控制系统的控制方法也不尽相同,其中以PID控制法最为常见。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而控制电炉的加热来实现温度控制。然而,单纯的PID算法无法适应不同的温度环境,在某个特定场合运行性能非常良好的温度控制器,到了新环境往往无法很好胜任,甚至使系统变得不稳定,需要重新改变 PID 调节参数值以取得佳性能。本文以MCS-51单片机为控制核心，采用DS18B20数字式温度传感器，以及恒定温度的键盘设定，温度的及时显示，高于设定温度时报警，系统复位功能，来达到控制电炉对水加热的目的，讨论了控制水温的恒定对人们的日
9、常生活，以及工业生产的重要性。2 设计任务2.1 设计内容本论文的内容是基于单片机设计的一个电炉对水加热的控制器。要求显示实际温度和设定的温度，并且要求设定水温可以由人工通过键盘来设定。电路可以通过对实际温度和设定温度的差值的处理来控制继电器的通断，进而控制电炉的开关，从而对水温进行控制，使水温保持在设定的温度上。2.2 技术指标（1）基本要求以单片机为控制核心；水温控制范围：40-100可调；误差：2；温显示：LED或LCD；加热部件：800W220V电热管。（2）发挥部分PWM控制方式；水温采样记录功能；PID调节控制；自制稳压电压。2.3 各部分的设计电炉接上220V 交流电，由继电器控
10、制其开关，对水进行加热；DS18B20温度传感器对水温进行实时检测，输出温度信号给单片机；单片机基本系统 a.要采集温度传感器传过来的信号，进行相应的处理，送往显示部分；b.接受键盘输入的信号，进行相应的处理，送往显示部分；c.实测温度与设定温度比较由控制信号控制继电器的通断来控制电炉开关；显示:由2个七段数码管以及数码管的驱动电路组成，2位数码管显示出测量结果，2位数码管显示出设定的温度；按键与报警电路: 键入需要恒定的温度，当水的温度高于设定的温度时，报警电路报警。3 方案的分析与选择3.1 方案的分析本方案是一个基于单片机的恒温温度控制之水温控制电路，需要完成的功能是温度的设定、检测与显
11、示以及的温度的控制和报警等。当温度小于设定温度时电炉工作，当温度大于设定温度时电炉不工作。 本方案在软、硬件功能划分时，电路功能的软、硬件划分往往是由应用电路对控制速度的要求决定的，在没有速度限制的情况下可以依靠软件换取硬件电路的简化，以求降低硬件成本。3.2 方案的选择分析设计要求，要选择一个CPU控制芯片。由于电路控制方案简单，在运行过程中需要存放的中间变量只有给定温度、实测温度、PI运算中间结果及输出结果等十几个变量，因此选用AT89C51微控制器作为电路的核心，由于AT89C51的片内RAM已能满足存放要求，可不必再扩充外部RAM。分析设计要求，要选择一个温度敏感元件，它能够很灵敏的根
12、据温度变化输出一定的信号。这样的器件种类很多，本设计选用的数字式集成温度传感器DS18B20。这是由于本设计中单片机除了要完成数据采集、处理、控制和显示任务外，还要完成按键值得采集、处理。如果用常规的数字加模拟电路实现就会相对困难一些。DS18B20是DALLAS半导体公司（现属MAXIM公司）设计生产的单总线数字温度传感器，其测量温度范围为55128，在-10+85时精度为0.5，这个精度已可以满足普通型的环境温度控制或测温类消费产品的要求。这个传感器最大的特点就是能够从一根总线直接输出二进制的温度信号，不需要A/D转换和信号放大。这样的选择使得整个电路的硬件设计更为简化，节省了单片机的资源
13、。设计显示部分、按键部分和报警。显示部分的设计考虑到在软件设计过程中实际温度和设定温度之间会有影响，本设计采用实际温度和门限温度单独显示，共用一组I/O口。选用的是一组共阴极数码管，采用一块同相器74LS07集成块来驱动。动态扫描显示。按键部分的设计考虑到单片机I/O资源不足的缘故，本文采用四个按键分别用来设定和显示温度。设定的温度在高于设定温度时或在40至99范围外就要报警。控制部分的设计，这一部分主要就是继电器的选择。本设计选择的是固态继电器。固态继电器（Solid state Relay-SSR）是近几年发展起来的一种新型电子继电器，其输入控制电流小，容易驱动，其输出利用晶体管或可控硅驱动，无触点。与普通的电磁式继电器和磁力开关相比，具有无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小质量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲击、抗潮湿、抗腐蚀，本设计采用固态继电器。另外在选择继电器时还要注意它的供电电压和带负载能力。本设计中继电器是由单片机控制的所以它的供电电压选择5V直流电。继电器所带的负载为一个额定功率800W，接220V交流电的电炉。所以继电器的要选用交流型（AC-SSR），耐压在220V以上，电流为1 A以上。本设计选用的是5V供电，2A 250VAC的固态继电器。
