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1、哈 尔 滨 工 业 大 学毕 业 论 文作 者： 学 学 院： 系( 专业 )： 题 目： 基于单片机的温度控制系统的设计 指导者： 评阅者： 2011年 6月 日哈尔滨工业大学毕业论文0毕 业 论 文 中 文 摘 要题 目：基于单片机的温度控制系统的设计摘要：本设计以 AT89S51 单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片 DS18B20 采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC 机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计
2、部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。关键词：AT89S51 单片机 DS18B20 温度芯片 温度控制 串口通讯哈尔滨工业大学毕业论文0毕 业 论 文 外 文 摘 要Title Based on Monolithic Integrated Circuits Temperature Control Systems Design AbstractThis design take at89S51 monolithic integrated circuit as core temperature control
3、 systems principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signals way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control systems hardware part, including: Temperature examination electric circui
4、t, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal. In the article also emph
5、atically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temperature warning procedure.K
6、eywords：AT89S51 Monolithic Integrated Circuit ；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Serial Port Communication哈尔滨工业大学毕业论文0目 次1 引言12 设计要求13 工作原理14 方案设计与论证24.1 主控制部分 34.2 测量部分 35 各单元的设计 85.1 键盘单元85.2 温度控制及超温和超温警报单元 105.3 温度控制器件电路115.4 温度测试单元 115.5 七段数码管显示单元115.6 接口通讯单元 136 电源输入单元147 程序设计157.1 概
7、 述157.2 程序结构分析 167.3 主程序 178. 测设分析 17结论 18参考文献 19致谢20附录 A 使用说明 21附录 B 程序清单 21哈尔滨工业大学毕业论文01 引言温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作
8、频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的 PID 控制方式,但 PID 控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器 DS18B20，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器 DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。
9、更能串接多个数字温度传感器 DS18B20 进行范围的温度检测。2 设计要求 设计基于单片计算机的温度控制器，用于控制温度。具体要求如下: 1. 温度连续可调，范围为 0-40 2. 超调量 %20% 3. 温度误差0.5 4. 人-机对话方便 哈尔滨工业大学毕业论文13 工作原理温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温
10、度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接 PC 机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。3-1 工作原理图AT89S518BIT CPU键盘电路DS18B20 温度芯片数据传输数据显示继电器 1 N压缩制冷器继电器 2 加热器MAX232 电平转换芯片 片超温报警PC 机输入电源哈尔滨工业大学毕业论文24 方案设
11、计4.1 温度测量部分方案DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口
12、线就能与多个 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片 DS18B20 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。图 4-1 温度芯片 DS18B204.2 主控制部分方案AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反
13、复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes哈尔滨工业大学毕业论文3的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
