温度自动控制系统课程综合设计

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1、 课课 程程 设设 计计 题 目: 釜式反应器温度自动 控制系统 系 （部） : 电气工程及其自动化 班 级: 2009 级 05 班 姓 名: 姜 明 亮 学 号: 0401090245 指 导 教 师: 薛 明 君 完 成 时 间: 2011.10.15 釜式温度自动控制系统课程设计釜式温度自动控制系统课程设计摘摘要要: :这次综合设计，主要是设计一个温度自动控制系统，用8 位单片机控制，DS18B20 数字温度传感器采集数据，并用LCD 液晶显示器模块显示。它属于一个恒温系统。通过单片机处理，并发出指令，使用继电器控制、隔离。DS18B20 数字温度传感器是一个 12 位的数字温度传感器

2、，直接输出二进制数字信号。在本次设计中设值为9 位，灵敏度为 0.5 度。前前 言言本次设计分为显示、数据处理、数据采集和执行机构四个部分。显示器采用图形液晶显示器 QH2001，它是一个象素为 12864 的点阵，数据处理用 MCS-51 系列单片机 AT89S52 进行集中控制，同时它还可以扩展为与上位机通信，并通过上位机设定为恒定值。数据采集部分采用集成数字温度传感器直接转换为二进制代码，并通过 1-WIRE 总线传送数据和发送控制指令，控制数字温度传感器的读写操作。数字温度传感器和单片机接口只需要一个 I/O 口，但是在单片机中需要按照数字温度传感器的时序进行软件编程模拟。在执行部分采

3、用继电器，并通过它进行电气隔离，继电器再接通加热器和冷却设备进行温度调节。继电器用 NPN 三极管 SKT9014 驱动。本次综合设计是为毕业设计作准备。该系统有自动调节的功能，通过改变设定值可以使该设备处于不同的恒温状态，并使控制温度基本上等于设定温度，精度为0.5 度。总体方案设计总体方案设计这次课程设计题目为温度自动控制系统，实现这种控制目的的方案有两个。方案（一）热电偶温度自动控制系统。方案（二）数字温度传感器温度控制系统。这两个方案都是采用单片机控制，液晶显示模块LCM显示。两个方案的比较部分为温度检测部分。方案（一）的系统框图如下图：该部分温度检测部分检测部分采用热电偶，它需要冷端

4、补偿电路与其配套，并且热电偶输出电压只有几毫负，必须经过放大处理才能A/D转换和D/A转换器接口，若采用8位A/D转换器，CADC0809则输人端需采用仪用放大器，把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件，因此每个温度值都必须通过分度表，查表才能获得，这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到早上千摄氏度，而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂，抗干扰能力不强。方案（二）的框图如下：该方案才用数字温度传感器 DS18B20，它的最高分辨率为 12 位，可识别0.0625 摄氏度的温度。它具有直接输出数字信号和数据处理

5、，并且它和单片机接口只需要一位 I/O 口，因此由它构成的系统简单使用，由于 DS18B20，按照工业设计要求设计，抗干扰性能强。但温度测量范围从-55 摄氏度-125 摄氏度，比较有限位综合比较方案（一）和方案（二），我们只在常温下使用，并且经济合理，因此选择了方案（二）。LCM单片机A/D 转换器信号匹配 放大热电偶及补 偿电路继电器控制部分LCM单片机数字温度传感器 DS18B20继电器控制部分一、一、LCMLCM 显示部分显示部分（一）器件介绍：（一）器件介绍：本次设计的显示部分采用图形点阵显示器模块 QH2001，内带两片 HD61202控制器，分别控制左右屏点阵数据。每片控制器带

6、512 字节的 RAM。其中的每一位数据和屏幕上的一个象素对应。QH2001 显示模块无内带字库，它是在纯图形的方式下工作的。所以我们利用字模软件生成了所需汉字代码，用以进行调用。其程序设计的基本过程是：首先对显示器模块初始化，写入相应控制字和设置显示初始行，然后对显示器清屏。在进行汉字和测试数据显示时，首先确定显示所在行的行数和所调用代码表的标号。如果显示数据，还要确定动态显示的起始列数和字符数。设置完成后，调用选择表处理程序，动态显示处理程序以及显示程序，完成显示过程。（二）控制指令介绍（二）控制指令介绍12864 采用两片 HD61202 分别控制左右半屏的显示，在编程时要注意分别控制，

7、这里的左右屏选取由片选信号 CS1、CS2 完成。当 CS1=1 时选取左半屏为操作对象，CS2=1 时选取右半屏为操作对象，某些情况下可以同时选择左右屏同时操作。另外还有读写（R/W）信号、数据指令（D/I）信号、E 信号等。指令说明如下：注：注：1、该指令控制显示的开关，不影响模块中 RAM 的数据和内部状态。DB0=1，开；DB0=0，关。2、RES=1 表明系统正在初始化；RES=0 表明初始化完成；On/off=1 时不显示；操操 作作R/WR/WD/ID/IDB7DB7DB6DB6DB5DB5DB4DB4DB3DB3DB2DB2DB1DB1DB0DB01、显示器开000011111

8、1/02、起始行设置0011行地址：0633、页地址设置001011页地址：074、列地址设置0001列地址：0635、读状态10Busy0onoffRST00006、写显示数据01数据（8 位）7、读显示数据11数据（8 位）On/off=0 时显示；Busy=1 时正在进行内部操作；Busy=0 时准备好接收指令。3、将欲显示的数据写入显示存储器中。4、从显示存储器中读出被显示的数据。注意：注意：在读写操作之前，要先确定模块的内部状态，当 RES=0 时，才能进行地址设置和数据的读写操作。显示 RAM 的存取地址每进行一次写操作，列地址自动加 1。显示器开关设置显示器开关设置显示初始行设置

9、显示初始行设置数据指针设置数据指针设置（三）（三） LCDLCD 的控制地址分配表的控制地址分配表CS1 CS2 RW DI E (OTHERS E=0)LCD_CMD_L XBYTE0XFF00 1 0 0 0 1 /命令（写）左LCD_STD_L XBYTE0XFF011 0 1 0 1 /状态（读）左LCD_DATAW_L XBYTE0XFF02 1 0 0 1 1 /数据（写）左LCD_DATAR_L XBYTE0XFF03 1 0 1 1 1 /数据（读）左LCD_CMD_R XBYTE0XFF040 1 0 0 1 /命令（写）右LCD_STD_R XBYTE0XFF05 0 1

10、1 0 1 /状态（读）右LCD_DATAW_R XBYTE0XFF06 0 1 0 1 1 /数据（写）右LCD_DATAR_R XBYTE0XFF07 0 1 1 1 1 /数据（读）右CMD_LCD_ON 0X3F/开显示器CMD_LCD_OFF 0X3E/关显示器CMD_LCD_START 0XC0/显示器开始显示CMD_LCD_X 0XB8/写显示数据（列地址）CMD_LCD_Y 0X40/写显示数据（页地址）（四）（四） LCMLCM 接口电路接口电路该部分和单片机接口电路如图（1）所示。图（图（1 1）单片机通过对 P1 口和 P2 口相关引脚的操作间接控制 LCM 的初始化和显

11、示。其初始化和数据传输都通过调用相关的子程序来实现。初始化子程序的框图如图（2）所示。在初始化子程序中，操作非常简单，主要是对 LCM 的初始行设置在第 1 行显示，即向 LCM 发出初始化控制命令 0C0H，然后开显示器，写入 3FH，初始化过程就算完成。最后是对 LCM 内每一个 RAM 写入“0”，使整个屏幕白屏。白屏部分程序是通过一个循环程序来实现的。在向 LCM 输入显示数据的过程中，是通过一个 16 16 的矩阵的子程序来实现的，该子程序可以显示 16 16 的汉字和 16 8 的数字矩阵。该部分子程序程起始行设置开始显示显示器清屏初始化完成序框图如下图（3）所示。图图 3 3该子

12、程序的具体逻辑是通过对页地址和列地址的设置决定显示的初始显示数据，再通过对一个循环次数单元 39H 的内容的确定决定显示是汉字还是数据。在该程序中有两个循环嵌套来确定换列地址和行地址。该显示的整个过程为：首先显示固定不动的汉字，其次是显示设定值，最后是动态循环显示测量数据，所有这些数据的显示都固定的位置。这一点可以通过附录主程序的框图很清楚地表达出来。显示屏幕显示内容的布置如下图（4）所示。温度自动控制系统设定值000.00测量值000.00加热状态图图 4 4数据处理部分数据处理部分（一）（一） 功能介绍功能介绍数据处理部分使用的器件是 MCS-51 系列单片机 AT89C52，它自带 8K

13、 的FLASH 程序存储器，它的核心处理单元为 8 位。数据处理主要是对数字温度传感器采集温度数据，并进行逻辑判断，根据数据的具体情况输出到 LCM 显示和起始页设置返回第一页数据完否？起始列设置第二页数据完否？使继电器动作。这部分包括三个方面的工作，主要由三个子程序来完成，分别为GETWD、DATA-PRO 和 ZTBJ。它主要的功能包括初始化数字温度传感器、写数据到数字温度传感器、从数字温度传感器读数据三个步骤。从这个子程序读出的数据由两个字节组成，高字节为 35H，低字节为 34H，数据格式如下图（5）所示。SSSSS0212000图图 5 5高字节前五位为符号位，低字节在传感器设置为

14、9 位分辨率的情况下，最低三位由 0 补充。数据处理环节，其主要处理过程如框图（6）所示。图图 6 6首先，把高位字节不带进位位 Cy 左移四位，再与 F0H 相与，把低四位置零，高四位保持不变，把所得结果存储，低位字节的处理是：首先把该字节高低四位相互交换，存储该字节在 R3 中，然后把这个数据与 0FH 相与去除高四位，最后把这个低位字节与处理后的高位字节相或，把高低位字节最后处理为一个字节，除去最高位符号位，后七位就是要显示的数据，存储在 36H 中。最后把 R3中数据取出，带进位位左移一位，判断其进位标志位 C 是否为“1”，若为“1”则把数字 5 存储在 37H 中，供 LCM 显示

15、测量值小数部分。否则把 37H 中置零。到此，整个数据处理过程到此结束。开始处理测量数据高位返回数据保存字节合并处理测量数据低位三三 温度数据采集温度数据采集（一）（一）DS18B20DS18B20 简介简介DS18B20 是采用“1-wire”一线总线传输数据的集成温度传感器。它共有三个引脚一个 VCC 电源引脚，一个数据总线，一个地引脚，可采用外部电源供电，也可采用总线供电方式，此时，把 VCC 连接在一起作为数字电源。在本次设计中采用外部电源供电方式。它内部有一个 64 位的 ROM 区，其中前 8 位为该器件的序列号，接下来 48是该器件的编号，每个器件都不一样，用于在一线总线上连接多传感器时进行对象识别，第 8 位是前 56 位的 CRC 校验码。接下来是 RAM 区和 EERAM 区。RAM前五个字节分别为 LSB、MSB、FH、TL 和 CONFIG 值，分别表示温度测量值的低位字节、高位字节、温度高温低温报警和使用传感器分辨率设置位。EERAM 分别用于 TH 和 TL 的数据保存。每次上电时，数据会自动从 EERAM 拷贝到 TH 和TL 中。fonfrg 值的数据格式如下