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1、安徽机电职业技术学院毕 业 论 文基于单片机的温度控制系统系 （部） 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电3112班 姓 名 刘珍珍 学 号 1302113124 指导教师 曾劲松 20132014学年 第 1 学期指导教师评语等级签名日期摘要单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。为此在本文中设计了基于STC89C51的温度测量系统。这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路, 该电路非常简单, 易于实现, 并且适用于几乎所有类型的单片机。国内外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。目前社会
2、上温度控制系统大多采用智能调节器，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较高。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用本设计研究了一种高精度温度控制系统，采用单总线数字式温度传感器DS18B20和单片机STC89C51组成温度测量仪。首先分析了DS18B20的结构和工作原理，并以此建立，以STC89C51单片机为处理器的温度测量和控制装置的硬件组成和软件设计。测量温度通过LED数码管进行显示。温度控制系统可以通过键盘修改期望的控制温度值。基于DS18B20的温度测量控制
3、系统，具有测量准确、测量范围宽、体积小、控制方便等优点1。该控制系统适于人们日常生活、工业生产和科学领域对温度的控制要求。关键词：温度控制、温度测量、DS18B20传感器、STC89C51单片机目录第1章 概述11.1论文研究的目的11.2论文研究的内容21.3论文研究的意义2第2章 温度控制系统方案的论证与选择32.1 显示的选择32.2 键盘模块的选择32.3 控制模块的选取32.4 加热器的选择42.5 温度传感模块的选择42.6 MCU模块的选择4第3章 系统设计53.1 报警模块53.2 控制模块63.3显示模块63.4 按键模块73.5 温度传感器特性83.6 温度采样部分103.
4、7 模数转换部分113.8 系统电路图12第4章 程序的设计134.1程序流程图134.2 具体应用程序设计13第5章 元件的介绍235.1 DS18B20传感器235.2 STC89C51单片机24致谢26参考文献27第1章 概述1.1论文研究的目的近年来，温度检测在理论上发展的比较成熟 ，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时的对温度进行采样，确保数据的正常传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量的方式优点是：简单、可靠、低廉、测量精度高，一般能够测得真实温度；但由于
5、检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难以测量运动物体的温度。另外的非接触式的测量方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是：不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的测量，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。温度控制是工业生产中经常遇到的过程控制，在很多工艺生产中，温度的控制效
6、果直接影响到产品的质量，因而设计一种比较理想的温度控制系统是非常有价值的。日常生活中，温度值也是一个重要的参考量。此外，对温度信息的采集，检测，控制，不仅保证了产品质量，还节约了能源，在安全生产方面有积极作用。本控制器可实时测量现场温度，并根据温度情况和人为设置情况调节现场温度，使温度保持在一个设定的范围内2。其中人为设置可通过操作按键完成。另外，本系统还具有温度超越界限时的报警功能。 防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿
7、度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。1.2论文研究的内容本设计的内容是温度测试控制，控制对象就是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如浴室、水池、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防意外发生。本文将采用了单片机对温度实现自动控制。主要实现的功能是：对被控对象的温度进行实时采集，其主要是通过一传感器（可编
8、程温度传感器DS18B20）将温度转变模拟电信号，再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机（AT89S52）中，单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的温度进行对比，当小于设定值时将发出信号启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。1.3论文研究的意义本设计是一温度控制器，拟要实现的功能是：对被控对象的温度进行实时采集，通过温度传感器将温度转变成模拟电信号，再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机中并从数码管显示出来，同时单片机将传感器所采集到的温度和事先设定的上下限温度进行对比，当低于设定值时将发出信号启动加热装置；当高于设定值时将关闭
9、加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。第2章 温度控制系统方案的论证与选择本设计的内容是设计一温度控制器。温度是工业控制对象的主要被控参数之一。本设计将通过单片机实现对温度自动控制。主要实现的功能是：对被控对象的温度进行实时采集和显示，通过按键设定合适温度范围，单片机将传感器所采集到的温度和设定的温度范围进行对比，当小于设定值时将发出信号启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，从而使得被控温度控制在一定的范围之内，达到实时控制的功能。通过对要实现的功能进行分析，可分为显示、按键、控制模块、加热器、温度传感模块、MCU模块。2.1 显示的选择本设计需要将温度进行
10、采集并实时显示出来，所以一个合适的显示器是很必要的。就显示来说，需要显示清晰明朗，显示字体要足够大，而且成本要低，控制简单3。考虑以上条件后再结合现有知识，本设计的显示器最终选择共阳四位数码管。显示范围从0-99.9，既满足了温度范围，又有足够的精度（0.1）。最后一位设置并显示C，代表温度单位。2.2 键盘模块的选择本设计中需要通过按键来设定温度范围，需由三个按键构成，一个模式选择：通过此按键可切换温度显示和报警温度的显示以及对报警极限值进行调整。两个温度值上下调节：一个增加，一个减小。、2.3 控制模块的选取在工业生产中当温度超出设定范围时系统要及时作出相应的反应以维持温度在设定范围内。经
11、多方对比后本模块选定由5V继电器来实现，当温度超过预设报警温度时，通过单片机输出高低电平来控制继电器的通断，来实现对加热器的控制。成本低，控制简单，易于实现。2.4 加热器的选择此模块是继电器控制的外部控制器的一个简单缩影，对不同的被控对象来说，实现此模块所用的控制器不同。本设计实现对温度的控制，此模块可为加热器和降温设备。这些不在本设计考虑范围内。2.5 温度传感模块的选择工业中温度的检测精确度是衡量温度控制系统质量好坏的一个非常重要的方面，因此选一个精确的温度传感器是非常关键的。此模块可由多种途径实现：方案一：通过热敏电阻对温度的敏感感知来采集温度信号，此方案需要用A/D转换，使温度模拟信
12、号转换成单片机所需的数字信号；方案二：通过DS18B20传感器来实现对温度的采集，采集的信号直接为数字信号；对比此两种方案，可看出方案二易于实现，电路简单，并且DS18B20的温度分辨率高，最小误差仅为0.1C。因此本设计选用DS18B20来采集温度4。2.6 MCU模块的选择在系统中MCU是核心，考虑到本设计的复杂程度、对MCU的要求及稳定性，本设计采用普通的51 单片机，具体选型时采用可在线编程的STC89C51单片机为系统核心。温度信号通过热敏电阻和放大器转换成电信号，再由ADC0809转换成为数字信号，测温电路采用桥式电路，温度设定采用按键移位式设定方法，温度控制采用光耦和可控硅控制加
13、热器。软件算法采用设定值和测量值相比较的算法。在单片机应用的基础上，实现了一种用带有EPROM的AT89C51单片机控制传感器的自动化温度监控系统。第3章 系统设计3.1 报警模块蜂鸣器报警电路报警采用蜂鸣器发声，由于单片机引脚选通PNP型三极管8550来控制蜂鸣器报警，具体电路如图3.1。图3.1 报警模块3.2 控制模块此模块采用5V继电器来实现，同报警电路一样，也用8550三极管选通，具体电路如图2.2。图3.2 控制模块图3.3显示模块LED显示器是单片机应用系统中常见的输出器件，而在单片机的应用上也是被广泛运用的。如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择
14、。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。此模块采用三极管驱动四位共阳数码管来显示5 LED数码管作为显示字段的数码型显示器件，它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符，常用的LED数码管有7段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接在一起，通常此共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。本次设计所用的LED数码管显示器为共阳极。LED数码管的使用与发光二极管相同，根据材料不同正向压降一般为1.52V，额定电流为10MA，最大电流为40MA。静态显示时取10MA为宜，动态扫描显示可加大脉冲电流，但一般不超过40MA。 具体电路图如下：图3.3 显示模块3.4 按键模块本设计共三个按键，低电平有效。电路如上图。图3.4 按键模块图3.5 温度传感器特性本设计中选择DS18B20作为温度传感器。DS1820S（16 脚SSOP）：所有上表中未提及的引脚都无连接。表3.1 引脚说明16脚SSOPPR35符号说明91GND接地82DQ
