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1、基于单片机的温度控制器的设计摘 要温度是工业控制中主要的被控参数之一，在日常生活中也经常要用到温度的检测及控制。本文介绍了一种以AT89C51单片机为核心控制器，以DS18B20为温度传感器的温度控制器。首先，通过对元器件的选择，设计控制器的硬件电路，包括测温电路、按键电路、温度控制继电器电路、LCD液晶显示电路，AT89C51单片机最小系统等；然后，设计相关应用程序，包括主程序，读出温度子程序、温度控制继电器程序、LCD显示程序、按键处理程序等；最后，通过仿真，对整个系统进行调试、分析。最终实现温度采集、显示、控制等功能。仿真结果表明，所设计的控制器能够完成所需功能，并且具有测量精准高、实时
2、性好、使用方便等特点。关键词:温度控制；AT89C52；温度显示；DS18B20ABSTRACTThe temperature is one of the control parameters in the main industrial control,temperature detection and control are often used to in daily life.This paper introduces a kind of the temperature controller,AT89C51 is the controller,temperature sensor is
3、 DS18B20.At first,through the choice of components,hardware circuit design,including temperature measurement circuit,key circuit,temperature control relay circuit,LCD liquid crystal display circuit,AT89C51 single-chip microcomputer minimum systems;Then,design related applications,including the main
4、program,read the temperature procedure,temperature control relay program,LCD display procedures,key procedures;Finally,through the simulation to the whole system commissioning,analysis,can realize temperature gathering,display,control,and other functions.The simulation results show that the designed
5、 controller can complete the function,and it has high precision measurement,good real-time,convenient use,etc.Key word: Temperature control;AT89C52;Temperature display;DS18B20村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。61基于单片机的温度控制器的设计目录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1 研究的背景及意义1
6、1.2 国内外研究现状11.3 研究的设想2第2章 温度控制器总体设计32.1 温度控制器的选择32.1.1 基于51单片机的温度控制器32.1.2 基于ARM的温度控制器32.1.3 基于PLC的工业温度控制器42.2 本设计的重难点52.3 本章小结5第3章 温度控制器的硬件电路设计63.1 温度传感器的选择63.1.1 数字温度传感器63.1.2 热电阻温度传感器73.1.3 方案选择73.2 温度采集模块电路的设计73.2.1 DS18B20介绍73.2.2 温度传感器工作原理83.2.3 DS18B20工作原理介绍103.2.4 DS18B20使用中的注意事项113.2.5 DS18
7、B20和AT89C51单片机连接电路123.3 显示模块设计123.3.1 LCD液晶显示器简介123.3.2 液晶模块简介133.3.3 液晶显示部分与STC89C51单片机的接口153.4 按键电路的设计163.4.1 单片机检测按键的原理163.4.2 矩阵键盘的设计173.5 本章小结18第4章 系统软件设计194.1 主程序的设计194.2 DS18B20初始化程序204.3 LCD初始化程序的设计224.4 继电器控制的程序234.6 本章小结29第5章 仿真结果及分析305.1 系统仿真305.2 仿真分析315.3 本章小结31第6章 结束语326.1 研究总结326.2 本次
8、设计的不足326.3 发展前景及展望326.4 设计小结33致 谢34参考文献35附 录36附录1 程序清单36附录2 电路原理图63基于单片机的温度控制器的设计第1章 引 言1.1 研究的背景及意义温度控制器在生产和生活的领域已经得到了广泛的使用,如家电、汽车、以及各种工业生产过程等,控制电路也由于应用场合所要求的性能指标的不同而不同,在工业生产中,控制技术人员一直都在努力解决许多问题,如何提高温度控制对象的控制性能，以及怎样提高控制精度的问题。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发及应用在很大程度上提高了工业生产及生活中对温度的控制水平1。1.
9、2 国内外研究现状由于微机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制器的设计与应用大大提高了生活和工业生产过程中对温度的控制水平。国外研究对温度控制技术早在20世纪70年代的时候就已经开始了，比较早。最开始采用的组合仪表装置是模拟式的，能够实时采集和指示、记录以及控制现场的信息。80年代的末期开始出现的的温度控制系统是分布式的。当今正在开发和研制计算机数据采集的控制系统是多因子综合温度控制系统。这些年来，世界各国的温度测控技术发展的步伐加快，很多国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向大力发展温度控制系统。美国、日本的温度监测系统近20年来发展很快，他们结
10、合本国条件做出了具有创新特色的成就，但其监控设备价格昂贵。我国的温度测控系统的技术研究比较晚，开始于20世纪的80年代。我国的工程技术人员在不断地吸收发达国家的温度测控技术的基础之上，逐步掌握了温度室内微机控制系统的技术，但是该技术仅仅限于对温度的单项的环境因子进行控制。我国的温度测控设施计算机的应用发展，在从消化吸收、到简单应用阶段再到实用化、综合性应用阶段进行过渡和不断地发展。在技术上，则是以单片机控制的单参数和单回路的居多，目前还没有真正意义上的多参数温度综合控制系统，与发达国家比，还存在很大差距。 我国近年引进了多达16个国家和地区的工厂环境控制系统，对吸收国外先进经验、推动工厂温度自
11、动检测产生了积极的作用。我国目前的温度测量控制系统离到工厂化还有很长的路要走，生产和实际中仍有许多的问题等着我们解决，如存在着装备配套的能力落后，产业化的程度低下，环境控制的水平滞后，软硬件的资源还不能共享和可靠性差等缺点。随着社会的不断发展，温度的测量以及控制变得越来越重要。本文拟采用STC89C52单片机设计了一种对温度进行实时测量及控制的系统。单片机STC89C52 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶显示屏上实时显示，可以手动设置温度范围，通过继电器控制加热，从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。1.3 研究的设想本文拟设计一种基于
12、微处理器的温度实时采集控制系统。温度控制器除需具有温度采集功能外，还要能实时显示温度数据，可以手动设置温度范围，通过继电器控制加热从而把温度控制在设定的范围之内等功能。通过对微处理器的选型、温度传感器的选择、显示器的选择以及设计外围电路完成硬件电路的设计。同时，还需要进行软件的设计完成所需功能。系统通过矩阵键盘来设定要控制的温度大小，单片机STC89C52 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度信号控制温度升降继电器，从而使温度稳定在设定的大小。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。第2章 温度控制器总体设计2.1 温度控制器的选择2.1.1 基于51单片机的温度控制器图2-1是
13、基于51单片机的温度控制器框图。该控制器由温度采集模块、控制模块、显示模块、报警模块以及电源模块等组成。基于单片机的温度控制器框图如图2-1所示。图2-1 基于单片机温度控制器框图15单片机是控制器的控制核心，因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52单片机，AT89C51片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。而AT89S52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较A
14、T89C51大，为256字节。显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短2。2.1.2 基于ARM的温度控制器图2-2是基于ARM处理器的温度控制器框图。此控制器主要是针对工业控制领域现场的仪器仪表而开发的。该框图包括了监控复位、ARM微处理器、电源、存储器扩展(RAM、Flash和EEPROM)、网络通信、DA转换输出、人机交换接口(LED)、温度检测电路、AD转换、RS232通信和CPLD控制电路(外围设备的译码、配置，实现系统的硬件软件化)等一些模块。基于ARM温度控制器框图如图2-2所示。图2-2 基于ARM温度控制器框图温度传感器用来测量外部温度信息，通过CPLD控制，ARM微处理器
15、中处理AD转换后的数字信号，显示处理信息通过LCD显示，由网络接121远程监控。当然，现场也可以通过键盘实时人工进行干预。通过RS232串口传送由ARM微处理器处理的数据到上位机再进行显示存储。若是工作过程中出现了一些错误，立即产生声光报警。而且，键盘还可以在现场进行干预设置，处理故障等等。这里的ARM单片机选用的是ATMEL公司的32位AT91M40800。AT91M40800不但有ARM7TDMI内核，而且它的内部还集成了有许多外围的一些设备，很多的内部寄存器就可以快速完成中断的处理。因为AT91M40800微处理器能够通过编程的EBI和片外存储器达到相连，使它具有很快的访问速度；而且它还具有8个优先级的向量中断控制器和外部数据的控制器相连接，从而可以提高中断响应的速度。所以，AT91M40800微处理器十分的适用于工业实时的控制领域，也是嵌入式工业温度控制器中处理器的最佳选择。2.1.3 基于PLC的工业温度控制器PLC与其他微型计算机相比,更适于在恶劣的工业环境中运行,且数据处理功能大大增强, 具有强大的功能指令，编程也极为方便简单编程指令具有模块化功能,能够解决就地编程、监控、通讯等问题。PLC 的梯形图语言清晰、直观、可读性强, 易于掌握.PLC具有丰富的功能指令，能实现加减乘
