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1、毕业设计说明书（论文）作者：学号：教研室：电气自动化教研室专业：电气自动化技术题目：基于单片机的温度限制系统设计指导者：评阅者：毕业设计（论文）评语学生姓名：班级、学号：题目：综合成果：指导者评语:该生能按时完成毕业设计（论文）任务书规定的工作，主动查阅有关文献资料，设计看法端正，能独立思索并解决有关技术问题，论文符合学校规定的格式，写作的规范化程度好。设计方案可行，有确定的创新性，假如再多参考一些外文资料，将会更加完善。建议成果评定为一，可以提交答辩。指导者（签字）：毕业设计（论文）评语评阅者评语：评阅者（签字）：年月0答辩委员会（小组）评语：答辩委员会负责人（签字）：毕业设计说明书（论文）
2、中文摘要文献综述摘要本设计用AT89C51单片机实现房间的恒温限制。该系统由温度检测模块、温度显示模块、标准温度设定以及温度限制模块组成。温度检测模块是将DS18B20温度传感器对温度进行测量所传出的数字信号利用单片机进行读取和处理；温度显示模块用四位LED数码管显示，温度显示的精度为0.1度；温度设定模块用三个按键进行房间标准温度值的输入；温度限制是依据房间的实际温度与设定的标准温度之间的差值来调整可变脉宽（PWM）的宽度,从而限制可控硅的导通或截止的时间实现系统的恒温限制。本设计的相关软件编程由汇编语言实现，与硬件电路相辅相成，很好实现了系统的功能。本温度限制系统实现简洁，经济有效，能够达
3、到良好的温度限制效果。本系统操作简洁，好用性强，成本低廉，在实际生产生活中可以广泛应用。关键词AT89C51单片机温度传感器DS18B20恒温限制可变脉宽（PWM）书目1绪论O1.1 温度限制系统探讨的目的和意义O1.2 温度限制系统探讨概况OL3温度传感器技术O2系统总体方案设计32.1 方案论证32.2 系统功能介绍43系统硬件电路设计63.1 传感器接口电路设计63.1.1 温度数据采集电路63.2 LED显示接口电设计83 .2.1AT89C51单片机94 .2.2LED数码管113.3 温度限制电路的设计124脉宽调制154.1脉宽调制的介绍134.2基本原理134.3脉宽调制信号的
4、设计思想144.4脉宽调制信号的作用144.5脉冲宽度调制优点155系统软件设计156系统软件调试186.1目测186.2硬件调试186.3 软件的调试186.4 留意事项19结束语21参考文献22致谢23附录一程序24附录二硬件电路图351绪论1.1 温度限制系统探讨的目的和意义在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变更和化学反应过程都与温度密相关，因此温度限制是生产自动化的重要任务。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化是现代温度限制系统发展的主流方向。特殊是近几年来，温度限制系统早已应用到人们生活的各个方面，但
5、温度限制始终是一个未开发的领域，却又与人们休戚相关的一个世纪问题。针对这种实际状况，设计一个温度限制系统具有广泛的应用前景与意义。本设计为房间温度限制系统设计，限制的对象是房间温度。温度限制在日常生活及工业领域应用特别广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度限制。而以往温度限制是由人工完成的而且不够重视。其实在很多场所温度都须要得到很好的限制。针对这一问题，本系统设计的目的是实现可以依据设定温度进行自行调整的系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既好用又廉价的限制系统。1.2 温度限制系统探讨概况国外对温度限制技术探讨较早，始于20世纪70年头。先是采纳模拟式的组合仪表,
6、采集现场信息并进行指示、记录和限制。80年头末出现了分布式限制系统。目前正开发和研制计算机数据采集限制系统的多因子综合限制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的探讨较晚，始于20世纪80年头。我国工程技术人员在汲取发达国家温度测控技术的基础上，才驾驭了温度室内微机限制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的限制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化汲取、简洁应用阶段向好用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机限制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合限制系统，与发达国家相比，
7、存在较大差距。我国温度测量限制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍旧有很多问题困扰着我们，存在着装备配套实力差，产业化程度低，环境限制水平落后，软硬件资源不能共享和牢靠性差等缺点。1.3 温度传感器技术传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，而传感器应用技术因为须要运用模拟技术，而模拟技术还有很多问题难以解决，因此传感器应用技术也有待进一步发展。为了适应现代科学技术的发展，世界总舵国家都把传感器技术列为现代的关键技术之一。通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器，其实质上是一种功能块，作用是将来自外界的
8、各种信号转换成电信号。它是实现测试与自动限制系统的首要环节。假如没有传感器对原始参数进行精确牢靠地测量，那么无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和限制都将无法实现。温度传感器，运用范围广，数量多，居各种传感器之手。温度传感器的发展大致经验了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要输能够进行非电量和电量之间的转换；模拟集成温度传感器/限制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化、智能化及网络化的方向发展。温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类，其中，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好
9、的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这个示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变更快速的对象，也可测量温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。温度传感器的发展大致可分为以下几种：（1）热电偶传感器。热点偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象干脆接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50C1600C进行连
10、续测量，特殊的热电偶如金铁,银,格最低可测到-269C,锐铢最高可达2800oCo（2）模拟集成温度传感器。采纳硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年头问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是：功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不须要进行非线性校准，外围电路简洁。（3）光纤传感器。光纤测温技术可分为两类:全辐射测温法，单辐射测温法，双波长测温法，多波长测温法等。特点是：光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低，无论是就地运
11、用或远传均特别便利而且光纤直径小，可以单根、成束、Y型或阵列方式运用，结构布置简洁且体积小。缺点是：测量起来困难,难于实现较高的精度，工艺比较困难,且造价高，推广应用有确定困难。（4）半导体汲取式光纤温度传感器。半导体汲取式光纤温度传感器是利用了半导体材料的汲取光谱随温度变更的特性实现的。一种传光型光纤温度传感器，是指在光纤传感系统中，光纤仅作为光波的传输通路，而利用其它如光学式或机械式的敏感元件来感受被测温度的变更。在这类传感器中，半导体汲取式光纤温度传感器是探讨得比较深化的一种。（5）智能温度传感器。智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年头中期问世的。它是微电子技术、计算机
12、技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上己开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中心限制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度限制量，适配各种微限制器（MCU）,并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度限制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时须要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优
13、点，被广泛应用于工业限制、电子测温计、医疗仪器等各种温度限制系统中。其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20MAX6575、DS1722MAX6635等。相比较而言，传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但须要后续信号处理电路，而且热敏电阻的牢靠性相对较差，测量温度的精确度低，检测系统的精度差。数字式温度传感器的种类也不少，并且在实际工程设计中具有上述诸多优点。2系统总体方案设计2.1 方案论证方案一：本课题的初步设计方案是通过限制调功电路的导通比，来实现对被调对象的限制，由图1可见，负载是加热器件，而过零触发电路是由锯齿波发生，信号综合，直流开关，同步电压与过零脉
14、冲输出5个环节组成。如下图所示：图2.1方案一电路图图2.1为第一个设计方案，该方案的工作原理简述如下：(1)锯齿波是由单结晶体管BT和Rl,R2,R3,Wl和CI组成的张驰震荡产生,然后经射极跟随器VI、R4输出。(2)限制电压(Uk)与锯齿波电压进行电流叠加后送到V2的基极，合成电压为Us,当UsO(0.7)时V2导通，Us0(0.7),V2导通，Ube3接近零电位，V3截止，直流开关导通。输出24V直流电压。(4)过零脉冲的输出，由同步变压器TB,整流桥Dl及RIO,RIl组成一削波同步电源，这个电源与直流开关的输出电压共同去限制V4与V5。只有当直流开关导通期间，V4截止，V4、V5基
15、电极和放射极之间才有工作电压，才能工作在期间，同步电压每次过零时，V4截止，其集电极输出正电压，使V5由截止转导通，经脉冲变压器输出触发脉冲而此脉冲使晶闸管T在须要导通的时刻导通。在直流开关导通期间使出连续的正弦波限制电压Uk的大小确定了直流开关导通时间的长短，也就确定了在设定周期内导通的周波数，从而可输出功率的调整。明显，限制电压Uk越大，则导通的周波数就越多，输出的功率也就越大，电阻炉的温度也就越高，反之，电阻炉的温度就越低。闭环限制自动调温的基本指导思想是在系统中增设温度传感器和温度调整器，温度传感器的基本功能是检测电炉的实际温度，并变换成电压讯号和炉温限制电压Uk进行比较，依据两者差值的大小(Ae=Uk-Uft)和变更方向(即为正还是为负)，通过调整器进行相反方向的调整，使调整器的输出限制直流开关导通时间的长短，从而使设定周期内晶闸管的导通周波数增大或者减小，相应的电炉温度上升一点或者减小一点。实行这种限制方式，可以使炉温在较小的范围内变更，限制精度高。方案二：为了使得电路的简洁化，采纳单片机作为限制核心来设计本课题，温度信号采集运用温度传感器DS18B20,温度限制的基本思想为：通过采集到的温度与标准温度之间
