温度控制系统毕业设计

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1、摘 要在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55+125，精度误差在0.5以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代

2、替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度.AbstractIn our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer whi

3、ch use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temp

4、erature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperatu

5、re of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the n

6、umber. This digital thermometer could replace the traditional mercurial thermometer, can be used in family or industrial and production, it has a great value.Key words: MCU: DS18B20 : LED display: Digital thermometer。1.绪 论31.1课题背景31.2立题的目的和意义41.3温度控制系统的预期功能和基本原理41.4本系统主要研究内容62.多功温度控制系统总体分析与设计72.1 温度

7、控制系统的组成和工作原理72.2 温度采集转换系统82.3 升降温控制系统102.4键盘显示系统112.5报警系统122.6电源系统132.7 硬件电路设计142.7.1 系统硬件配置142.7.2 主要元件简介143.软件系统设计283.1软件总体设计283.2系统初始化函数303.3 控制函数303.4键盘显示函数313.5降温函数323.6曲线算法333.7采样34结 论35致 谢37参考文献38系统源程序39基于8051单片机的温度采集器1绪 论1.1课题背景温度控制是自动控制经常讨论的课题之一，它代表了一类自动控制的方法。而且其应用十分广泛，可以说在生产生活中无处不在，例如锅炉、电冰

8、箱等。而由温度控制带来的时滞效应难题始终困扰着实际应用。随着科学技术的高速发展，温度控制技术得到了很大的进步，其应用的领域也不断的扩大。本文将使用8051型单片机对温度控制的基本原理实例化，设计一个带有多功能的、能够减小时滞效应的温度采集控制系统。目的是利用毕业设计的这段时间学习一种利用8051型单片机进行温度采集控制的方法。1.2立题的目的和意义8051型单片机是常用的控制芯片，在智能仪器仪、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果，用其作为温度采集控制系统的实例也很多。使用8051单片机能够实现温度全程的自动控制，而且8051单片机易于学习、掌握，性能价格比高。使用8051型单片

9、机设计温度采集控制系统，可以即时、精确的反映温度变化。完成诸如升温到特定温度、降温到特定温度、在温度点保持恒温等多种控制方式，可以应用到空调、锅炉、电热器一类的设备上。1.3温度控制系统的预期功能和基本原理多功能温度控制系统的设计初衷是满足实际生产中温度控制的需要。为此本系统针对实际应用开发了两种温度控制的模式。第一种控制模式类似于空调，锅炉等需要保持在一定区间内恒温的设备，他们都需要有加温或降温功能，有的当温度超过一定上限时会报警。本系统中把这种工作模式命名为Control模式，简写为C模式。系统工作在这种模式下时，首先系统会提示用户输入温度的上限与下限的温度值。然后根据实际温度的情况决定采

10、取那些方案。如下图131所示： 图131 第一种控制模式示意图该时刻的实际温度低于用户设定的下限温度，所以此时刻系统正处于升温状态，直到实际温度到达上限温度值，系统才停止升温。反之，如果实际温度高于用户设定的下限值时，系统处于降温状态。当实际温度超过用户设定的上、下限温度时，系统还会通过声音、警报灯来报警，同时启动相应的降升温措施。第二种模式在日常生产中是十分普遍的，例如铸造模具、热时效处理等都需要完成“升温恒温降温”反复的过程。本系统模拟了热时效的处理过程，采用“升温恒温升温恒温降温恒温降温”的梯形曲线过程，如下图132所示的： 图132图131 第二种控制模式示意图这种模式对温度控制的要求

11、比较高，技术指标也很多，例如必须保持采样时间有单位并且均匀、升温降温的过程要稳定、迅速等。常用的温度控制算法都采用PID算法。本设计从成本、设计复杂度、实用性及开发时间诸多因素的考虑采用了DDC算法，主要体现在升降温过程中。系统为典型的反馈式温度控制系统，组成部分见图133。其中数字控制器的功能由8051单片机实现。 图133温度控制系统组成框图1.4本系统主要研究内容本系统所要完成的任务是：（1）能够实时、准确的采样温度值。（2）能够以DDC控制方式，进行升温、降温过程。（3）完成温度梯形曲线的变化过程。（4）更加人性化的设计。上、下界限温度能够用户输入并显示，声音、警报灯的报警功能等。2.

12、多功温度控制系统总体分析与设计2.1 温度控制系统的组成和工作原理多功能温度控制系统能是以8051单片机作为核心，周边设备使用DS18B20型单线智能温度传感器、液晶显示芯片74HC00、继电器及其驱动电路、红、蓝色发光二极管、蜂鸣器、电加热器、直流电机风扇等。经DS18B20采集到的数字量与用户设定的温度值进行比较，即可得到现场温度和设定温度的偏差。用户设定值由键盘输入。由8051单片机构成的数字控制器按最小拍进行运算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给8051内部定时计数器转变为高低电平的不同持续时间，送至继电器及其驱动电路，触发晶闸管并改变其导通角大小，从而控制电加热

13、器的加热电压，起到控温的作用。系统基本硬件结构框图如图211所示。其功能和原理如下：（1）8051：负责中心运算和控制，协调系统各个模块的工作。（2）温度温度传感器DS18B20：负责温度与数字量的转化。其精度可精确到小数点后四位。（3）功率模块：采用随机型固态继电器控制加热设备的方式。随机型固态继电器采用低电压输入方式，一般为DC310V，用可控硅做输出器件。这样控制部分与大功率部分实现隔离，可抑制干扰。 图211系统基本硬件结构框图（4）人机交互模块：用4X1键盘和液晶显示器构成友善的人机交互界面。（5）抗干扰模块：使用看门狗芯片X25045，其看门狗功能将对系统起到有效的监视作用，内含5

14、12B串行E2PROM，具有掉电非易失特性，在本系统中做数据备份用。（6）红、蓝色LED，蜂鸣器：负责系统的报警功能。当温度超过用户设定的上、下限值时系统将报警。LED灯在单片机的控制下点亮，同时蜂鸣器发出报警声，通知用户采取相应的措施。2.2 温度采集转换系统在设计此类系统时，传统的方法是通过热敏电阻或模拟集成温度传感器采集温度的模拟量，再用A/D器将转换后的数字量送给单片机，这些方案的主要缺点是精度差，（例如典型的模拟集成温度传感器AD590的精度仅为0.5）并且因为采用了A/D转换器使电路过于复杂。基于简化电路，提高性价比的考虑，本设计采用集成化智能型温度传感器DS18B20完成现场温度

15、的采集。系统电路图如图221所示 图221温度转换采集系统电路图DS18B20是美国DALLAS公司生产单线智能温度传感器，其采用DALLAS公司独特的“单线（1Wire）总线”专有技术，通过串行通信接口（I/O）直接输出被测温度值（912位二进制数据，含符号位）。其工作在在12位模式下时，所对应的温度分辨力高达0.0625。温度/数字转换时间的典型值为93.75ms。根据定义，单线总线只有一根线，这意味着总线上每个器件只能分时驱动单线总线，并要求每个器件必须有漏极开路输出或三态输出的特性。 DS18B20的单线接口I/O就属于漏极开路输出。在单线总线上必须接上拉电阻，其电阻值约为5K（标称值可取5.1 K或4.7 K）。当单线总线上挂有多个从属器件时，也称之为多点总线。单线总线杂空闲状态下呈高电平。操作单线总线时，必须从空闲状态开始。单线总线加低电平的转换时间超过480us时，总线上所有的器件均被复位。在主CPU发出复位脉冲后，从属器件就发出应答脉冲（PRESENCE PULSE），来通知主CPU它已经作好了接收数据和命令的准备工作。DS18B20与微处理器的电路接法如图222所示：