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1、I西南科技大学本科生毕业论文基于单片机的温度监控系统摘要：温度控制在各个行业运用广泛，在化工、冶金、医药、食品和实验室等众多领域里都有涉及。温度的高低直接影响到产品的质量及使用寿命，因此在实际应用中对温度都要求严格控制，对于温度的精确度和稳定性均有较高的要求。随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的适应能力增强和高度智能化正逐步成为现实。其中以单片机为核心对温度进行控制简单直接、精度高、控制灵活、成本低。本系统是以AT89S52单片机为主控制单元，并采用数字温度传感器DS18B20采集现场温度数据而设计的远程温度控制系统。该系统具有对监控对象温度的实时采集并显示；按键设置上、下限温度值；超出
2、设定温度范围，自动报警并能通过外部设备控制温度等功能。该系统结构新颖，电路简单，控制方便。关键词：单片机； DS18B20； 温度检测； 温度控制Temperature Monitoring System Based on Single-chip MicrocomputerAbstract：Temperature control is used widely in industry and chemical, metallurgy, medicine, food and laboratory, many areas are involved. the temperature of a dire
3、ct impact on the quality of the product and service life, so in actual usage is strictly control the temperature required for the accuracy and stability are higher. the theory and electronic control of technology and industrial control of the ability to enhance and highly intelligent is gradually be
4、coming a reality. one of a monolithic integrated circuits to control the temperature a straightforward, high precision, flexibility and control the costs were low.This system is mainly controlled by at89s52 monolithic integrated circuits, and the temperature sensors ds18b20 the digital data collecte
5、d from the design of a remote control system. the temperature of the system for monitoring the object of the collection and display the temperature of the real-time ； button sets the minimum temperature and is beyond the scope and ； set the alarm and to the peripheral devices under control the tempe
6、rature and other features. The system structure and simple, and the control circuit for Key words：Microcontroller;TDS18B20;Tmeasure; Temperature control目 录第1章 绪 论11.1 概述11.2 温度测控技术的发展与现状11.2.1 定值开关控温法21.2.2 PID线性控温法31.2.3 智能温度控制法31.3 系统总体设计方案41.3.1 系统性能要求及特点41.3.2 系统硬件方案分析51.3.3 系统软件方案分析6第2章 系统元件简介7
7、2.1 单片机简介72.1.1 单片机72.1.2 单片机的应用领域82.1.3 AT89S52简介92.2 DS18B20简介112.2.1 DS18B20的性能特点112.2.2 DS18B20产品的特点112.2.3 DS18B20引脚功能介绍及内部结构112.2.4 DS18B20测温原理142.3 中间继电器简介152.3.1 继电器定义152.3.2 结构及原理162.3.3 中间继电器的选型162.4 其它器件简介172.4.1 四位一体共阴数码管172.4.2 74HC573简介182.4.3 2N390420第3章 硬件设计233.1 系统总体结构233.2 主控模块器件选型
8、及设计233.2.1 单片机的选用233.2.2 主控模块设计243.2.3温度采集模块设计253.3 温度显示模块设计263.4 温度控制模块设计27第4章 软件设计284.1 总体控制284.2 DS18B20温度采集294.3 数码管显示294.3.1 温度转换命令子程序294.3.2 计算温度子程序304.3.3 显示温度子程序304.4 继电器控制31第5章 调 试325.1 硬件调试325.2 软件调试335.2.1 集成开发环境KEIL335.2.2 利用KEIL开发系统软件流程345.2.3 软件具体调试34结 论36致 谢37参考文献38附录140附录241西南科技大学本科生
9、毕业论文第1章 绪 论1.1 概述温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。在实际的生产实验环境下，由于系统内部与外界的热交换是难以控制的，其他热源的干扰也是无法精确计算的，因此温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能的符合人们的要求，就需要采取其他手段来达到这样一个绝热的目的，例如可以让目标系统外部环境的温度
10、与其内部温度同步变化。根据热力学第二定律，两个温度相同的系统之间是达到热平衡的，这样利用一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把目标系统与外界进行热隔离。另外，在大部分实际的环境中，增温要比降温方便得多。因此，对温度的控制精度要求比较高的情况下，是不允许出现过冲现象的，即不允许实际温度超过控制的目标温度。特别是隔热效果很好的环境，温度一旦出现过冲，将难以很快把温度降下来。这是因为很多应用中只有加热环节，而没有冷却的装置。同样道理，对于只有冷却没有加热环节的应用中，实际温度低于控制的目标温度，对控制效果的影响也是很大的。鉴于上述这些特点，高精度温度控制的难度比较大，而且不同的应用环境也需要不同的
11、控制策略。下面就简要的讨论一下温度测控技术的发展与现状。1.2 温度测控技术的发展与现状近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，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个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度,但由于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，难于测量运动物体的温度。另外的非接
12、触式测温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温度，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。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类:动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，
13、冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等；恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。本文所讨论的基于单片机的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求，故以下仅对恒值温度控制进行讨论。从工业控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种:1.2.1 定值开关控温法所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热装置(或冷却装置)进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置；若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器并同时关断制冷器。这种开关控温方法比较
14、简单，在没有计算机参与的情况下，用很简单的模拟电路就能够实现。目前，采用这种控制方法的温度控制器在我国许多工厂的老式工业电炉中仍被使用。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使被控对象温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。1.2.2 PID线性控温法这种控温方法是基于经典控制理论中的PID调节器控制原理，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差、
15、误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温。其具体控制电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID控制器，后者称为数字PID控制器。其中数字PID控制器的参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数(比例值、积分值、微分值)。只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。但是，它的不足也恰恰在于此，当对象特性一旦发生改变，三个控制参数也必须相应地跟着改变，否则其控制品质就难以得到保证。1.2.3 智能温度控制法为了克服PID线性控温法的弱点，人们相继提出了一系列自动调整PID参数的方法，如PID参数的自学习，自整定等等。并通过将智能控制与PID控制相结合，从而实现温度的智能控制。智能控温法以神经网络和模糊数学为理论基础，并适当加以专家系统来实现智能化。其中应用较多的有模糊控制、神经网络控制以及专家系统等。尤其是模糊控温法在实际工程技术中得到了极为广泛的应用。目前已出现一种高精度模糊控制器，可以很好的模拟人的操作经验来改善控制
