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1、 天 津 大 学 网 络 教 育 学 院本科毕业设计（论文）题目：基于单片机温度控制系统的设计完成期限：2016年1月8日 至 2016年5月10日学习中心：选择一项。专业名称：选择一项。学生：此处键入学生XX学生学号：此处键入学生学号指导教师：此处键入教师XX摘 要无论是在现代化的城市生活中，还是在落后的乡镇生活中，温度都扮演着极其重要的角色，我们几乎所有的日常生活都与温度息息相关。自18世纪工业革命发展以来，工业的发展与人类掌握对温度的控制有着密切的联系，都离不开对温度的掌握。随着单片机技术的飞速发展，单片机的一系列优点越发惹人注目，其工作稳定可靠等优点已经被很多企业接受。本设计基于AT8
2、9C51单片机和温度传感器实现温度控制系统，不仅控制简便而且高效率控制，大大提高温度控制系统的灵活性，扩大基于单片机温度控制系统的适用围。本设计在具体介绍温度控制系统整体的设计方案之后，详细介绍了温度控制系统硬件设计、温度控制系统软件设计和相关接口的电路设计，讨论基于单片机温度控制系统的相关应用，最后总结本设计的合理性和有效性。关键词：单片机； 温度传感器； 温度控制 目 录第一章 绪论11.1 温度控制系统概况11.2 国外研究现状11.3 课题的主要工作2第二章 总体设计32.1总体设计方案32.2功能描述32.3温度控制系统硬件电路框图4第三章 温度控制系统硬件设计53.1硬件设计方案5
3、3.2单片机系统介绍53.3 温度信号采集模块的设计93.3.1温度传感器的选择93.3.2 信号放大电路103.3.3 A/D转换电路103.4键盘控制电路的设计113.5液晶显示电路的设计123.6蜂鸣器警报电路的设计133.7加热模块电路的设计14第四章 系统软件设计164.1软件设计方案164.2温度控制部分程序的设计174.3键盘部分程序的设计184.4数据采集模块程序设计184.5液晶显示部分温度程序的设计19第五章 总结与展望21参考文献22附 录23致 29 / 第一章 绪论1.1 温度控制系统概况本课题主要是基于单片机的温度控制系统的设计和研究，研究中的控制对象为温度。温度在
4、我们的日常生活中很常见，也是很熟悉的东西，很多场所都需要控制温度来提供生产，比如火力发电厂、浴室、植物的培植室等场所的温度控制。纵观电气时代以来的人类发展史，很多温度控制都只是人工操作的，且不够重视，也因此发生了很多意外。随着电子技术的快速发展，智能化实现对温度的控制已经可以实现。本课题以芯片为核心，对温度传感器感测到的温度进行分析、数值显示和数据存储，从而有效实现单片机对温度的智能控制。1.2 国外研究现状相对而言，国外比我国对温度控制系统的研究要早的多。国外从20世纪70年代开始，通过模拟组合的方式，采集信号并发出指令和存贮。80年代开始进行分布式控制方式的研究1。现代世界各国的温度控制系
5、统发展的非常迅速，很多国家开始实现由半自动化向完全自动化的方向发展。我国对于温度控制系统的研究起步较晚，很大部分都只是借鉴一些发达国家的成熟技术，真正自己研究的东西并不多。整体的温度控制技术设施简单，控制因素单一。当然我国的温度控制技术正在由简单到实用化、综合性应用方向发展，虽然我国温度控制和温度测量技术远没有达到工厂化的程度，与欧美一些发达国家相比还存在很大差距，但是近几年国家开始重视自动化设备控制系统的研究，很多科研人员开始着手自动化控制设备的研究，制定很多成功的案例。但是理论研究始终停留在理论研究的层次，无法适用于工厂生产，很多研究方案，要么太过理论化、理想化，要么太过复杂，费用太过昂贵
6、。同样，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2。因此，设计一款比较实用的温度控制系统十分有必要，关于基于单片机的温度控制系统的设计和研究课题也十分有意义。1.3 课题的主要工作本研究主要是对温度的实时检测和有效控制。首先设定密闭空间温度，通过温度传感器感测密闭空间温度，由信号放大电路将温度信号放大，然后经过A/D转换电路转换将转换信号传递给芯片，假如感测器感测到密闭空间温度高于设定温度，系统立即停止加热，使温度达到密闭空间设定值温度；假如感测器感测到密闭空间温
7、度低于设定温度，系统立即启动加热器，对密闭空间升温，使密闭空间温度升高。任意一模块不工作或工作出错，蜂鸣器会发出报警信号，从而达到智能化目的。液晶显示器可以实时显示密闭空间温度。课题研究主要包括如下一些方面：（1） 单片机的选择；（2） 温度传感器的选择与温度传感器信号处理电路的设计；（3） 液晶显示器电路的设计；（4） 蜂鸣器报警模块的设计；（5） 加热模块控制电路的设计；（6） 键盘电路的设计。第二章 总体设计课题研究主要包括六个部分：单片机、温度传感器与信号处理电路、液晶显示器电路、蜂鸣器报警模块、加热模块控制电路和键盘电路。其中，如何有效实现温度控制系统的控制，关键在于温度传感器的选择
8、和驱动电路的设计，键盘电路可以实现对温度上限值和下限值的输入。2.1总体设计方案本研究主要包括两个方面的研究：硬件设计和软件设计。想要实现完整的功能，必须选择合适的元器件，对于整体设计的硬件部分主要包括驱动电路的设计，软件部分主要包括程序的编写。本系统采用热电偶温度自动控制系统，具体系统设计流程图如图2-1所示：图2-1 系统设计流程图2.2功能描述（1）通过温度传感器感测密闭空间温度，将感测到的温度信号经过信号处理电路，传递给单片机接口，控制系统单片机对整个控制系统进行解析；（2） 当人在键盘上输入温度设定值后，芯片接收输入信号，单片机开始控制加热模块，判断是否对系统进行加热，假如没有设定值
9、，系统不给密闭空间加热，密闭空间温度不变化；（3） 本系统带有报警装置，假如温度控系统的任意一模块不工作，即密闭空间在控制的情况下，偏离设定值过大，系统便会发生报警；（4） 液晶显示器会显示密闭空间不同的温度值，因为键盘上的温度设置值不同，整个系统控制的密闭空间温度也不同。2.3温度控制系统硬件电路框图本研究能够实现单片机对密闭空间温度的有效控制的功能，通过单片机对温度的智能控制，从而实现温度智能化控制的目的。系统结构框图如图2-2所示液晶显示电路AT89C51控制器信号处理电路温度信号采集蜂鸣器警报模块键盘电路加热模块控制图2-2 系统结构框图第三章 温度控制系统硬件设计3.1硬件设计方案根
10、据设计需求构建原理图，选择合适的控制芯片，分别实现对温度传感器的选择与温度传感器信号处理电路的设计；液晶显示器电路的设计；蜂鸣器报警模块的设计；加热模块控制电路的设计；键盘电路的设计。其中主要包括电路的设计，电子器件的选择。目前在现有的设计中，温度传感器的选择与温度传感器信号处理电路的设计、液晶显示器电路的设计和加热模块控制电路的设计参考线路图样本较多，选择难度不大，而蜂鸣器报警模块的设计难度较大，如何选择误差，让大众更容易接受，比较有技术含量。3.2单片机系统介绍在整个系统的控制中，采用单片机处理芯片对课题的设计对象进行控制，主要有一下一些特性3：（1）芯片面向的控制对象为8位CPU；（2）
11、芯片有4KB ROM 的程序存储器；（3）芯片有128B的片数据存储器；（4）可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；（5）在芯片中有2个16位的定时/计数器；（6）芯片中共有32条可以单独编程的接口，4个并行I/O接口；（7）芯片中有2个中断优先级，5个中断源；（8）在芯片中还可有掉电保护模式和低功耗的闲置；单片机除了以上一些特征外，而且物美价廉，外围电路相对而言较为简单。在实际应用中，此款单片机的工作频率比较低，但是对于整个设计系统，此工作频率足以满足整个系统的控制。单片机有32个I/O端口，这样便于整体设计，如图3-1所示为单片机控制系统。图3-1 单片机控制系统在如图3
12、-1所示的单片机控制系统中，AT89C51单片机拥有两个外部中断、两个16位的定时器和两个可编程串行UART的单片机。因此AT89C51单片机作为中心控制模块完全满足设计需求，从而满足整个控制系统。AT89C51单片机的引脚如图3-2所示图3-2 AT89C51引脚图AT89C51单片机引脚说明：VCC：单片机电源GND：单片机接地引脚端口：端口为8位漏级开路双向I/O端口。此端口为输出端口，其中端口的每一位都能带动8个TTL逻辑电平。当端口输出信号为“1”时，表示高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，端口为低8位地址/数据复用。此种情况，端口表示部上拉电阻。当操作时假如用flash编程，
13、则端口也可以用来工作：在程序验证的过程中，需要上拉电阻，输出指令字节。端口：端口有置上拉电阻，8位双向I/O端口，端口可驱动4个TTL逻辑电平。当端口输出信号为“1”时，将输出电流。并且与其它单片机不同之处是，和可以作为定时/计数器2的外部计数输入（/）和输出（/），具体情况如表3-1所示。表 3-1 和的其它功能引脚号功能特性（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制当Flash编程和校验的过程中，端口会接收低8位地址字节。端口：端口有置上拉电阻8位双向I/O端口，端口可驱动4个TTL逻辑电平。当端口输出信号为“1”时，由于端口被部上拉电阻拉高，此端口
14、便有了输入端口的功能，当此端口为输入端口时，较低的引脚将输出电流为ILL 。AT89C51单片机片存储器售后通常处于擦除状态,即每个地址单元容均为FFH,因此人们可随时对其编程4-5。当访问外部存储器或者通过16位的地址访问外部大量的存储设备时，端口会输出8位的地址。在此种情况下，端口会发送1，在使用8位的地址访问外部大量的存储设备时，端口会输出端口锁存器的部分容。在Flash校验的过程中，端口会接收8位地址和一些其它的控制信号。端口：端口有置上拉电阻8位双向I/O端口，端口可驱动4个TTL逻辑电平。当端口输出信号为“1”时，由于端口被部上拉电阻拉高，此端口便有了输入端口的功能。当此端口为输入端口时，较低的引脚将输出电流为ILL。端口除了作为I/O接口外，还有其它功能功能，如表3-2所示。表 3-2 端口的其它功能引脚号第二功能（串行输入）（串行输出）（外部中断0）（外部中断1）（定时器0外部输入）（定时器1外部输入）（外部数据存储器写选通）（外部数据存储器读选通）当Flash编程和校验的过程中，P3端口会接收一些控制信号。：表示复位。当晶振工作，管脚会以2个机器周期高电平使单片机复位。：当访问外部存储设备时，ALE地址锁存器控制信号会锁存低8位地址输出脉冲。当Flash编程的
