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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 40 页引言 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。 作为获取信息的
2、手段传感器统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非展常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。论文主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便，控制灵活等优点。 本设计系统包括单片机，温
3、度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 1 温度检测和控制的重要性 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。1.1 温度
4、控制器的发展状况温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和日常生活中经常测量的物理量，也是人类研究最早测量方法最多的物理量之一。因而温度检测仪应用领域之广，使用数量之多，一直高居各类测量仪之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器（即数字温度传感器）。a) 分立式温度传感器传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器，均属于分立式温度传感器，传感器本身就是一个完整的、独立的感温元件。此类传感器通常要配温度变送器，以获得标准的模拟量（电压或电流）输出信号。b) 模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅
5、半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于一种简单的集成温度传感器，适合远距离测量、控温，不需要进行非线性校准，典型产品有AD590、AD592等。c) 模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。d) 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年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，国际上许多著名的集成电路生产厂已经开发出上百
6、种智能温度传感器产品。1.2 课题研究必要性随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。温度是工业生产中常见并且十分重要的参数之一，特别是在冶金、石油、食品、印染等工厂中。由于不同的工艺所需的温度变化曲线各不相同，而现有的温度控制仪大多只能进行恒温控制。因此许多生产过程中加热、保温、降温以及自然降温等操作都是由人工操作的，这就不可避免地产生各种误差，进而影响产品质量，个别采用的温度自动控制系统由于造价较高、操作复杂等原因又限制了在中小企业的应用，因
7、此研究和开发一种实用的温度控制系统成为当务之急。在工业生产过程中需要实时测量控制温度，尤其是在高危生产行业，如花炮生产，煤矿行业等。但依靠人工检测控制既浪费时间，物力，人力，又有一定的危险性，且数据也不准确，因此研究自动的温度测量控制方法和装置具有重要的意义。1.3 现代控制系统相对传统控制系统的优势传统的控制系统主要由测量电路和控制电路组成，所具备的功能较少，也比较弱，而且结构很复杂。计算机技术的迅速发展，使得传统的控制系统发生了根本性的变革，即采用微机作为控制系统的核心，代替传统的控制系统的传统的电子线路，从而成为新一代的微机化控制系统。将微机技术引入控制系统中，不仅可以解决传统控制系统不
8、能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高控制精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级和维护。因此，现代控制系统设计，特别是高精度、高性能的控制系统，目前已很少不采用计算机技术的了。计算机技术的引入，可以为控制系统带来以下一些新特点和新功能：a) 自动调零功能在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因控制系统漂移变化造成的误差。b) 数字滤波功能利用已算机软件对测量数据进行处理，可以抑制各种干扰和脉冲信号。c) 数据处理功能利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能。d) 复杂控制规律利用计算机技
9、术不仅可以实现经典的PID控制，还可以实现各种复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等。e) 自我诊断功能采用计算机技术后，可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。微机化的控制系统是以微机为核心、测量控制一体化的系统，这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的测量结果决定的。1.4 课题设计特点和应用领域课题采用的是单总线数字温度传感器DS18B20，可直接将温度转换值以16位数字码的方式串行输出：将温度转化为数字编码只需1秒左右。而且它具有独特单线接口方式，即与微处理器接口时仅需占用1个I/O口；支持多节点；测温时无需
10、任何外部元件，可以通过数据线直接供电，具有超低功耗工作方式。测温范围为20+120，测温度精度可达到0.5。由于传送的是串行放大器和A/D转换器可以统统被省却，因而这种测温方式大大提高了各种温度测控系统的可靠性，降低了成本，缩小了体积。其测温系统结构简单，硬件少，成本低，测温精度高，转换速度快，实用性高，应用范围广泛，市场前景好，经济效益可观。系统可以应用于温度要求在20+120之间的任何领域。比如：铁路，粮库，水果，蔬菜存储仓库的温度控制，以及多路温度测控仪，各种养殖场的温度控制监测。由于本系统的测温精度可达0.5，因而对于温度要求特别严格的环境来说，本系统是一个较为理想的监控系统。1.5
11、智能温度控制器的课题主要内容课题的任务是应用单片机及DS18B20单总线器件设计一套温度检测系统，实现对温度的测量及显示，并通过按键人为设定温度上下限！而且在温度超上限价或下限量有控制功能，系统以高性能/价格比的89S52为核心，完成对数据的分析、处理、显示、温度上下限设置、超限自动控制，采用单线数字温度传感器DS18B20来完成对温度的采样和转换。由于课题是完成对温度的实时监测，因而系统的核心部分就是如何实现温度采集。系统采用的是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20来完成这一任务的。DS18B20与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可
12、根据实际要去通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，可分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅从一根口线，温度变换功率来源于数据总线，总线本身可以为所接的DS180B20供电，而无需外电源。DS18B20需在严格的时序控制下才能进行正常操作。对DS18B20的操作包括初始化操作、读/写时间片。总线上的所有操作均从初始化开始，初始化或对RAM、ROM操作。主CPU通过“时间片”来写入或读出DS18B20中的数据。概括说，主CPU经过单线接口访问DS18B20的工作流程为：对DS18B20进行初始化ROM操作命令存
13、储器（包括RAM和EERAM）操作命令数据处理。主CPU对ROM操作完毕，即发出控制操作命令，使DS18B20完成温度测量并将测量结果存入高速暂存器中，然后单片机可读出此温度转换值，并随之进行数据处理、送显示等操作。2 智能温度控制系统基本构成及工作原理2.1系统的硬件构成课题设计的硬件部分由89S52单片机、DS18B20、74LS14、74LS273锁存器以及若干电容、7个发光二极管、4只数码管、5个按键、11.0592MHZ晶振组成。（结构如图2.1）温度传感器89S52显示器与接口控制电路量限设定与控制键盘与接口控制电路图2.1 系统设计结构图 以下对各组成部件功能进行简单介绍：89S
14、52单片机用于温度的采集，数据处理，存储温度上下限和超温控制。DS18B20是单总线数字温度传感器，输出方式为串行单线输出，主要作用是把温度值以数字形式输出和存储转换精度控制字。第三章将作出详细介绍，此处不做过多赘述。 74LS02或非门，用于选择锁存器（与写信号或非）。 74LS14施密特触发器，用于键盘消抖。 74LS273锁存器。用锁存显示位、段码以及指示信号。 按键用于输入和查看温度上下限，使单片机复位，每隔2小时发送0.5秒的启动电机的正脉冲。 晶振是为单片机提供工作脉冲。 数码管用于显示温度值。发光二极管用于上下限溢出报警，温度超限报警及控制，设置上/下限指示，正常工作指示。各功能
15、对应的指示灯设置如表2.1：表2.1 指示灯设置功 能第几灯点亮显示温度第1灯0x02显示下限温度1、20x03设下限温度标志位2、70x41设下限温度十位2、60x21设下限温度个位2、50x11设下限温度十分位2、40x09显示上限温度1、30x06设上限温度 标志位3、70x44设上限温度十位3、60x24设上限温度个位3、50x14设上限温度十分位3、40x0C低于下限温度1、2、4、5、6、70x7B高于上限温度1、3、4、5、6、70x7E2.2 系统的软件构成课题原计划用汇编语言完成。后来决定使用C语音编写程序，系统的软件由温度数据采集、数据处理、温度显示及按键处理等部分组成。89S52完成的功能主要是数据处理、数据分析、控制计算、进制转换、数据显示、按键处理以及电机控制等。温度采样和转换部分由DS18B20来完成。2.2.1 系统的工作原理首先，由温度传感器DS18B20对温度进行采样和转换，将测量结果送给单片机，单片机将输入的温度值进行数据处理，并将温度值与设定的温度值上下限进行比较。根据比较结果进行相应的处理。
