开题报告：单片机数字温度控制系统优化设计.doc

1、本科生毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称 单片机数字温度控制系统优化设计论文（设计）来源导师选题论文设计（类型） 设计 指导教师学生姓名 学号 专业 电子信息工程一、 研究或设计的目的和意义：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。随着控制理论和电子技术的不断发展，工业控制器的适应能力正在逐渐增强和高度智能化正逐步成为现实。其中以单片机为核心

2、实现的数字温度控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到广泛应用。温度量是工业对象控制中的一项重要参数， 对它的测量与控制有十分重要的意义。 采用 51 单片机为核心的温度系统对温度进行控制， 是用途广泛的一类工业控制系统。 这类系统不仅具有控制方便、 组态简单、 灵活性大、 成本较低、 可靠性高等优点， 而且可以大幅度提高 被控制温度的技术指标， 从而大大提高产品的质量。本设计采用现在流行的 AT89S51 单片机，配以 DS18B20 数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此做出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还

3、加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。二、研究或设计的国内外发展趋势：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，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状

4、态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：

5、本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。硬件系统主要包括：1、单片机 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash

6、只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。2、传感器 DS18B20 是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，

7、高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。3、七段数码显示管 数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP（decimal point） ，其基本单元是发光二级管。4、LED 灯 它是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附 在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。5、继电器 继电

8、器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。6、键盘电路 键盘选用轻触开关，只用三个键来输入，其功能分别为“加一” ， “减一”和“确认” 。显示温度：没有 DS18B20 存在时，数码管显示错误 888。有 DS18B20 存在时，数码管显示当前温度 XXX 。设定温度：按下 Enter ，

9、数码管温度显示停止，显示的数字 888 变得比以前亮。这时可以按 Up 和 Down 来调节当前温度 。调节好后，按 Enter 退出。这时数字又变暗了，数码管继续显示当前温度。 继电器随着设定的温度，依据情况跳变。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：由于未曾深入了解过单片机数字温度控制系统优化设计，所以本次设计将需要阅读大量与之相关书籍、文献。通过网上图书馆和老师指导等多渠道获得了帮助。本次设计，需要用到计算机、绘图软件Protel、LED显示器，传感器和外机按键、蜂鸣器等。考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之

10、后进行控制，依次完成设计要求。测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。使用DS18B20数字传感器，不必使用A/D转换，从而简化电路。优化设计。本设计只注重温度控制，继电器只控制加热和降温的开关。五、工作的主要阶段、进度与时间安排：设计分为四个阶段：第一阶段：（三月月初到三月下旬）主要是阅读大量相关书籍、文章文献，搜集资料。第二阶段：（三月下旬至四月下旬）是整理阶段。确定整体思路和制定出论文的目录，并

11、写出大概的提纲。第三阶段：（四月下旬至五月中旬）通过前期的准备，先写出大致的初稿。第四阶段：（五月中旬到六月）将初稿交给老师进行审阅，然后对不足的地方进行反复修改，最后定稿。六、阅读的主要参考文献及资料名称：1张军. 智能温度传感器 DS18B20 及其应用J. 仪表技术,2010,04:68-70.2吕建波. 基于单总线数字温度传感器 DS18B20 的测温系统设计J. 现代电子技术,2012,19:117-119.3魏大慧. 基于 AT89S52 单片机的数字温度控制系统软件设计J. 黑龙江科技信息,2010,33:92.4陈芳,聂鹏,陆兴旺,赵学增,王伟杰. 基于数字温度传感器的模糊温度

12、控制系统J. 传感器技术,2003,11:45-47+50.5崔雪梅,王萍. 数字温度控制系统的 Simulink 仿真J. 仪器仪表用户,2005,04:94-95.6唐再波. 基于单片机的数字温度控制系统研究J. 科技风,2011,01:222.7安晓莉. AT89S51 单片机并行 I/O 端口的扩展J. 电子设计工程,2009,08:66-67+70.8Steven F.Barrett,Daniel J.Pack.Embedded SystemM.北京：电子工业出版社，20069 A Direct Torque Controller for Permanent Magnet Synch

13、ronous Motor Drives.:IEEE Transactions on Energy Conversion,，1999, 15-20.10Su, Liangyu. Design of RF Heat Therapy System Based on DS18B20 and FPGAJ. Sensors & Transducers,2014,1789:.11鄢梦林,孙威东,万玉盼. 基于 AT89S51 单片机的温度控制系统设计与实现J. 福建电脑,2013,10:10-11+38.12杨欣等.电子设计从零开始.北京：清华大学出版社，2005.七、导师意见和建议：课题符合本科毕业设计任务要求，资料收集和相关的实验条件满足毕业设计条件。同意开题。指导教师（签字）： 2016 年 3 月 11 日