1、 题 目 基于单片机的温度控制系统英文题目 Temperature control system basedon single chip学生姓名： 学 号： 专 业：指导老师: 职称 系 别： 机械与电子工程系 2012 年 5 月 1 日东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 摘要摘 要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此
2、，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度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，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还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。关键字：单片机 温度控制 继电器东华理工大学长江学院毕业设计（论文） AbstractABSTRACTThe temperature is constantly in the daily life of physical and temperature contr
3、ols in various fields have a positive meaning. A lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistance heaters and the various uses of temperature bins, SCM using their right to control not only easy to contro
4、l, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of the products. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted. The temperature
5、was designed with the now popular AT89S51 SCM, and with DS18B20 digital temperature sensor, The temperature sensor can set up their own temperature collars. SCM will detect that the temperature of the input signal and temperature, the lower comparisons this judgment whether to activate the relay to
6、open the equipment. The design also includes commonly used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. Key words: Single chip microcomputer Temperature control SSR东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 目录目 录绪论 .11.1 课题研究背景及意义 .11.2 测温技术的发展与应用 .11
7、.3 设计具体任务及要求 .22. 温度控制原理的总体设计 .32.1 单片机芯片的选择方案和论证 .32.2 显示模块选择方案和论证 .32.3 温度传感器设计的选择方案和论证 .42.4 控制按键的选择 .43. 系统硬件设计 .54. 温度控制系统软件的设计 .84.1 软件总体设计 .84.1.1 系统软件设计整体思路 .84.2 系统程序流图 .84.2.1 主程序 .94.2.2 温度子程序 .104.2.3 复位、应答子程序 .114.2.4 写入子程序 .144.2.5 系统总的流程图 .165. 温度控制系统调试与设计 .175.1 温度控制系统软件调试 .17结论 .18致
8、 谢 .19参考文献 .20附录 .21附录 1 温度控制系统电路图 .21附录 2.22东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论0绪论1.1 课题研究背景及意义随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。单片机在测控领域中具有十分广泛的应用，它既可以测量电信号，又可测量湿度、温度等非电信号。由单片机构成的温度检测和温度控制系统可广泛应用于很多领域。在传统的模拟信号
9、远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的
10、场所，或科研实验室使用。1.2 测温技术的发展与应用近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的矩阵式温度传感器；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。随着科学技术日益迅速的发展，数字监控系统已经深入到生活的各个方面。温度计作为测温器件，不仅在日常生活中而且在工农业(例如粮食储藏)技术中应用十分广泛。但是常用的温度计多为管式温度计，不仅读数很不方便，还容易损坏。因此在 DS18B20 数字温度传感器技术的基础上制作的数字温度计，由于能够数码管直接显示温度，读数方便快易，而且电路简
11、单、安全可靠而被大量应用于温检和温控系统中。DS18B20 是 DALLAS 公司继 DS1820 之后推出的增强型单线数字温度传感器。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。属于新一代适配微处理器的智能温东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论1度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。随着电子器件的发展,控制电路的形式也多种多样,无论是神经网络,模糊控制还是遗传算法,都属于人工智能领域,同 PID 结合以调节 PID 参数,可以适应温控系统非线性、干扰多、时延长
12、、时变和分布变化的特点，可以实现温控系统的参数自调整,将线性控制与非线性相结合, 从而达到更好的控制效果。1.3 设计具体任务及要求(1)课题设计要求：1、温度设定在 40-900C，最小区分度为 10C，标定温差10C2、环境温度降低（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差10C3、用十进制数码显示水的实际温度2)课题内容：采用单片机 AT89C51 为核心。采用了温度传感器 DS18B20 采集温度变化信号，并通过单片机处理后去控制温度，使其达到稳定。使用单片机具有编程灵活，控制简单的优点，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并且通过软件编程能实现控制使系统还具有控制精度高的特点。东华理工大
13、学长江学院毕业设计（论文） 总体设计22. 温度控制原理的总体设计2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一: 采用 8031 作为控制核心,以使用最为普遍的器件 ADC0809 作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行,器件的价格便宜,但 8031 内部没有程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且 ADC0809 是 8位的模数转换,不能满足本题目的精度要求。方案二:采用 AT89C51 单片机，AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Mem
14、ory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。综观上述两种方案的论证与比较,我们采用 AT89C51 作为主控模块芯片。2.2
15、 显示模块选择方案和论证方 案 一 ： 采 用 LCD 显 示 器 ， LCD 是液晶显示屏的全称，主要有TFT、UFB、TFD、STN 等几种类型的液晶显示屏。电脑液晶显示屏常用的是 TFT。TFT屏幕是薄膜晶体管，是有源矩阵类型液晶显示器，在其背部设置特殊光管，可以主动对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这也是所谓的主动矩阵 TFT 的来历,这样可以大的提高响应时间，约为 80 毫秒，有效改善了 STN（STN 响应时间为 200 毫秒）闪烁模糊的现象，有效的提高了播放动态画面的能力。和 STN 相比，TFT 有出色的色彩饱和度,还原能力和更高的对比度,太阳下依然看的非常清楚,但是缺点是比较
16、耗电,而且成本也较高。方案二：L ED 显 示 器 是 单 片 机 应 用 系 统 中 常 见 的 输 出 器 件 ， 而 在 单 片 机 的 应 用上 也 是 被 广 泛 运 用 的 。 如 果 需 要 显 示 的 内 容 只 有 数 码 和 某 些 字 母 ， 使 用 LED 数 码 管是 一 种 较 好 的 选 择 。 LED 数 码 管 显 示 清 晰 、 成 本 低 廉 、 配 置 灵 活 ， 与 单 片 机 接 口 简单 易 行 。 体积更小，重量更轻、相对显示面积更大、零辐射，无闪烁、 功耗小，抗干扰能力强、画面质量更高。 使用功能更为智能化。经过二种方案的比较，排除了前一种方案
17、之后，最后选择方案二：LED 数码管动态扫描显示东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 总体设计32.3 温度传感器设计的选择方案和论证方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度，重复性，可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适合用的。而且使用热敏电阻需要用到十分复杂的算法，一定程度增加了软件实施的难度。方案二：采用温度芯片 DS18B20 测量温度，该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测量元件，且此元件线性较好。在 0-100 摄氏度时，最大线性偏差小于 1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。本制作的做大特点之一就是直接采用温度芯片对
18、温度进行测量，使数据传输和处理简单化。此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。综观上述两种方案的论证与比较,我们采用温度芯片 DS18B20 作为主控模块芯片。2.4 控制按键的选择方案一:矩阵式按键，将键值显示在七节显示器上的单片机源码。把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个 bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，比对之后就可知道是哪个键被按下。比如说扫描码送入 01111111，前面的 0111 是代表扫描第一行 P1.0 列，而后面的 1111 是让读取的 4
19、 行接脚先设為 VDD，若第一行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成 01111101(注意 1111 变成 1101)，其中 LSB 的第三个 bit 会由 1变成 0，这是因為这个按键被按下之后，被垂直的扫描码电位 short，而把读取的LSB 的 bit 电位拉到 0，此即為扫描原理。由於这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，為了避免让 8051 误判為多次输入同一按键，我们必须在侦测到有按键被按下，就 Delay 一小段时间，使键盘以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定。用来对温度报警由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是
20、合理的。方案二:独立式按键,每个按键实现一个功能,易于控制且编写程序简单,容易理解，虽然会占用一定的单片机 I/O 口资源,但是题目中要求使用的按键要尽量少。通过以上两种方案比较，采用方案一。东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 系统硬件设计43. 系统硬件设计系统硬件设计是进行系统设计的最重要、最关键的一步。总体方案的好坏，直接影响整个控制系统调节品质及实施细则。硬件系统也是由不同模块组成的，但各个模块是协调工作的，例如显示部分是系统和人类交互的窗口，没有这部分 A/D 转换精度再高控制效果再好，我们无法得知，所以每一部分都很重要。系统硬件设计分为主控模块、测温模块、显示与键盘模块、继电器控
21、制模块、时钟与复位电路、报警电路六大块组成如下图3-1所示。图 3-1 温度测控系统硬件原理框图（1）DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 3.1 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P1.1 口接单线总线为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管和 89S51 的 P1.0 来完成对总线的上拉。当 DS18B20
22、 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 s。采用寄生电源供电方式是 VDD和 GND 端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过 3 个步骤：初始化:ROM操作指令；存储器操作指令。（2）继电器 XIAL1 和 XIAL2 分别接 28PF 的电容，中间再并个 12MHZ 的晶振，形成单片机的晶振电路。（3）LED 数码管显示有动态显示和静态显示两种显示驱动（4）键盘是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列，键盘的设置由应用系统加热继电器电风扇继电器时钟与复位电路 单 片 机DS18B20键盘输入接口LED 显示电路报警电路东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪论5具
