基于89C52单片机的温度控制系统毕业论文.doc
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1、山东英才学院本科生毕业设计(论文)山东英才学院 毕 业 设 计(论 文)题目:基于89C52单片机的温度控制系统 学生姓名 睢 家 果 学 院 机械设计制造及自动化工程学院 专 业 电 气 工 程 及 其 自 动 化 学 号 201101020166 指导教师 孔 令 宇 年 月 日毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明:所提交的毕业设计(论文),是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名: 日期: 年
2、月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密,在_年解密后适用本授权书。2、不保密。(请在以上相应方框内打“”)论文作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日目 录摘要1Abstract21 绪论31.1 概述31.2 温度控制的发展与现状31.3 本文主要工作及章节安排51.3.1
3、本文主要工作51.3.2 章节安排52 系统总体设计方案72.1 系统性能要求及特点72.1.1 系统性能要求72.1.2 系统特点72.2 系统硬件方案分析72.3 系统软件方案分析83 硬件设计103.1 系统硬件总体结构103.2 主控模块器件选型及设计113.2.1 单片机的选用113.2.2 单片机介绍113.2.3 主控模块设计133.3 温度采集模块的选型及设计133.3.1 温度传感器的选用133.3.2 温度传感器介绍143.3.3 温度采集模块设计163.4 电源电路173.5 按键电路173.6 显示电路183.7 蜂鸣器报警电路193.8 可控硅加热电路203.9 风扇
4、降温电路214 软件设计234.1 软件的总体设计流程图234.2 温度采集模块244.3 显示模块284.4 按键消抖295实验315.1调试环境315.2 系统调试355.3实现功能38 5.4结果分析38结论39参考文献40致 谢41附录1:系统硬件原理图42附录2:设计实物图43附录3:软件程序清单44山东英才学院2011届本科生毕业设计(论文)基于89C52单片机的温度控制系统-基于STC89C52单片机的温度控制系统摘要:随着技术的发展,各类温度控制系统已经被广泛地应用到工农业的生产以及人们的生活当中,它们所检测的温度各不相同,而且还具有一定的滞后性。因此在保证精度的前提下如何快速
5、、有效对待测温度实施检测与控制,是当下人们所关注的一个重要话题。本文研究设计了一种基于单片机的温度控制系统,利用这个系统对待测温度进行实时地检测与控制,主要通过硬件组成、软件设计以及相关接口的连接来实现,通过硬件调试和软件调试得出的数据表明,该系统在0100的温度范围内时,可以快速、有效地对温度进行检测与控制,其控制精度为0.5。其温度范围是通过按键输入的,这是人机交互的具体体现。本文所阐述的温度控制系统通过合理地设计具有较强的实用性,只需要改变相应得元器件就可以应用到各种温度控制领域中。关键词:温度控制;单片机;人机交互89C52 micro-controller based tempera
6、ture control system-STC89C52 micro-controller based temperature control systemAbstract:Withthedevelopmentoftechnology,temperaturecontrolsystemhasbeen widelyappliedtovariousindustrial and agricultural productionand peoplesdaily lives,theytestthetemperaturevaries,butalsohasa certainlag.Thus,Under the
7、premise of ensuring the accuracyof howfast,effectivelytreattemperaturedetection and controlimplementation,is an importanttopic of currentconcern.This paper expounds the composition,software design andrelevant interface circuitdesign based onmicro-controller temperature controlsystem hardware,constit
8、ute a completesystem of temperature control,real-timedetectionand control of temperatureto be measuredby the system.Through the hardware debugging and software debuggingdata indicates that,the systemat 0to 100 DEG Cwhen,can quickly,effectivelythe temperaturedetection and control,the control precisio
9、nis 0.5 C.Thetemperature rangeisinput by a key,thisis the embodimentof human-computer interaction.Reasonable designwith strong practicabilityby the temperature controlsystem described in this paper,only need to change thecorrespondingcomponentscan be applied tovarious fields oftemperature control.Ke
10、y words:Temperature control ; Micro-controller ; Human-computer interaction1 绪论1.1 概述温度是一个非常重要的衡量指标,无论是在产品生产还是在化工方面对温度的要求都比较高,只有在所规定的温度范围内才能使这些过程正常进行。比如在测试产品的耐高温程度,那么就需要对温度进行精准的控制,只有这样才能提高产品的性能及质量。不仅如此,温度在人们的日常生活中也变得越来越重要,炎热的夏天人们都喜欢生活在温度较低的环境下,而到了寒冷的冬天人们又都喜欢生活在温度较高的环境下,空调、加热器、冰箱等产品都是适应人们的需要以及社会的发展所研
11、发出来的产品,所以温度成为当今社会研究讨论的一个热门话题。在温度控制系统中,控制的前提是温度的监测,而监测必然离不开温度传感器,目前应用比较完善成熟的温度传感器是热电式温度传感器,它主要包括热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结温度传感器。它们的结构特点如下:(1) 热电偶:该温度传感器是具有简单的结构,使用起来十分方便;在对待测对象进行测量时,其可以达到很高的精度;其测量的温度范围很宽,可以很好地进行远距离的传输并且具有较低的损耗;改温度传感器自带电源,方便特殊场合下的测量。(2)热电阻:热电阻测量温度时的稳定性很高,并且其测量时具有很高的精度,在温度要求不高的场合,比较有广阔的应用前景。该温度传
12、感器的缺点就是不能用于较高温度的测量。(3)热敏电阻:热敏电阻是由半导体制成的,是一种感温元件,当所测环境的温度变化时,其电阻的阻值也随之发生变化。热敏电阻的体积小并且集成度很高,因此它的灵敏度也很高,同时它可以在较高的温度下进行工作。但是它也存在一些不可避免的缺点,如:相同规格产品的性能参数有很大差异,所不能很好的互换。而且其热电特性有很大的非线性,使用起来很大的不便。(4)PN结温度传感器:当用该PN结温度传感器进行温度测量时是PN结的结该温度传感器的灵敏度很高,能够适用在各种精密温度的测量。该温度传感器主要是对控制对象进行检测、控制、补偿等操作。PN结温度传感器还能够和电子元器件进行组合
13、用于测量温度。1.2 温度控制的发展与现状随着文明社会的进步以及科研技术的飞速发展,各种控制系统正在向微型化、自动化和智能化方面发展,各种生产和生活都离不开温度的测量与控制,所以目前科研专家正在研究设计更精密的温度测量控制系统,来满足社会各方面的需求。但在当下,理论大于应用,许多比较完善成熟的温度控制系统还停留在理论上,温度测控系统在实际应用当中,精度是其进行控制的前提,在保证精度的前提下如何快速、有效、实时地对温度进行采样,确保相关数据传输的正确性,并能对待测对象进行精确的温度调节,仍然是现代人们需要面临和解决的问题。在对温度进行测量时,按是否接触测温方式主要分为接触式测温和非接触式测温两种
14、方式。发展比较早的是接触式测温,该测温方式具有简单易用、成本低、精度高、稳定性好等优点,能够较为精确地测出待对象所具有的实际温度;由于它和待测对象是相互接触的,那么必然会受到热惯性的影响,那么测量温度的时候其响应所需要的时间会很长,该方式只适用于耐热、不易腐蚀的物体,对耐热性比较小的物体很难对其进行精确的测量。非接触测温方式是通过辐射来实现对温度进行测量的,它不会破坏所测的温度场,可以测量耐热性比较小的物体以及更适合测量运动物体的温度,其测量温度所需要的时间也很短。在对温度进行控制中,根据控制对象的不同主要分为两大类:一类是控制变化的温度;另一类是控制恒定的温度。随着现代信息科学新技术的突飞猛
15、进,现代检测技术、传感器应用技术、测控系统应用技术的结合使得温度控制系统的研究趋于更加灵活、方便、高效。为了满足人类的生活要求,很多与新型科技结合的温度控制系统也被科学家们研究出来。如下图1-1所示为目前较为先进的温度控制系统。用微型化计算机控制系统代替模拟式控制系统是今后科研专家研究的主要方向。这种微型计算机控制系统较以往方式的优越性有很多,如:适应能力、简单的操作能力、无噪声污染、精度高、强大的功能等。目前国内温度控制系统的研究与发展,相对于国外而言还存在很大的差距,它们之间主要的差距主要是在控制算法上面,具体表现在国内温度控制系统所测范围有限并且控制精度还比较低,适应环境的能力很差。因此
16、,在以后的发展中,我们需要加大对温度控制系统的研究与设计的力度。热电偶检测被控对象触发器单板计算机A/D变换器放大滤波 D/A变换器电阻丝图1-1 单片机温度控制系统1.3 本文主要工作及章节安排1.3.1 本文主要工作 (1)在明确设计任务书要求以及所要完成的成果,选择总体设计方案;(2)对系统进行硬件设计,主要包括主控制电路、温度采集电路、可控硅调温电路等的设计;(3)对系统进行软件设计,包括主程序、温度采集程序、显示程序等的设计; (4)对整个温度控制系统进行软件和硬件调试。1.3.2 章节安排第一章为本研究课题的绪论,对温度进行了整体的概述,阐述了温度控制的发展与现状,概括的介绍了本文
17、的主要工作及章节安排。第二章为本研究课题的系统总体设计方案,规划出系统总体的设计方案,指出了系统的性能要求及特点,对硬件方案和软件方案进行了合理的分析。第三章为本课题的硬件设计,主要是对各功能模块以及各功能模块的接口线路的连接进行详细的研究与设计第四章为本研究课题的软件设计,主要是对各功能模块进行编程工作,以便在实物中可以实现所要求的功能。第五章为本课题的实验调试,主要是对程序的调试与修改,并且把调试好的程序下载到51开发板上,通过具体的实物可以更好地观察其所能够实现的功能,同时也可以进行相应的结果分析。最后为本课题研究的总结部分,主要是对本课题设计的整体性的评价,以及自己在设计中的感受。2
18、系统总体设计方案本文要求设计一个温度智能控制系统,只有在系统总体设计方案确定的情况下,才能合理有序、主次分明的进行详细的研究与设计。本系统要求设计一个基于89C52单片机的温度控制系统,那么我们应该首先确定控制模块所用到的单片机,温度控制系统必然离不开温度的检测,那么就要选择符合本系统要求的以及能更好地实现温度采集与转换功能的温度传感器,然后用该温度传感器实时检测待测对象的温度,然后转换成数字信号传送给单片机,在显示屏上显示所测得的温度进而驱动报警电路和加热电路或者放热电路工作。从而达到本课题设计所要求的对温度的智能控制。2.1 系统性能要求及特点2.1.1 系统性能要求(1)该温度控制系统可
19、以用四位LED显示器显示0100温度值;(2)该温度控制系统可以通过键盘人为的预置温度的上限和下限,并且系统能够通过加温或降温自动将温度调节到所设定的范围内;(3)该温度控制系统可以利用可控硅对温度进行调节;(4)该温度控制系统要求为其闭环控制系统;(5)该温度控制系统要求其控制精度为0.5。(6)该系温度控制系统要求用Protel绘出温度智能控制系统电路图,完成主电路、控制电路元器件参数选择以及控制精度计算分析。根据需要来选择图样大小。2.1.2 系统特点根据系统性能要求可以看出,该温度控制系统应该能够实时检测与控制温度并且具有精度高、体积小、易操作、成本低等特点,因此本系统的硬件设计有如下
20、特点:本系统的主控制单元主要以STC89C52单片机为控制核心,该单片机在进行控制的时候具有响应时间短、运行速度快的优势,同时该单片机具有丰富的内部资源及众多引脚方便功能扩展,完全可以实现本系统的控制要求。根据测温范围,该温度控制系统选择DS18B20进行温度采集,由于该温度传感器输出的直接是数字信号,不需要A/D转换器等转换元件,节省了内部资源的占用空间,同时也减少了传输过程中的损耗和时间,在很大程度上提高了温度测量的精度。为了使硬件系统更加趋向简单化,加热模块利用双向可控硅输出,不需要D/A转换这一环节。为了提高该温度控制系统的通用性,主要芯片都是选择典型、常用的芯片,为能够应用到各个领域
21、打下了良好的基础。2.2 系统硬件方案分析 温度控制系统的硬件电路大多采用模拟控制电路和单片机控制电路两种形式。模拟控制电路主要由模拟集成电路、运算放大器、电容和电压比较器等组成。它能够实时地对系统进行控制,并且该系统的响应速度很快。在自动控制系统中,系统采集信号的速率越快越好,这样样有利于提高系统的稳定性和测量精度,同时,信号的采集速率与控制系统的响应特性有关。除此之外,模拟控制电路要想实现高精度的测量与控制,那么就得依赖于复杂的算法设计,这种算法及其复杂,在短时间内很难实现其精确的控制。单片机控制电路,顾名思义其核心器件就是单片机,在结构上它把中央处理器(CPU)、输入接口和输出接口电路等
22、功能集成在一块超大规模集成电路芯片上,计算机所拥有的功能模块它都有,简单的说就是一个微型计算机。在控制功能方面,因为单片机具有非常丰富的指令,而且还具有非常强大的拓展功能,因此可以满足工农业的生产以及人们的生活需求,单片机的运行速度也非常的快,除此之外它还具有简便易携带、成本较低、性价比高、损耗较低以及正常工作对电压的要求比较低等特点。利用单片机进行系统设计,具有简单、易操作等功能,使系统内部功能模块得到充分利用,其控制算法是利用软件编程实现的,可以在很大程度上提高了系统的性能。综上分析与论证,该系统选择单片机控制电路对温度控制系统实施控制。通过单片机控制系统的硬件设计与软件调试,设计出一个精
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