1、南京邮电大学毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 自动温度控制系统设计专 业 电气工程及其自动化学生姓名 李涵玥班级学号 B090606 B09060603指导教师 庞宗强 指导单位 自动化学院 日期： 2012 年 11 月 1 日至 2013 年 7 月 10 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：李涵玥日期：2013 年 5
2、月 23 日摘 要随着现代信息技术的飞快发展，温度控制系统被广泛应用于农业和工业生产中，它对人们的生活产生了很大的影响，所以对温度控制系统的研究和设计意义重大。本文设计的目的在于学习基于 STC89C52 单片机的自动温度控制系统的设计流程。本设计以单片机为主控单元，以 DS18B20 温度传感器为温度控制系统。由温度传感器采集温度，然后以数字信号传递给单片机。本设计用单片机实现温度检测，具有良好的实时性。用 PC 机完成数据显示、存储和统计分析，绘制实时温度曲线，并对系统所处状况作出判断。本设计中的硬件电路部分包括：STC89C52 单片机最小系统，键盘扫描及按键处理程序，测温电路，继电器控
3、制程序，PC 机，串口通讯电路和接口电路。关键字：温度控制；STC89C52 单片机；串口通讯；DS18B20 温度芯片；ABSTRACTWith the rapid development of modern information technology, the temperature control system is widely used in agriculture and industry, it greatly influences on peoples production and life,so the research and design of temperature
4、control system has very important significance.The purpose of this paper is to study automatic temperature control system design based on STC89C52 single chip microcomputer basic flow. Design with the single chip microcomputer processor as the master control unit, DS18B20 temperature sensor for temp
5、erature control system. Collecting temperature by temperature sensors, and then passed to the single chip microcomputer with digital signal. This design using single chip microcomputer temperature detection, has good real-time performance, use PC to complete data display, storage, and statistical an
6、alysis, draw the real-time temperature curve, and a judge for what is going on in the system. The design of hardware circuit including: STC89C52 SCM smallest system,digital tube display program,keyboard scanning and processing program,temperature measurement circuit,relay control program, PC ,a seri
7、al port communication circuit and interface circuit.Key words:temperature control;STC89C52 single chip microcomputer;serial communication;temperature chip DS18B20目 录第一章 引言 71.1 课题研究的背景 71.2 目的和意义 71.3 设计要求 8第 2 章 总体设计92.1 系统实现的功能92.2 总体设计方案92.3 本章小结9第 3 章 硬件电路的设计 113.1 系统总体设计方案 113.2 单片机最小系统电路113.3
8、单片机的选择123.4 温度传感器电路143.5 电源电路163.6 串口通讯电路173.7 按键接口电路19第四章 系统软件的设计204.1 程序结构分析204.2 主程序模块204.3 显示流程图224.4DS18B20 数据采集模块224.5 本章小结23第五章 系统调试及结论分析 245.1 硬件调试245.2 软件调试255.3 结论分析26第 6 章 总结及展望286.1 总结28 6.2 展望28结束语 30致谢 31参考文献 32附录 33第一章 引言1.1课题研究的背景温度是工业生产和科学实验研究中的一个非常重要的参数，物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程都
9、是在一定温度范围内进行的，需要测量温度的场合极其广泛。随着工业检测技术和自动化程度的不断提高，对温度控制的要求也越来越高。目前的温度测量系统一般使用的都是传统仪器，传统仪器的功能是通过硬件或固化的软件来实现。这种框架结构决定了它只能由仪器厂家来定义、制造，而且功能和规格一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。工业控制是计算机应用的一个重要领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的快速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系
10、统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于 STC89C52 单片机的温度控制系统，通过本次课程实践，我们更加明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。目前国内温控仪器的发展，相对国外而言在性能上还存在着一定的差距，它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪器在全量程范围内温度控制精度比较低，自适应性较差。造成这种不足的原因是多方面的，如针对不同的被控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定。1.2目的和意义随着工业生产的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。温度控制技术涉及冶金，机械和电子等领域，是多种高新技术发展的综合集成。
11、一方面，温度控制在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化，智能化和网络化程度越来越高。另一方面，温度自动控制逐渐从制作业向非制造业转变，向以人为中心的个人化方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。本课题采用单片机 STC89C52 设计了自动温度控制系统。单片机 STC89C52 能够根据 DS18B20 温度传感器所采集的温度在电脑上实时显示，从而把温度控制在设定的范围之内。通过该课程的研究使我们对计算机控制系统有了一个全面的了解。掌握了常规控制算法的使用方法，掌握了简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼了同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。1.3设计要求本课题设计的是基于单片
12、计算机的自动温度控制器，用于控制温度。要求熟悉温度传感器和电阻加热设计器等温度测量控制元件。本文主要介绍了利用 VB开发环境设计上位机的监控界面，上位机通过 USB 转 max232 串行口与 89C52 单片机通信，读取温度传感器 DS18B20 的温度测量数据，从而实现对温度参数的实时控制。本文主要进行了以下几方面的工作：1、论述了自动温度控制系统的课题目的及意义，以及自动温度控制系统在国 外的发展概况。2、自动温度控制系统的设计思路及方案，选择系统软件开发平台。3、介绍自动温度控制系统的硬件组成以及各硬件电路的设计。4、介绍自动温度控制系统的软件整体设计方案，以及上位机和下位机的设计过程
13、。5、对所做工作进行总结，对未来研究工作的展望。第二章 总体设计2.1系统实现的功能本课题研究的自动温度控制系统主要实现以下功能：1、实现单片机与电脑的串口通信，能及时地将温度数据传给电脑，并将在上位机界面形成曲线，直观的表现温度的变化。2、检测参数的显示:如测试时间，设定温度和当前温度等，当温度超出某个范围时，及时进行温度的调节。3、显示温度实时监测曲线，而且具有数字显示和波形图显示。4、测试结果的数据保存：用户可以将采集到的数据的一部分或者全部保存在Excel 表格中，方便查询和打印。2.2总体设计方案本论文设计开发的是基于 VB 的自动温度控制系统，通过对系统功能的分析，根据从总体到局部
14、的设计原则，将整个系统分解为实现不同功能的几个部分，然后分别对每个部分进行设计。为了能够实现自动温度控制系统所提出的各项具体要求，可以将整个系统分解为上位机和下位机两个部分:上位机为装有VisualBasic 软件的 PC 机，下位机是由单片机及外围电路组成的小系统。两个部分通过 PC 机中的 USB 串口进行通信。其中下位机部分主要完成的是温度信号的采集以及温度数据的输出；上位机部分完成对硬件的驱动，数据显示、处理与存储以及人机交互操作界面的生成。系统总体设计框图如图 3.1 所示。发送指令采集到的温度图 3.1 总体设计框图2.3本章小结本章主要内容是自动温度控制系统的设计方案。首先讲述了
15、系统的设计原则，即从整体到部分的设计思想。在系统设计中要综合考虑系统的经济性、可靠性、可扩展性及易操作性等性能指标，再根据系统的实际情况提出总体设计方案。根据系统的主要功能将系统分为两大部分，即上位机部分和下位机部分，然后分别进行设计。两部分是通过计算机的串口进行通信的。同时选择 VB 作为温度检测系统的软件开发平台。在系统的整体设计中，软件设计是关键，也占大部分工作量。第三章 硬件电路的设计DS18B2089C52单片机PC机串口计算机 VisualBasic3.1系统总体设计方案图 3.1 系统设计图3.2单片机最小系统电路在本课题设计的自动温度控制系统中，控制核心是低电压、高性能的 CM
16、OS8位 STC89C52 单片机，片内含有 256 bytes 随机存取数据存储器（RAM） 。器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储的技术生产。与标准的 51 单片机指令系统及 8052 产品引脚兼容，内置 Flash 存储单元和通用 8 位中央处理器。其外部晶振为 12MHz，一个指令周期为 1us，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜。使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主要包括：复位电路、震荡电路以及存储器选择模式，电路如下图 3.2 所示：图 3.2.单片机最小系统电路3.3单片机的选择本课题设计的自动温度控制系统主控芯片选型为 STC89C52 单片机，其特点如
