1、基于 80C52单片机的电加热数字恒温控制系统设计Design of Digital Constant Temperature Control System for Electric Heating based on 80C52 MCU学 院：电气工程学院专 业 班 级：自动化 1104 班学 号：110302415学 生 姓 名：刘东洋指 导 教 师：关新 （副教授）2015 年 6 月 密级：公开I摘 要温度对日常的生活影响极大且无时不在，实现对温度的控制对生活乃至生产发展都具有重要的意义。很多生产领域中都需大量的加热设备来进行生产，如用加热炉来实现热处理，用坩锅电阻炉来融化金属及具有不同
2、用途的温度控制箱等。用单片机对不同温度控制箱进行控制在很大程度上为设备控制带来了方便、使用简单、控制灵活等特点，同时还可以最大限度地提高温度参数的精确程度，保证了生产的稳步进行，增加了生产的效率。因此，智能化温度控制技术的研究有较大的研究意义。 本智能化温度控制系统的设计采用资料较多的 80C52 微型控制器，配以DS18B20 数字温度传感器及 nRF401 芯片利用微功率短距离无线通信技术进行远程温度控制，该系统能够在 25 米以内远程控制温度。单片机利用检测到的数字温度信号与设定的温度上、下限值进行对比，由对比结果输出是否运行半导体制冷器指令以控制设备。本设计添加了普通的数码管来显示温度
3、值及 LED 灯来显示常用电路的工作状况，增加了系统的灵活性和完整性。关键词：温度箱；80C52；单片机；控制；模拟IIAbstractThe temperature has great influence on daily life and has no time, and it has important significance for the control of the temperature to control the life and the development of production. In the field of production are subject to
4、 a lot of heating equipment to produce, such as heating furnace to realize heat treatment, crucible resistance furnace to molten metal and with different uses of the temperature control box. With the chip on the different temperature control box control in a great extent for the equipment control br
5、ought convenient, easy to use, flexible to control, at the same time, it can maximally improve the accurate degree of parameters such as temperature, ensure production steadily, increase the production efficiency. Therefore, the research of the intelligent temperature control technology has the sign
6、ificance of the research.The intelligent temperature control system design using a lot of materials AT80C52 micro controller and with DS18B20 digital temperature sensor and nRF401 chip with micro power short distance wireless communication technology for remote temperature control, the system can in
7、 25 meters remote control asked. Single chip microcomputer is used to detect the digital temperature signal and set the temperature, the lower limit of the comparison, from the results of the comparison of the output of the relay to control equipment. This design adds a common digital tube to displa
8、y the temperature and LED lamp to show the working condition of the common circuit, and increase the flexibility and integrity of the systemKey word：Temperature；AT80C52；SCM；Control ；SimulationI目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 .11.2 温度控制系统的目的 .11.3 温度控制系统完成的功能 .11.4 国内外发展现状 .21
9、.5 本章小结 .3第 2 章 总体设计方案 .42.1 方案的系统构想 .42.2 系统方案的确定 .42.2.1 传感器方案 .42.2.2 短距离无线通信模块方案 .52.2.3 系统控制及数据处理模块方案 .62.3 器件的选用 .72.3.1 数字式温度传感器的选择 .72.3.2 无线收发芯片的选择 .82.3.3 常用的无线收发芯片 .92.3.4 键盘显示模块的选择 .102.3.5 温度控制模块的选择 .102.4 本章小结 .11第 3 章 硬件电路设计 .123.1 设计原则 .123.2 引脚连接 .123.2.1 晶振电路 .123.3 无线控制接收发射器 .123.
10、4 单片机最小系统的设计 .133.5 显示电路 .14II3.6 DS18B20 温度传感器电路 .143.7 加热电路 .153.7.1 半导体制冷器，工作原理 .153.7.2 比例积分电路 .163.8 报警电路的设计 .203.9 收发电路设计 .203.10 本章小结 .21第 4 章 系统软件设计 .224.1 系统软件设计整体思路 .224.2 系统程序流图 .234.2.1 上位机主程序 .234.2.2 下位机主程序 .244.3 收发控制子程序 .254.3.1 发送控制子程序 .254.3.2 接收控制子程序 .264.4 温度控制模块的设计 .274.4.1 温度测量
11、子程序 .274.4.2 PID 控制子程序 .284.4.3 读出温度子程序 .284.5 子程序流程图 .304.5.1 复位应答子程序流程图 .304.5.2 写入子程序 .31第 5 章 系统的调试及实验结果 .325.1 调试步骤 .325.2 实验结果 .325.3 本章小结 .33第 6 章 结论 .34参考文献 .1致谢 .3附录 1 .4附录 2 .5沈阳工业大学本科生毕业论文1第1章 绪论1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着技术的不断发展，以及温度控制在各个领域的广泛应用应用，智能化的温度控制系统已成为研究发展的方向 1。尤其近年来，在我们生活得各个领域温度控
12、制系统都取得了广泛的应用，可是温度控制领域却一直没有得到很好的开发，针对这种情况，设计一个简单适用的温度控制系统，具备普遍的使用前景与实际意义。温度是科学研究中占有重要的地位，物理、化学、生物等学科与温度都息息相关。近年来的实验研究中，像电力领域、化工领域、石油领域、冶金领域、航空控制领域、机械设备制造领域、粮食存储领域、酒场生产领域内，温度的控制往往是该领域生产过程中最重要的控制指标之一 2。例如，发电厂中锅炉的温度只能控制在我们需要的范围之内；许多化学反应的条件是适当的温度下；炼油过程中，原油的提炼也是在温度和压力不同的条件下提炼出汽油、柴油、煤油等。如果没有标准的温度状态，很多的电子设备
13、很难正常运行，如果没有合适的温度，那些农民种出来的粮食就很容易变质，靠其生产的酒类的品质也就没有了保障。所以，温度对于各行各业都非常重要。目前单片机广泛的应用于各类电子产品，当前的电子设备中大量的使用温度检测与温度控制系统。随着温度控制器应用范围的扩大和需求的多样，各种智能的温度控制系统被人们开发。1.2 温度控制系统的目的设计的温度控制系统具体的内容有：当给定的温度处于最低状态时，控制系统自动启动半导体制冷器器用来给环境加温，当温度缓慢上升并超过设定的下限值时，温控系统停止加温；当实际温度高于设定的温度上限值时，报警器报警，同时系统自动启动半导体制冷器给系统降温，使温度降落到上限温度以下。当
14、温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在规定的范围内，加温降温系统不工作。设计的 LED 数字显示当前的温度，数值精确度为小数点一位。沈阳工业大学本科生毕业论文21.3 温度控制系统完成的功能本系统设计目的是对温度进行高精度控制与实时监测，设计的温度控制系统实现了对温度准确控制：当温度低于给定最低温度时，控制系统自动启动半导体制冷器器用来给环境加温，当温度逐渐上升到给定下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，报警器报警，同时系统自动启动半导体制冷器给系统降温，使温度降落到上限温度以下。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在规定的范围内，加温降温系统不工作。LED 即时显示温
15、度，精确到小数点一位。1.4 国内外发展现状随着信息技术的不断进步，人们为了将人类从繁重、危险的工作环境中解脱出来，对已经有的技术运用到人们生活的各个领域。随着移动通信需求和远程数据采集量的增加，加之有线传输的费用日益增长，人们正逐渐认识到在许多检测领域采用无线传输的必要性 4,5。在过去的几年中，无线通讯领域取得了很大的进展，这其中包括数字电路和射频电路制作工艺的进步、低功耗电路、高能电池以及微电子技术的采用。以上诸多方面的发展使移动通信设备更加灵巧、经济、可靠。与上述技术一样，数字通信技术和数字调制技术的发展也发挥了很大的作用，他们使无线通信网络向更加经济、更加容易操作的方向发展。所以如果
16、我们能够很好地了解无线通信的基本原则以及这些技术的特点，就能更好地理解并完成传感数据的无线采集。无线数据通信技术可分为两大类：一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据(CDPD)，通用分组无线传输技术(GPRS) 、EDGE 等。二是基于局域网的技术，如 IEEE802.11 WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距离无线通信技术等 6。与目前已经具备相当规模的无线长距离通信网络(如蜂窝移动通信网)相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。在 2.4GHz 非授权频段上，目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigb
17、ee 等多个标准无线协议。 ，具有带宽高（ 2Mbps） ，双向传输，抗干扰性强，传输距离远（短距离无线技术范围） ，耗电少的优点，用于无线键鼠等室内场合 7。Nordic公司等公司已成功推出 nRF401 芯片，2.4G 全球开发 ISM 频段免许可证使用。沈阳工业大学本科生毕业论文3同时许多公司也相继推出基于 nRF401 的无线传输模块。 nRF401 模块是一款新型单片射频收发器件，工作于 2.4 GHz2.5 GHz ISM 频段 8,9。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nR
18、F401 功耗低，在以-6dBm 的功率发射时，工作电流也只有 9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。至此这种基于此频段的通信方式已日渐趋向成熟 10。同样随着传感器及电子电路的发展，集成的温度检测器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。类似美国 DALLAS 公司推出的数字测温芯片DS18B20 层出不穷，国内外的研究在这方面的研究也趋近完善 13。进入 21 世纪后，智能温度控制器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温度控制器和网络温度控制器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。（1） 提高温度控
19、制器测温精度和分辨力在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度控制器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 2C。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 912 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625C。为了提高多通道智能温控器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器 11。（2） 增加温度控制器测试功能新型智能温度控制器的测试功能也在不断增强。例如，采用 DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC） ，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部 256 字节的 E
20、2PROM 存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度控制器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件 15,16。智能温度控制器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度控制器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其 A/D 转换速率，分辨力及最大转换时间。1.5 本章小结沈阳工业大学本科生毕业论文4本系统介绍的设计是用于日常生活较常用的系统来实现温度的无线控制，可以实现当前温度的测量并显示当前的温度值，同时可实现对需求温度的调节。该设计的优点在于
21、控制简单方便，也充分利用了单片机的控制优势。沈阳工业大学本科生毕业论文5第2章 总体设计方案温湿度的检测有许多方法，可供选择的器件和运用的技术也有多种。因此，系统的总体设计方案应在满足系统整体性能指标的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要尽量简单实用、易于实现，器件的选用要着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗、低廉的成本以及较好的互换性能。2.1 方案的系统构想本系统设计的目的在于控制花房温度。能够在远距离控制温度。为了达到目的应该有如下几个模块：收发模块；温度采集模块；制冷加热模块；中央处理模块；温度报警模块；显示模块。实现方案设想：温度采集模块将温度信号采集经过转换将温度信号传
22、给 cpu，并由收发电路发送给中央处理单元，如果温度不在给定范围之内，报警器报警。同时单片机发出指令给半导体制冷加热器件调整温度。以控制温度在合理的范围内，达到对温度的控制目的。2.2 系统方案的确定2.2.1 传感器方案传统的模拟式传感器具有测量转换速度快，温度测量范围宽的优点。但是模拟传感器的模拟信号需要先经过取样、放大和模数转换电路处理，再将转换得到的表示温湿度值的数字信号交由微处理器或 DSP 处理。被测信号从敏感元件接收的非电物理量开始，到转换为微处理器可处理的数字信号之间，设计者须考虑的线路环节较多，相应测试装置中元器件数量难以下降，随之影响产品的可靠性及小型化。而且模拟信号在长距离传输过程中，容易受到电磁干扰而导致误差产生。在多点温湿度检测的场合，各被测点到测试装置之间引线距离往往不同，各敏感元件参数的不一致性，都将会导致误差的产生，并且难以完全清除。另外，模数转换系统的精度也不可能很高，存在一定非线性，互换性较差。采用具有直接数字量输出的传感器能够避免上述问题。数字式传感器能把被测模拟量直接换成数字量输出，可以直接与数字设备（计算机，计数器，数
