1、基于单片机的温度控制器的设计和实现信息学院信息工程郑天睿 090103021043学 院：专 业：姓 名：指导老师：鄢永明 、张 蓥学 号：职 称：高级工程师、 助理工程师北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计中国珠海二一三年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人所呈交的毕业设计基于单片机的温度控制器的设计和实现是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。承诺人签名： 北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计I基于单片机的温度控制器的设
2、计和实现摘 要随着生产生活的需要，自动化控制越来越起到至关重要的作用。温度控制是工业生产过程中很普遍的过程控制，人们需要对各种加热炉，热处理炉，反应炉等锅炉中温度进行测量与控制。特别是冶金，化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用，其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的，工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性，对于提高产品质量具有很重要的意义。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：STC89C52单片机、温度传感器、
3、键盘与显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。通过实验表明，本设计对温度的控制具有简单方便的特点，并且大幅度提高了被控制温度的技术指标。关键词： 单片机，温度传感器，键盘和显示北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计IIDesigned and implement the temperature-control of single chip summeryABSTRACT With production and living need, that automatic control is playing more and more important
4、role.Temperature-control is very common process-control during the manufacture producing.People need like heating-stove. heat-treating furnaces reaction furnace. These all kinds of boilers.Especially in metallurgy chemical industry construction materials foods mechanical oil these industry .It is cr
5、ucial effective on it. The temperature-control effect straightly impact on the quality of production. So designing a kind of effective temperature-control system is very valuable.During producing ,temperature-control is provided with single direction ,time lag, habituation alterant with time .simult
6、aneously implement temperature-control fastly and precisely.that is crucial meaningful for enhancing quality of production.In this text, it introduce how design the digital temperature -measure and automatic system.This essay use single-chip to control the temperature.It chief component by: STC89c52
7、 single-chip temperature transducer keyboard display circuit and temperature-control circuit .It can display and set temperature in the currently time.It controls temperature automaticly.This design control temperature easily and conveniently. It improve the technology standard of temperature-contro
8、l.The keyword：single chip temperature transducer keyboard and displayer.北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计III目 录1 绪论 .11.1 背景和意义 .11.2 发展现状 .21.3 设计研究意义及目的 .31.3 文章总体概述 .41.4 方案所实现的要求 .41.5 总体设计方案 .42 单片机的选择以及介绍 .52.1 中央控制电路 .52.2 STC89C52 简介 .62.3 本章小结 .83 系统硬件设计方案 .93.1 复位电路 .93.2 时钟电路 .103.3 键盘及显示模块 .113.4
9、 温度采集电路的设计 .153.5 报警电路 .203.6 加热控制电路 .203.7 温度采集电路结构 .223.8 本章小结 .224 系统软件设计方案 .234.1 系统子程序分析 .234.2 软件整体设计思路 .234.3 中断服务程序设计 .234.4 温度采集子程序 .244.5 LCD 显示模块流程图 .264.6 本章小结 .275 系统 PCB 板制作及系统调试 .285.1 系统的调试 .285.2 单片机系统调试 .285.3 DS18B20 采温调试 .285.4 温度控制电路的调试 .285.5 系统程序仿真调试 .295.6 本章小结 .306 实物的演示及其心得
10、体会 .316.1 整体温度测试演示 .31北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计IV6.2 支路温度测试演示 .316.3 超过上下限警报的系统选择以及演示 .336.4 心得体会 .38参考文献 .39致 谢 .40附 录 .41附录一：原理图 .41附录二：PCB .42附录三：程序源码 .43北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计11 绪论在生产和科学研究中,为了便于测量结果准确一致,需要给物体冷热程度以定量的描述。因此为了更加科学的描述物体的种种性能随着温度变化的关系，应当建立适当的标准来测量物体的冷热程度。温度的数值表示方法称为温标，温标是温度的标尺，各种温度计
11、的数值也是通过温标来决定的。因为它是通过随着温度变化而变化的物理量来定义温度的数值。同时温标是测量温度的参照标准，同时也是表示温度数值的一套规律，随着社会的发展，温标的复现也在不断的发展。将近没 20 年会对温标进行一次较大的更新和修改。990 年国际温标是根据第 18 届国际计量大会第 7 号决议的要求,由第 77 届国际计量委员会于 1989 年会议通过的。 本世纪初国际权度局制定的“ 标准温标”范围从 0100 ,其复现性为 0.02,随着科学技术的发展,标准温标的复现精度大幅提高,前苏联计量科学研究院在 0400范围内温标定点精度达 0.0005,美国标准局水三相点的温度复现性达 0.
12、0001。1. 1 背景和意义随着人们生活水平的不断提高，温度的控制在现实生活中引起了高度重视，它是工农业和交通运输业的重要参数，同时也是影响其他领域发展的因数之一。随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，液位、温度、流量、压力是最常见的过程变量，在这四种当中温度又是一个非常重要的过程变量，尤其是在化工行业、电力行业、冶金行业、机械加工业以及食品加工业应用的十分广泛，这几个行业都需要对各种反应炉、热处理炉、加热炉以及锅炉的温度进行控制，尽量按照人们的要求去变化，通过计算机控制相应的执行部件，可以避免温度过高或过低，减少带来的经济损失，使人身、财产安全得到很好的保证。在国民经济各部门和日常生活中，
13、经常对多路温度进行信息的采集。在温度采集的时候常用到的测温元件有热电阻、热敏电阻和热电偶等。这些元件在多路采集的情况下，很难实现每一路信号的同时采集，而且电路结构相对复杂，需要连接放大和模/数转换电路。实际上，随着传感器技术和软件的不断发展，各种温度传感器的性能实现多元化，再利用计算机、单片机、CPLD/FPGA 和 PLC 等辅助工具或元器件，控制多路温度在实际应用中是非常广泛的。因此，从结构、性能、参数、设计思想等方面权衡把握，才能更好的设计出满足使用性能和要求的控制电路。北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计21.2 发展现状多路温度控制系统的研究现状目前，多路温度控制的方法有
14、基于计算机的温度控制系统、基于单片机的温度控制系统、基于 CPLD/FPGA 的温度控制系统、基于 DSP控制的多路温度采集系统和基于 PLC 的温度控制系统。PC 机对多路温度控制系统，具有电路简单，可靠性好，通用性强的特点，广泛应用于乡镇粮站中，对粮仓温度的自动控制。用 VB 语言实现上位机数据传送，可方便地控制通信对象的选择，具有较大的灵活性。与一般的控制系统相同，计算机要不停的去采集被控制对象的全部状态信息，按照一定的控制方式处理后，计算机控制系统可以是开环的也可以是闭环的，有两种方式：一种是计算机把来自被控制对象的信息处理之后，仅仅向工作人员提供一些操作的信息，在通过工作人员影响被控
15、制对象。然而另外一种是计算机仅仅按照时间或者某种设定的规律来影响被控对象。计算机的控制系统有两部分组成分为被控制对象和控制部分构成，其中控制部分又是由软件部分和硬件部分所组成，它不同于只有硬件所构成的模拟控制器。计算机的控制软件又是由应用软件和系统软件组成，计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。基于 FPGA 的高精度多路温度采集器，无需计算机干涉，可以采集多路温度信号，对计算机的服务定时约束非常松弛。采集器内置了串行接口，可以通过电平转换芯片和计算机的串行口直接连接，电路结构小型紧凑，系统工作稳定可靠。
16、但是不能更改程序的电路设计。基于 DSP 控制的多路温度测试系统，是通过温度传感器 DS18B20 来实现的。此系统还带有 RS232 通用串行接口，可以实现与个人电脑的实时通信。整个设计电路具有很多优点，例如，结构简单、多路温度信号的采集所用的时间短、以及数据传输方便。此系统通过 DSP 作为温度的采集和控制核心，结合 DSP 软件的设计，来实现多路温度信号的同时采集。基于 PLC 的温度控制系统。主要用在工业生产方面，适用于高效率的工作模式。PLC 功能的扩充是在控制器中扩充了 PID 控制功能，因此在逻辑控制与 PID 控制的混合应用场所中，采用 PLC 控制较为合理。采用 PLC 控制
17、不仅方便、简单、灵活性好，可以提高被测温度的技术指标，还能够提高产品的质量和数量。但是在温度测量时必须采用 PLC 恒温控制，同时 PID 算法在 PLC 中的实现和 PID 参数都将影响系统控制性能，这就对多路温度精确地控制提高了难度。由于生产现场对温度的影响是多方面的，让温度的控制相对复杂，许多传统的加热炉是采用继电器控制技术来进行电气的控制，硬件方面为了实现逻辑的控制是通过固定的方式接线，这样会使控制系统北京理工大学珠海学院 2013 届本科生毕业设计3的体积变大，耗电多，容易出故障而且效率不高，无法保证正常的工业生产工作，随着 LC 生产技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于 PLC
18、 控制技术所取代，而PLC 本身优越的性能可以使温度控制系统变得经济、高效、稳定且维护方便。这将对改造传统继电器控制系统具有重要性意义。基于单片机 89C51 的温度控制系统。采用温度传感器 DS18B20 采集温度数据，液晶显示屏 LCD1602 显示温度数据，存储器存储温度上下限设定值，按键设置温度上下限，另外，单片机内的 ROM 比较小，所以在设计中系统必须在外面配置 EPROM 电路和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成硬件电路的设计、组装、调试；应用软件的编制、调试、固化、脱机运行。单片机控制的优点是成本较低。现在的整体设计成本比较低，因为现在的外围电路的元器件价格不高，而且单
19、片机价格相对来说同样比较低。设计可以相对比较灵活，因为可以对外部存储器的容量根据所需要来进行扩展。1.3 设计研究意义及目的单片机的多路温度采集系统的设计有单片机模块、温度采集模块、LCD 液晶显示模块、基本的复位电路和报警电路，各部分组合完成基础的电路硬件模块。需要的软件设计用的程序为 C 语言，并通过程序合理的编写完成要求，最后达到调试、仿真和实物。单片机在生产中应用及其广泛，涉及生活的每个角落，尤其为电子和计算机发展提供了技术实践。近年来单线多点数字化测量技术的发展使温度检测技术实现了快速、可靠、低成本、数字化与网络化。本文提出了一种结构简单、低能耗、方便实用的系统解决方案。此方案采用新
20、型的单线智能化温度传感器，能通过数字形式直接输出被测量点的温度值，并且还具有远程传输数据、测量误差小、抗干扰能力强、分辨率高和成本低的有点，是研发和开发具有高性价比的新一代温度测量控制系统的核心部件，并使用 8051 单片机作为微控制器，提高了系统运行速度，最后完成多路温度采集与显示系统的仿真设计。二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度这个词语在生产和生活中出现的概率居高不下，与温度想对应的温度测量以及控制同时也成为了生活生产中广泛使用的词语，并且在各行各业同时发挥着无法替代的作用。设计的温度采集系统可以随时的采集不同地方的温度，又可以根据环境的要求实时设置温度区间并进行判断是否超出要求的温度范围，并对超出温度范围的同时响应报警电路，为进一步的人为或是计算机进行温度的调节和控制做出准备。
