溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、 <<溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)>> 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 專 業(yè)： 年 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 聯(lián)系電話： 完成日期： 2014年 12月 15日 摘 要 利用AT89C51單片機(jī)，溫度傳感器DS18B20，報(bào)警器，數(shù)碼管等元件，制作溫

2、度控制系統(tǒng)硬件電路，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制。并經(jīng)過(guò)反復(fù)的模擬運(yùn)行、調(diào)試,修改簡(jiǎn)化了軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)達(dá)到溫度檢測(cè)精度1度的要求，具有控制簡(jiǎn)便、組態(tài)簡(jiǎn)單、和操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；溫度控制 ABSTRACT Use AT89C51 microcontroller, a temperature sensor DS18B20, alarm, digital tube and other components, making the temperature control system hardware circuit design of

3、the system software, to achieve effective control of the temperature. And after repeated simulation run, debug, modify simplifies software system, the system reaches the temperature detection accuracy of 1 degree, with a simple control, simple configuration, and flexible operation. Key Words:MCU;te

4、mperature sensor;Temperature control. 目　錄 摘 要 II ABSTRACT II 1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇 1 1.1設(shè)計(jì)要求 1 1.2方案選擇 1 2 理論分析與設(shè)計(jì) 2 2.1溫度測(cè)量電路的分析及設(shè)計(jì) 2 2.2報(bào)警電路的分析及設(shè)計(jì) 2 3 電路設(shè)計(jì) 3 3.1硬件電路的設(shè)計(jì) 3 3.2軟件的設(shè)計(jì) 4 4 系統(tǒng)測(cè)試 9 4.1調(diào)試所用的基本儀器清單 9 4.2調(diào)試結(jié)果 9 4.3測(cè)試結(jié)果分析 9 5 總結(jié) 9 參考文獻(xiàn) 10 1 設(shè)計(jì)要求及方案選擇 1.1設(shè)計(jì)要求 該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用AT89

5、C51單片機(jī)為主控芯片，傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)和控制。 主要技術(shù)指標(biāo)：可檢測(cè)的范圍為-55℃—+125℃。 該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)由溫度信號(hào)采樣電路，鍵盤(pán)及顯示電路，溫度控制電路，報(bào)警電路，時(shí)鐘信號(hào)電路等構(gòu)成，并運(yùn)用PID算法進(jìn)行溫度控制和調(diào)整。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，詳細(xì)分析溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，并進(jìn)行軟硬件的總體設(shè)計(jì)。由鍵盤(pán)電路輸入設(shè)定溫度信號(hào)給單片機(jī)，溫度信號(hào)采集電路采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入與反饋信號(hào)的偏差進(jìn)行PID計(jì)算，輸出反饋量給溫度控制電路，實(shí)現(xiàn)升溫。顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。并且完成全部硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并利Pr

6、oteus仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。 1.2 方案選擇 方案如圖1所示，此方案選用DS18B20芯片進(jìn)行溫度采集及模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，并直接輸出數(shù)字量，無(wú)需信號(hào)放大，且只占用一根口線，然后將其送數(shù)碼管顯示。4X4矩陣式鍵盤(pán)，首先要對(duì)其進(jìn)行鍵盤(pán)掃描，判斷是否有鍵按下，如有鍵按下，要判斷是那個(gè)鍵按下，確定鍵值，然后對(duì)其進(jìn)行輸入，把最后設(shè)定的溫度值送給數(shù)碼管進(jìn)行顯示。如果對(duì)一個(gè)溫度值已經(jīng)設(shè)定完畢后，無(wú)需再按任何鍵即有效，如果溫度值設(shè)定得不合理，可對(duì)溫度進(jìn)行重新設(shè)定，溫度的上下限可由軟件編程設(shè)定，這樣就完成了對(duì)溫度的總體設(shè)置。對(duì)于數(shù)碼管顯示模塊，采用了動(dòng)態(tài)顯示的方法，在程序的設(shè)計(jì)中也相應(yīng)的

7、采用動(dòng)態(tài)顯示方法對(duì)其進(jìn)行編寫(xiě)。首先把設(shè)定的（或采集到）數(shù)據(jù)的十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行字節(jié)拆分，分別求出要顯示個(gè)位數(shù)、十位數(shù)、百位數(shù)（顯示實(shí)際溫度時(shí)，還要求出十分位），然后將其送至數(shù)碼管顯示。顯示設(shè)定值還是實(shí)際值，可由按鍵進(jìn)行切換。對(duì)于溫度控制模塊，首先是把采集的數(shù)據(jù)和設(shè)定的溫度上下限進(jìn)行比較，如低于下限值或高于上限值，蜂鳴器警報(bào)，再把實(shí)際溫度和設(shè)定的溫度比較，決定加熱與否以及加熱時(shí)間的控制。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制，不需要向外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。信號(hào)的傳遞路線短，可以提高系統(tǒng)精度。 加熱裝置 雙向可控硅 光電耦合器 報(bào)警器 鍵盤(pán)設(shè)定溫

8、度 DS18B20 數(shù)碼管顯示 單 片 機(jī) 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 理論分析與設(shè)計(jì) 2.1溫度測(cè)量電路的分析及設(shè)計(jì) DS18B20通過(guò)P1.2口和AT89C51進(jìn)行通訊。GND為接地線， DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口。VCC為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3.0～5.5V。其接口電路如圖2所示 圖2 DS18B20接口電路 2.2報(bào)警電路的分析及設(shè)計(jì) 三個(gè)LED與蜂鳴器分別通過(guò)P3.0、P3.1、P3.2、P3.3與單片機(jī)通訊，VCC電源范圍3.0~5.5V當(dāng)P3=0時(shí)LED和蜂鳴器工作，當(dāng)溫度低于85℃時(shí)LED-YELLOW亮，蜂鳴

9、器響，表示溫度過(guò)低；當(dāng)溫度介于85℃-95℃之間時(shí)，LED-GREEN亮，表示溫度正常；當(dāng)溫度高于95℃時(shí)LED-RED亮，蜂鳴器響，表示溫度過(guò)高。 圖3 報(bào)警電路 3 電路設(shè)計(jì) 3.1 硬件電路的設(shè)計(jì) 3.2　軟件的設(shè)計(jì) #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ = P1^2; //定義通信端口 uint tmp; bit sign; //正負(fù)溫度的標(biāo)志 //數(shù)碼管字形顯示 uchar disp[]={0x3f,

10、0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void delay(uint i) { while(i--); } /*初始化函數(shù)*/ Init_DS18B20(void) { uchar x=0; DQ = 1; //DQ復(fù)位 delay(4); //稍做延時(shí) DQ = 0; //單片機(jī)將DQ拉低 delay(100); //精確延時(shí) 大于 480us DQ = 1; //拉高總線 delay(20); x=DQ;

11、 //稍做延時(shí)后 如果x=0則初始化成功 x=1則初始化失敗 delay(20); } /*讀一個(gè)字節(jié) */ RChar(void) { uchar i=0; uchar dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; // 給脈沖信號(hào) dat>>=1; DQ = 1; // 給脈沖信號(hào) if(DQ) dat|=0x80; delay(10); } return(dat); } /*寫(xiě)一個(gè)字節(jié) */ WChar(uchar dat) {

12、 uchar i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(10); DQ = 1; dat>>=1; } } /*讀取溫度*/ ReadTemp(void) { uchar a=0; uchar b=0; uint t=0; Init_DS18B20(); WChar(0xCC); // 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WChar(0x44); // 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 delay(10); Init_DS18B20(); WChar(0xCC); //跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操

13、作 WChar(0xBE); //（讀取溫度寄存器） 前兩個(gè)就是溫度 a=RChar(); //低八位 b=RChar(); //高八位 t = (b*256+a)*25; return( t >> 2 ); } void baojin() { if (tmp<8500) { P3=0xf6; } else if(tmp>=8500&tmp<=9500) { P3=0xfd; } else if(tmp>9500) { P3=0xf3; } } main() { uchar counter=1

14、; while(1) { //保證測(cè)量頻率較低，數(shù)碼管正常顯示 if(counter-- == 0) { tmp = ReadTemp(); counter = 20; } P2 = 0xff; P0 = disp[tmp%10]; P2 = 0xfe; delay(500); P2 = 0xff; P0 = disp[tmp/10%10]; P2 = 0xfd; delay(500); P2 = 0xff; P0 = disp[tmp/100%10]|0x80;

15、P2 = 0xfb; delay(500); P2 = 0xff; P0 = disp[tmp/1000%10]; P2 = 0xf7; delay(500); P2 = 0xff; P2=0xef; P0=disp[tmp/10000%10]; delay(500); baojin(); } } 4 系統(tǒng)測(cè)試 4.1調(diào)試所用的基本儀器清單 PC機(jī)一臺(tái)、Keil4軟件、proteus仿真軟件 4.2調(diào)試結(jié)果 DS18B20顯示溫度 數(shù)碼管顯示溫度 LED顯示狀態(tài) 蜂鳴器狀態(tài) 84℃ 084.00

16、LED-YELLOW亮 LED-GREEN不亮 LED-RED不亮 響 92℃ 092.00 LED-YELLOW不亮 LED-GREEN亮 LED-RED不亮 不響 98℃ 098.00 LED-YELLOW不亮 LED-GREEN不亮 LED-RED亮 響 4.3測(cè)試結(jié)果分析 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)，溫度檢測(cè)精度可以達(dá)到1℃，但是在實(shí)時(shí)性方面不足，溫度顯示有明顯的延遲。在精度要求不高的測(cè)量可以用本系統(tǒng)完成。 5 總結(jié) 本系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為控制核心，利用其強(qiáng)大的處理能力，以及豐富的外圍接口，再配合DS18B20溫度傳感器、7段數(shù)碼管、LED

17、、及蜂鳴器等，很好的完成了溫度的檢測(cè)與顯示，并當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度高于設(shè)定的溫度上限時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出高溫報(bào)警及燈光提示；當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度下限發(fā)出低溫報(bào)警及燈光提示。因此本系統(tǒng)已基本符合了設(shè)計(jì)要求，在溫度控制方面具有一定的先進(jìn)性，可用于一般的溫度檢測(cè)控制。 參考文獻(xiàn) [1] 陳忠孝.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西北大學(xué)出版社，2011.11 [2] 李建民.單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江漢大學(xué)學(xué)報(bào).1999,(3),60-62 [3] 卿燕玲,李蕾.基于單片機(jī)的溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技木與信息化.2006,(3), 78-80 [4] 敬嵐，朱海君一等．基于AT89C51的自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2004,(12),35-37 [5] 劉綠山，劉建群等.基于AT89S52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，(17)，98-100