基于单片机温度控制系统毕业论文设计.doc
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1、毕业论文(设计)题目: 基于单片机的温度控制系统 姓 名: 学 号: 专 业: 研究方向: 指导教师: 环境工程系二O一四 年四 月摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及具体应用对象特点的软件结合,以作完善。 本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器,而主要是通过 DS18B20数字温度传感器采集环境温度,以单片
2、机为核心控制部件,并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计,使指令的执行速度快,节省存储空间。为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作。 而系统的过程则是:首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值,并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟-数字转换,再将转换后的数字量用数码管进行显示,最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热,直到能在规定的温度下恒温加热。 -关键词:单片机系统;传感器;数据采集;模数转换器;温度目 录摘要2第1章
3、绪论41.1 选题背景41.2 选题简介4第2章 系统零件理论基础52.1 AT89C51单片机的介绍52.1.1 AT89C51单片机的特点52.1.2 AT89C51单片机的基本组成52.2系统功能的确定62.3 ADC0809的内部结构62.4 温度传感器7第3章 电路设计83.1单片机控制单元83.2系统结构框图93.3传感器及放大电路93.4模数转换部分103.4.1模数转换技术103.5调节执行单元113.6系统的原理图12第4章 软件设计134.1主程序流程图134.2中断子程序流程图144.3按键流程图154.4显示流程图164.5动态显示子程序164.6数据转换子程序18第5
4、章 结论与展望19参考文献20第1章 绪论1.1 选题背景 在生产过程中,温度的控制是十分常见的。国内已相继出现各种以微机为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。 在日常生活中,人们为了拥有一个更舒适的生活环境,往往需要室内拥有一个合适的温度,而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点,可结合升温和降温设备,有效的应用到实际生活中。单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。近几年来单片机因其独特的,方便,快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中。1.2 选题简介课题名称:基于单片机的温度控制系统主要任务:将温度控制在设定的温度值,设定范围为0100度,针对在生产和
5、日常生活中温度智能化控制系统的实现。开发环境:本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译,能够实现水温的自动控制,如果设定水温为0-100,则能使水温保持恒定在0-100的温度下运行。用单片机AT89C51控制,通过按键来控制水温的设定值,数值采用数码管显示。以数字电路和模拟电路为硬件基础,以汇编语言为软件实现语言。功能概述:在该环境温度控制系统中,单片机作为核心部件进行检测控制,增强了设计的通用性,适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器,它不仅具有较高的精度,而且适用电压宽。显示设备等外围扩展芯片。温度控制分为升温和降温控制,升温控制和降温控制分别采用继电
6、器来控制外部的升温和降温设备。软件部分采用流程图来表示,对各个子程序进行说明,包括控制算法,偏差计算等。控制是否升温或降温。本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计,主要是介绍了对水箱温度的显示、控制及报警,实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分,提出了用AD590、AT89C51单片机及LED的硬件电路完成对水温的实时检测及显示,利用AD590与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。而炉内温度控制部分,采用一套PID闭环负反馈控制系统,由AD590检测炉内温度,用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后
7、检测信号,并在LED中显示。第2章系统零件理论基础2.1 AT89C51单片机的介绍随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,因此单片机早期的含义称为单片微型计算机,直译为单片机 。70年微型计算机研制成功之后,随之即出现了单片机(即单片微型计算机) 美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008,这也算是单片机的第一次公众亮相。1976年Intel公司首先推出能称为单片机的MCS-48系列单片微型计算机。它以体积小、功能全、价格低等特点,赢得了广泛
8、的应用,同时一些与单片机有关公司都争相推出各自的单片机。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列单片机,Zilog公司相继推出Z8单片机系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基础上又推出高性能的MCS-51系列单片机。这类单片机均带有串行I/O口,定时器/计数器为16位,片内存储容量(RAM,ROM)都相应增大,并有优先级中断处理功能,单片机的功能、寻址范围都比早期的扩大了,它们是当时单片机应用的主流产品。1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列,NS公司和NEC公司也分别在原有8位单片机的基础上推出了
9、16位单片机HPC16040和PD783系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高两倍的CMOS型80C196,1988年推出带EPROM的87C196单片机。由于16位单片机推出的时间较迟、价格昂贵、开发设备有限等多种原因,至今还未得到广泛应用。而8位单片机已能满足大部分应用的需要,因此,在推出16位单片机的同时,高性能的新型8位单片机也不断问世。纵观这短短的20年,经历了4次更新换代,单片机正朝着集成化、多功能、多选择、高速度、低功耗、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容的方向发展。新一代的80C51系列单片机除了上述的结构特性外,其最主要的技特点是向外部接口电路扩展,以实现
10、微控制器(microcontroller)完善的控制功能为己任。这一系列单片机为外部提供了相当完善的总线结构,为系统的扩展和配置打下了良好的基础。由于80C51系列单片机所具有的一系列优越的特点,获得广泛使用指日可待。下面我们就来重点介绍一下本毕业论文讨论的系统所用的AT89C51系列单片机。 2.1.1 AT89C51单片机的特点1 具有优异的性能价格比 2 集成度高、体积小、可靠性高 3 控制功能强 4 低电压、低功耗 2.1.2 AT89C51单片机的基本组成 它由 CPU 、存储器(包括 RAM 和 ROM )、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上,片内各功能通过
11、内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0、P1、P2、P3 的功能: P0.0P0.7(3239 脚):P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时,它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时,由 P0 输入指令字节,而在验证程序时,则输出指令字节。验证程序时,要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。 P1.0P1.7(18 脚): P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时,由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P2.0P2.7(
12、2128 脚): P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时,由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时,由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3. 0 P3. 7 ( 1017 脚): P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。 在 MCS-52中,这8个引脚还用于专门的第二功能。P3能驱动4个LSTTL负载。P3.0 RXD(串行口输入) P3.1 TXD(串行口输出) P3.2 INT0(外部中断 0 输入) P3.3 INT1(外部中断 1 输入) P3.4 T0(定时器 0 的外部输入) P3.5
13、 T1(定时器 1 的外部输入) P3.6 WR(片外数据存储器写选通) P3.7 RD(片外数据存储器读选通)2.2系统功能的确定 一个控制系统是否能被大众所接受,在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点,确定了该系统功能:由温度采集。温度显示。温度控制执行。温度测量范围为0-100度,温度有效范围为0-100度,允许误差为1度。2.3 ADC0809的内部结构ADC0809是位A/D转换芯片,它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。ADC0809由单+5V电源供电;片内带有锁存功能的8路模拟多路开关,可对8路05V的输入模拟
14、电压分时进行转换,完成一次转换约需100S;片内具有多路开关的地址译码器和锁存器、高阻抗斩波器、稳定的比较器,256电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引脚双列直插式封装,引脚及其功能(图2-2):1D7D0:8位数字量输出引脚。2IN0IN7:8路模拟量输入引脚。3VCC:+5V工作电压。4GND:接地。5REF(+):参考电压正端。6REF(-):参考电压负端。7START:A/D转换启动信号输入端。8A、B、C:地址输入端。9ALE:地址锁存允许信号输入端。10EOC:转换结束信号输出引脚,开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平。11OE: 输出允许控制端,用
15、以打开三态数据输出锁存器。12CLK:时钟信号输入端,译码后可选通IN0IN7八个通道中的一个进行转换。表2-1 A、B、C的输入与被选通道的通道关系被选中的通道CBAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7000011110011001101010101图2-2 ADC0809的管脚图2.4 温度传感器集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路,它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测,集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点,得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压
16、输出型的灵敏度一般为10mV/K,温度0时输出为0,温度25时输出2.982V。电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度,AD590的测温范围为-55到+150。AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化,电流变化1mA,相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW。精度高共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55到+150范围内,非线性误差为0.3。AD590的
17、输出电流I=(273+T)A(T为摄氏温度),因此测量的电压V为(273+T)A10K=(2.73+T/100)V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来,我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。由于一般电源供应教多器件之后,电源是带杂波的,因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V接下来我们使用差动放大器其输出Vo为(100K/10K)(V2-V1)=T/10,如果现在为摄氏28,输出电压为2.8V,输出电压接AD转换器,那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。第3章电路设计本设计采用按键作为输入控制,通过温度多采样单
18、元采集温度信息,经过27L2C放大器放大及ADC0809数模转换器将其转换,由主机AT89C51进行处理并将实际温度值和设定温度值分别显示在共阳极数码显示管LED上。3.1单片机控制单元单片机控制单元,如图3-1所示,包括按键控制电路,其中按键控制电路这一模块设置了:“设置”、“加1”、“右移”、“确定”四个按键,来实现人机对话。人为地设定温度门限值,使电路在人为设定的某一温度值相对稳定的工作。图3-1 按键控制电路3.2系统结构框图AT89C52温度显示电路温度控制电路键盘输入电路温度采集电路 图3.1 系统硬件总体框图该系统由核心部件AT89C52来处理从键盘输入电路和温度采集电路送入的数
19、据,并通过温度显示电路进行温度显示,由温度控制电路来进行相应的升温或降温的操作。3.3传感器及放大电路温度采样单元,如3-2所示,传感器输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准,每增加1,它会增加1A输出电流,因此在室温25时,其输出电流Iout=(273+25)=298A。测量Vo时,不可分出任何电流,所以在应用时我们还要通过运算放大器来作相应处理才能达到测量V0时,不分出任何的电流,电路如图3.2所示。电路分析:AD590的输出电流I=(273+T)A(T为摄氏温度),因此测量的电压为2.V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来,我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。
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