电气自动化专业毕业论文26765.doc
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1、职业技术学院毕业设计报告(论文)系机电工程系专业电气自动化班级电气1016摘 要温度是日常生活中无时不在的物理量,温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备,如用于热处理的加热炉,用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等,采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点,而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量。因此,智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的AT89S52单片机,配以DS18B20数字温度传感器,该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较,由此
2、作出判断是否启动继电器以开启设备。本文对温度控制的发展现状及设计意义做了介绍,而后对全部的硬件电路进行了详细的讨论,包括串行LED驱动器的控制方式和工作原理,A/D转换器,查询式键盘,温度传感器的应用等。接着对软件部分也作了仔细的思考,按模块进行结构化程序设计,包括显示、键盘、A/D转换、温度控制和温度传感器的程序说明并画出各子程序流程图等。最后进行了系统整体调试。温度控制系统可以实现将温度经过热敏电阻转换为电压信号,经放大器放大后进入单片机进行A/D转换成数字量后,通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来,同时显示电路还将显示设定的恒温值且通过键盘可以改变设定值的大小。索引关键词:单片机应
3、用;温度采集控制;DS18B20应用目 录智能温度控制系统的设计-1第一章 绪论-1 1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义-1 1.2 温度控制系统的目的-1 1.3 温度控制系统完成的功能-1第二章 总体设计方案-1 2.1 控制部分-1 2.2 显示部分-1 2.3 温度采集部分-1第三章 智能温度控制系统基本构成及工作原理-1 3.1 系统的硬件构成-1 3.2 系统的软件构成-1 3.3 系统的工作原理-1第四章 智能温度控制系统硬件设计-1 4.1 A/D转换器-1 4.2 查询式键盘-1 4.3 温度传感器-1第五章 DS18B20的测温原理-1 5.1 DS18B20的
4、测温原理-1 5.2 DS18B20的测温流程-1 5.3 显示温度值的LED显示器接口简介-1第六章 智能温度控制系统软件设计-1 6.1 显示部分-1 6.2 A/D转换部分-1 6.3 键盘部分-1 6.4 温度传感器部分-1 6.5 温度控制部分-1第七章 系统总流程图-1第八章 结论-1第九章 致谢-1参 考 文 献-1智能温度控制系统的设计第一章 绪论1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着社会的发展,科技的进步,以及测温仪器在各个领域的应用,智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来,温度控制系统已应用到人们生活的各个方面,但温度控制一直是一个未开发的领域,却
5、又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况,设计一个温度控制系统,具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一,物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中,像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内,温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行;炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境,许多电子设备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障
6、。因此,各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见,温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.2温度控制系统的目的本设计的内容是温度测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便
7、于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。1.3温度控制系统完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制,设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升,同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时,停止加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启动风扇降温,使温度下降,同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时,停止降温。温度在上下限温度之间时,执行机构不执行。数码管即时显示温度,精确到小数点一位。第二章 总体设计方案考虑使用温度传感器,结合单片机电路设计,采用一只 DS18B20 温度传感器,直接读 取被测温度值,之后进行转换,依次完成设计要求.
8、 在本系统的电路设计方框图如图 2.1 所示,它由三部分组成:控制部分主芯片采用 单片机 AT89S51;显示部分采用 3 位 LED 数码管以动态扫描方式实现温度显示;温度 采集部分采用 DS18B20 温度传感器.加热继电器电风扇继电器单 片 机DS18B20LED显示指示灯 PC机图2.1 温度计电路总体设计方案2.1控制部分单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用,系统应用三节电池供电。2.2 显示部分显示电路采用4位共阳LED数码管。2.3 温度采集部分 DS18B20是美国DALLAS半导体公司
9、生产的可组网数字式温度传感器,在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比,DS18B20具有以下特性:a) 独特的单线接口方式:DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 b) 在使用中不需要任何外围元件。 c) 可用数据线供电,电压范围:+3.0 V+5.5 V。 d) 测温范围:-55 +125 。固有测温分辨率为0.1。 e) 通过编程可实现912位的数字读数方式。 f)用户可自设定非易失性的报警上下限值。 g)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一
10、的三线上,实现多点测温。第三章 智能温度控制系统基本构成及工作原理3.1系统的硬件构成课题设计的硬件部分由89S52单片机、DS18B20、74LS14、74LS273锁存器以及若干电容、7个发光二极管、4只数码管、5个按键、11.0592MHZ晶振组成。(结构如图3.1)温度传感器89S52显示器与接口控制电路量限设定与控制键盘与接口控制电路 图3.1 系统设计结构图以下对各组成部件功能进行简单介绍:89S52单片机用于温度的采集,数据处理,存储温度上下限和超温控制。DS18B20是单总线数字温度传感器,输出方式为串行单线输出,主要作用是把温度值以数字形式输出和存储转换精度控制字。第三章将作
11、出详细介绍,此处不做过多赘述。74LS02或非门,用于选择锁存器(与写信号或非)。74LS14施密特触发器,用于键盘消抖。74LS273锁存器。用锁存显示位、段码以及指示信号。按键用于输入和查看温度上下限,使单片机复位,每隔2小时发送0.5秒的启动电机的正脉冲。晶振是为单片机提供工作脉冲。数码管用于显示温度值。发光二极管用于上下限溢出报警,温度超限报警及控制,设置上/下限指示,正常工作指示。各功能对应的指示灯设置如表3.1:表3.1 指示灯设置功 能第几灯点亮显示温度第1灯0x02显示下限温度1、20x03设下限温度标志位2、70x41设下限温度十位2、60x21设下限温度个位2、50x11设
12、下限温度十分位2、40x09显示上限温度1、30x06设上限温度 标志位3、70x44设上限温度十位3、60x24设上限温度个位3、50x14设上限温度十分位3、40x0C低于下限温度1、2、4、5、6、70x7B高于上限温度1、3、4、5、6、70x7E3.2 系统的软件构成课题原计划用汇编语言完成。后来决定使用C语音编写程序,系统的软件由温度数据采集、数据处理、温度显示及按键处理等部分组成。89S52完成的功能主要是数据处理、数据分析、控制计算、进制转换、数据显示、按键处理以及电机控制等。温度采样和转换部分由DS18B20来完成。3.3 系统的工作原理首先,由温度传感器DS18B20对温度
13、进行采样和转换,将测量结果送给单片机,单片机将输入的温度值进行数据处理,并将温度值与设定的温度值上下限进行比较。根据比较结果进行相应的处理。若温度超限则报警指示灯亮,以便进行及时处理。系统原理框图如图3.2所示:DS18B2089S52显示器指示灯段锁存位锁存锁存器 图3.2 系统原理图第四章 智能温度控制系统硬件设计温度控制系统是由单片机AT89C51、温度控制电路、ADC0809、键盘控制电路和静态串行显示电路等部分组成。系统的硬件电路设计框图如4.1所示:晶振电路ADC080974LS373控制电路AT89C51查询式键盘控制电路继电器控制电路静态串行显示电路热敏电阻采集温度电路图4.1
14、 硬件电路图4.1 A/D转换器ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。ADC0809的内部结构图如图4.2所示:图4.2 ADC0809的内部结构图由图4.2可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输j出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809对输入模拟量要求:信号单极性,电压范围
15、是05V,若信号太小,必须进行放大,输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线:4条。 4.2 查询式键盘查询式键盘属于独立式键盘,键盘的各个按键之间彼此是独立的且是最简单的键盘电路。每个键地接入一根数据输入线。如图2-5所示。注意:由于每一个按键均需要一根I/O口线 ,当键盘按键数量比较多时,需要的I/O口线也较多,因此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合。一般情况下,按键数等于占用I/O端口数。查询式键盘的结构图如图4.3所示:P1.0P1.1图4.3 查询式键盘的接口电路查询式键盘可以工作在多种方式下,中断方式、程序查询方式、
16、定时查询发送和中断查询方式。在中断模式下,按键的数量受到外部中断源的限制。在有特殊需要的场合,还可以借用内部的定时器中断。所以在这种模式下,按键的数目小于外部中断源和单片机定时器数量之和。程序查询和定时查询类似,都是通过读I/O状态,当有键被按下时相应的I/O口线变为低电平,而未被按下的键对应的I/O口线保持为高电平,这样通过读I/O口状态可判断是否有键按下和哪一个键被按下。4.3 温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电量变化装置。将温度变化转换为热电势变化的称热电偶传感器。将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器;金属热电阻式传感器简称为热电阻,半导体热电阻式传感器简称为热敏电阻。温
17、度传感在工业生产、科学研究、民用生活等许多领域得到广泛应用。电阻式传感器广泛被用于-200960范围内的温度。是利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质而工作的,用仪表测量出热电阻的阻值变化,从而得到与电阻值对应的温度值。电阻式传感器分为金属热电阻传感器和半导体热电阻传感器两大类。前者称为热电阻,后者称为热敏电阻。对于热敏电阻,需要了解以下几点:(1)测温原理及特性NTC热敏电阻研制的较早,也较成熟。最常见的是由金属氧化物组成。根据不同的用途,NTC又可以分为两大类。第一类用于测量温度。它的电阻值与温度之间呈负的指数关系。第二类为负的突变型,当其温度上升到某设定值时,其电阻值突然下降,多用
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