通信工程本科毕业设计基于单片机的温度控制系统.doc

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1、本科毕业设计（论文）基于单片机的温度控制系统范银凤燕 山 大 学2012年6月本科毕业设计（论文）基于单片机的温度控制系统学 院： 里仁学院 专 业： 通信工程 学生 姓名： 范银凤 学 号： 081308061318 指导 教师： 王成儒 答辩 日期： 2012.6.17 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院： 里仁学院 系级教学单位：电子工程系 学号081308061318学生姓名范银凤专 业班 级通信工程4班题目题目名称基于单片机的温度控制系统题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（

2、）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容采用单片机技术进行温度控制系统设计，系统采用DS18B20作为温度传感器，LCD1602液晶作为显示模块，以AT89S51单片机为处理器，具有现场温度采集并显示，超过上限报警，超过下限自动加温的功能，并可通过键盘自主设置温度上下限值。基本要求根据设计的要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时（40），打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内。当温度低于设定的温度时（35），打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。同时要求能设定温度。参考资料(1) 单片机C

3、语言与PROTUES仿真技能实训。(2) 单片机应用开发与实践。(3) Protel实用教程。(4) 51单片机应用程序开发与实践。周 次第1 2 周第 3 4 周第5 7周第 8 10周 第11 14 周应完成的内容查阅资料、掌握单片机设计系统方法。学习DS18B20及LCD1602资料。进行系统方案论证。进行系统硬件设计，并绘制原理图。采用C51进行系统软件设计。系统优化。指导教师：王成儒职称：教授 2012年 3 月 1 日系级教学单位审批：练秋生 2012 年3月 10 日摘要本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并

4、以数字信号的方式传送给单片机。并且从热力学角度对本设计的控制环境进行简单分析，了解温度场进而确定传感器的合理检测位置。文中介绍了该控制系统的硬件部分，其中温度检测电路的检测精度可达到1。温度控制电路由三极管的导通与否来驱动继电器的开关，进而对升降温设备进行控制。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：LCD液晶显示程序、键盘及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。关键词 AT89S51单片机；DS18B20温度芯片；温度控制；键盘和显示Abstractthis design as the co

5、re of the AT89S51 temperature control system of the working principle and design method. Temperature signal chip DS18B20 collection by the temperature, and the way to digital signal transfer to the microcontroller. And from the Angle of the design of thermodynamics this simple control environment an

6、alysis, understand the temperature field and then determine the reasonable detecting position sensor. The paper introduces the hardware part of the control system, including temperature detection circuit detection accuracy can reach 1 . Temperature control circuit of the transistor by conduction or

7、not to drive the relay of the switch, and then to rise cooling equipment control. SCM through to signal processed, so as to achieve the purpose of temperature control. This paper has mainly introduced the software design part, here the modularized structure, main module has: LCD display, keyboard an

8、d a key program procedures, temperature signal processing program, relay control procedures, super temperature alarming program.Keywords AT89S51 Monolithic Integrated Circuit；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Keyboard and Demonstration目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 目的及意义21.1.2 内容及其

9、要求2第2章 方案论证42.1 题目分析42.1.1 对浴室环境的设定42.1.2 浴室温度场分析52.1.3 整体工作原理92.2 温度传感器的选择112.2.1 采用模拟集成温度传感器112.2.2 采用数字单片智能温度传感器122.3 显示器的选择132.3.1 LED显示器132.3.2 LCD液晶屏132.4 核心芯片的选择142.4.1 采用凌阳单片机142.4.2 采用AT89S51单片机142.5本章小结21第3章 系统的硬件设计223.1 系统的设计223.2 温度传感单元设计233.3 温度控制单元的设计253.4 键盘单元的设计273.5 显示单元的设计273.6 本章小

10、结28第4章 系统的软件设计304.1 系统程序结构304.2 系统软件流程304.3 本章小结31结论33参考文献35致谢36附录137附录242附录346附录451附录564第1章 绪论1.1 课题背景温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的

11、环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活、医疗、工业生产等方面的温度测量及控制。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID

12、控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测室内的温度，并

13、能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。1.1.1 目的及意义 随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机AT89S51设计了温度实时测量及控制系统。单片机AT89S51能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是在工农业生产过程中一个很重要而且很普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用、由于温度测量

14、的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术的发展和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度，控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控制参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可以广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭试问测量及工业设备测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术原件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，

15、成本较高。1.1.2 内容及其要求 (1) 内容 本次的毕业设计的题目是基于单片机的温度控制系统。它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用于电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点1。本设计主要介绍了对浴室温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。浴室温度的控制部分，提出了用DS18B20、AT89S51单片机及LCD的硬件电路完成对室温的实时监测及显示，利用DS18B20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热暖灯的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。(2) 要求 具体指标要求正常工作温度范围为3540，温度误差为1

16、000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8 bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时，AT8

17、9S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位14。AT89S51引角功能说明Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字

18、节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1接收低8位地址。表2-1为P1口第二功能。表2-1 P1口第二功能端口引脚第二功能P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MISO（用于ISP编程）P1.7SCK（用于ISP编程）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时