基于单片机恒温控制系统的设计讲解.docx
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基于单片机恒温控制系统的设计讲解.docx
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基于单片机恒温控制系统的设计讲解
独 创 性 声 明
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摘要
本设计主要研究的是基于单片机的恒温控制,通过对单片机添加外围电路并编程来达到设计目的。
其主要分为了软件系统和硬件系统两个部分,然而软件系统的设计是建立在硬件系统的基础上进行的。
设计最终达到了恒温控制功能的目的。
包括实际温度的测量及显示、温度上下限范围设定、超过上下限温度报警并亮灯以及处理。
本设计是把AT89C52单片机作为控制中心,把DS18B20温度传感器作为温度传感器。
它的测量范围在0℃~100℃之间,分辨率为0.1摄氏度且误差不大于1摄氏度;采用继电器作为弱电控制强电输出。
作为恒温控制系统,它将温度探测、单片机控制和弱电控制强电技术相结合,从而达到恒温控制系统的目的。
本设计不但能够设置目标温度的上下限值范围,并且当实际温度不高于设定目标温度下限值的时候,继电器一吸合灯亮开始加热,蜂鸣器响且灯亮;当温度不低于设定目标温度上限值的时候,继电器一断开灯灭停止加热,同时继电器二吸合灯亮开始降温,蜂鸣器响且灯亮。
关键字:
51单片机;恒温控制系统;DS18B20温度传感器
Abstract
Thisdesignstudyisbasedonsingle-chiptemperaturecontrol,byaddingexternalcircuitandmicrocontrollerprogrammingtomeetthedesignobjectives.Themainsoftwaresystemisdividedintotwopartsandhardwaresystems,however,thedesignofsoftwaresystemsisbasedonthehardwaresystemperformed.Designedtoultimatelyachievethepurposeoftemperaturecontrolfunction,includingmeasurementandabctheactualtemperature,upperandlowertemperaturerangeisset,overthelowertemperaturealarmandlightingandprocessing.
ThisdesignistheAT89C52microcontrollerasthecontrolcenter,theDS18B20temperaturesensorasatemperaturesensor,itsmeasurementrangebetween0℃~100℃,witharesolutionof0.1degreesCelsiusandtheerrorislessthan1degreeCelsius;usingtherelayasaweakcontrolthestrongelectricoutput.Astemperaturecontrolsystem,itwilldetectthetemperature,single-chipcontrolandweakcontroltechnologycombinedwithstrongpower,soastoachieveaconstanttemperaturecontrolsystem.Thisdesigncannotonlysetthetargettemperatureoftheupperandlowerlimits,andwhentheactualtemperatureisnothigherthanthetargetsettemperaturelimitswhentherelayapullstartheatinglights,buzzerandlights,whenthetemperatureisnotlowerthansetthetargettemperaturelimit,whenabrokenlamprelaystopsheating,whiletherelaypulltwolightsbegantocool,thebuzzersoundsandlights.
Keywords:
51microcontroller;temperaturecontrolsystem;DS18B20temperaturesensor
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1课题背景1
1.2研究的目的和意义1
1.3本文研究的主要内容1
1.4本文的章节安排1
2方案选择2
2.1温度测量部分2
2.2主控部分2
2.3显示部分2
2.4数据掉电存储部分3
2.5弱电控制强电部分3
2.6控制算法分析3
3系统设计5
3.1硬件设计5
3.1.1中央控制器设计5
3.1.2数据掉电保护电路6
3.1.3键盘电路8
3.1.4加热器控制电路8
3.1.5温度测量芯片DS18B209
3.1.61602LCD显示电路11
3.2软件设计12
3.2.1主程序13
3.2.2温度读取子程序13
3.2.3上下限温度比较子程序13
3.2.4AT24C02掉电保护子程序14
3.2.5温度计算子程序14
3.2.6温度数据显示子程序15
3.3测试及分析15
4设计总结16
参考文献17
致谢18
附录AC语言源程序19
1绪论
1.1课题背景
随着社会的进步和工业的快速发展,在工业生产过程中以及日常生活中,都对各种温度、压力、流量以及液位这四种过程变量有着更高的要求。
其中,温度的过程变量是最为重要,也是应用最为广泛的。
在很多地方,都需要用到对温度的控制。
然而,使用常规的方法来进行控制是没有多少发展潜力的,而且还不能够满足用户所想要的性能要求。
因此,本设计将利用51单片机和温度传感器来设计一个恒温控制系统。
1.2研究的目的和意义
恒温控制系统的设计,可以满足较高的性能要求,具有控制方便、简单和灵活性大、降低消耗、控制成本等优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量,从而提高生产效率。
为了能够对温度传感器有进一步的认识和了解,研究其用法与用途。
因此,本人利用51单片机再结合温度传感器技术而设计了这一恒温控制系统。
本设计适用范围比较广,不但可以作为工业锅炉的温度控制还能够用于室内监控系统、大棚恒温控制系统、水温控制系统等等。
课题主要任务是完成恒温控制,利用单片机实现温度在一定范围内实现恒温且具有操作方便,控制灵活的优点。
1.3本文研究的主要内容
本文简单介绍了温度智能控制系统的历史发展,重点介绍如何用单片机和温度传感器实现恒温控制系统的设计和制作,并且分析其算法。
并通过KeilC编译软件来对设计的程序进行仿真调试,从而实现本次毕业设计。
本文重点部分主要体现在对单片机最小系统的设计,包括实时温度测量电路的设计,单片机时钟电路的设计,单片机复位电路的设计,掉电保护数据电路的设计,键盘输入电路的设计,LCD显示电路的设计,弱电控制强电的设计等。
以及这些电路工作的各个子程序。
本文重点强调的是原理和实用性,原理结合实例,综合分析了恒温控制系统的工作原理和实现方法。
1.4本文的章节安排
本文分为3章:
第1章是绪论,作为引子,介绍文章用到的一些简单概念,介绍恒温智能控制系统的历史背景,应用以及各种工业传感器的其它一些知识,说明恒温控制系统的应用以及本文的意义。
第2章为关键技术,介绍测量电路、主控电路、显示电路等各个方案的优缺点,并从几个方案中选择一个最优的方案进行系统设计。
第3章为电路设计,分为硬件设计和软件设计及测试结果,电路的硬件设计,包括AT89C52单片机电路、键盘电路、加热器控制电路、温度测量电路、LCD1602显示电路等。
程序设计主要介绍恒温控制系统的主程序和各个子程序,子程序包括:
读取温度子程序、温度上下限比较子程序、温度计算子程序、显示温度数据子程序等。
简要介绍了测试恒温控制系统的测试方法和测试结果。
2方案选择
2.1温度测量部分
温度测量电路设计可以采用AD590温度传感器,温度范围在-55℃〜+150℃之间,精度较高,在温度范围内非线性误差在±0.3℃内。
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损坏,使用可靠。
它能够在只有直流电源的环境下工作,无需进行线性校正,使用方便,接口简单。
和电压输出型相比,它有很强的抗外界干扰能力,测量信号可远传百余米。
但是51单片机没有A/D接口,如果采用AD590就要增加硬件成本。
温度测量电路设计可以采用DS18B20温度传感器,DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的单总线器件,它具有线路简单,体积小的特点[4];该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。
本制作的最大特点之一就是直接采用温度传感器对温度进行测量,使电路更简单操作更方便。
因此,本设计采用温度传感器DS18B20进行温度测量,体现了设计制作的集成化趋势。
使总体设计电路更简洁,有效地减少了一些不必要的干扰,提高精准度。
2.2主控部分
设计中采用AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,它除具有了89C51单片机所具有的优点外,AT89C52单片机的内部RAM存储器还扩展为256字节,相比89C51单片机的容量增大了;AT89C52单片机的内部FLASHPERAM也增加1倍,达到8K。
额外在89C51单片机的基础上还多了一个定时器/计数器T2。
且价格便宜,再编程方便,在工业控制中有广泛的应用,因此在本次毕业设计中采用AT89C52作为主控器。
2.3显示部分
显示电路设计中可以采用LED数码管显示器件来作为显示模块,然而LED不同位显示的时间间隔局限性较大,间隔太短,由于发光二极管从导通到发光有一定的延时,使导通时间太短,发光太弱没有办法看清。
间隔太长,由于要受到临界闪烁频率的限制,时间越长,占用CPU时间也越多。
它的优点是LED数码管价格便宜,显示清晰并且编程较简单。
由于选用数码管显示会占用许多CPU的时间所以我没有采用它。
显示电路设计中也可以采用液晶显示器件作为显示模块,它具有体积小,功耗低,显示内容丰富等特点。
在单片机系统中使用LCD液晶显示器件作为显示输出模块有以下优点:
(1)数字式接口:
LCD1602液晶显示器一般采用数
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