单片机温度控制系统毕业论文.docx
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单片机温度控制系统毕业论文
毕业论文
题目:
基于AT89S51的温度控制系统
基于AT89S51的温度控制系统
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AT89S51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,由此作出判断是否启动继电器以开启设备。
本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路,使得整个设计更加完整,更加灵活。
该设计已应用于花房,可对花房温度进行智能监控。
关键词:
温度箱;AT89S51;单片机;控制;模拟
Temperaturecontrolsystemusedsinglechipputer
Student:
XieHaijun
Instructor:
ZhuYuqin
ElectricalandInformationEngineeringDepartmentofHuainanNormalUniversity
Abstract:
Thetemperatureisconstantlyinthedailylifeofphysicalandtemperaturecontrolsinvariousfieldshaveapositivemeaning.Alotofbusinesseshavealotofpowerheatingequipment,suchasthatusedfortheheattreatmentfurnace,formeltingmetalcrucibleresistanceheatersandthevarioususesoftemperaturebins,SCMusingtheirrighttocontrolnotonlyeasytocontrol,simple,suchasthecharacteristicsofflexibility,butcanalsosignificantlyincreasethetemperaturewaschargedwiththetechnicalindicators,whichcangreatlyenhancethequalityoftheproducts.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyadopted.
ThetemperaturewasdesignedwiththenowpopularAT89S51SCM,andwithDS18B20digitaltemperaturesensor,Thetemperaturesensorcansetuptheirowntemperaturecollars.SCMwilldetectthatthetemperatureoftheinputsignalandtemperature,thelowerparisonsthisjudgmentwhethertoactivatetherelaytoopentheequipment.
Thedesignalsoincludesmonlyuseddigitaldisplayandcontrolstatelightsmonlyusedcircuit,makingthewholedesignmoreplete,moreflexible.Thedesignhasbeenappliedtosomeone,tosomeoneintelligenttemperaturecontrol.
Keyword:
Temperature;AT89S51;SCM;Control;Simulation
一、引言
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X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。
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X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。
三个数码管即时显示温度,精确到小数点一位。
二、总体设计方案
2.1方案一
测温电路的设计,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
2.2方案二
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。
比较以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计容易实现,故实际设计中拟采用方案二。
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:
①控制部分主芯片采用单片机AT89S51;②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;③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
图2-1温度计电路总体设计方案
(1)控制部分
单片机AT89S51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)显示部分
显示电路采用3位共阳LED数码管,从P0口送数,P2口扫描。
(3)温度采集部分
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温。
这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作,由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。
数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口,单片机接受温度并存储。
此部分只用到DS18B20和单片机,硬件很简单
1)DS18B20的性能特点如下[9]:
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
无须外部器件;
可通过数据线供电,电压X围为3.0~5.5V;
零待机功耗;
温度以3位数字显示;
用户可定义报警设置;
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
2)DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚PR-35封装,如图2-2所示;DS18B20的内部结构,
图2-2DS18B20封装
3)DS18B20内部结构主要由四部分组成[5]:
64位光刻ROM。
开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前56位的CRC校验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因[10]。
64位闪速ROM的结构如下。
表2-1ROM结构
8b检验CRC
48b序列号
8b工厂代码(10H)
MSBLSBMSBLSBMSBLSB
图2-3DS18B20内部结构
非挥发的温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限值。
高速暂存存储,可以设置DS18B20温度转换的精度。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如表2-2所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
它的内部存储器结构和字节定义如表2-3所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率,如表2-3。
表2-2DS18B20内部存储器结构
Byte0
温度测量值LSB(50H)
Byte1
温度测量值MSB(50H)
E2PROM
Byte2
TH高温寄存器
----
TH高温寄存器
Byte3
TL低温寄存器
----
TL低温寄存器
Byte4
配位寄存器
----
配位寄存器
Byte5
预留(FFH)
Byte6
预留(0CH)
Byte7
预留(IOH)
Byte8
循环冗余码校验(CRC)
表2-3DS18B20字节定义
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
由表2-4可见,分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,
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