1、毕业设计论文基于单片机的温度控制系统设计毕业设计论文-基于单片机的温度控制系统设计基于单片机的温度控制系统设计 高云 2007080104 专 业 名 称 通 信 工 程 申请学士学位所属学科 工 科 指导教师姓名、职称 刘 磊 讲师 2011年 05月 30日摘要 摘 要 温度是工业生产和科学实验中至关重要的一个因素, 在医药，冶金，航空和化工中都起着相当大的作用，温度的高低可以影响着许多产品的质量和使用的寿命!因此, 研究高性能的温度控制系统是现今的主要任务, 本文基于单片机的温度控制系统的开发与应用做出了相应的探讨，并且介绍了一种基于AT89C51单片机的温度检测及控制系统的设计与实现。
2、 本设计主要从硬件和部分软件介绍了AT89C51单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以AT89C51单片机为核心，由温度检测电路，模、数转换电路，过零检测电路, 报警指示电路，光电隔离与功率放大电路等组成。 关键词:单片机;温度传感器;温度检测;温度控制 I Abstract ABSTRACT Temperature in industrial production and scientific experiment as a factor crucial i
3、n the pharmaceutical and chemical metallurgy aviation plays a relevant role in temperature can affect the level of product quality and use of many of the life! Therefore, the study high-performance temperature control system is the main task of the present paper, based on a Temperature Control Syste
4、m to make the appropriate development and application of, and introduces the AT89C51 microcontroller based temperature measurement and control system design and implementation. The design of the main parts from the hardware and software introduces the AT89C51Temperature Control system design, a brie
5、f description of how to achieve temperature control, and hardware schematics and made a concise description of the block diagram. Also introduced in the SCM software and hardware design of some key technology areas, the system mainly in AT89C51 as the core, the temperature detection circuit, analog,
6、 digital conversion circuit, the zero detection circuit, the alarm indicating circuit, optical isolation and power amplifier circuit etc. Keywords: microcontroller; temperature sensor; temperature detection; temperature controlII 1. 引言 . 2 1.1 绪论 . 2 1.2 课题展望 . 2 1.3课题举例简介. 3 2 设计思想及系统结构 . 5 2.1 系统的
7、设计思想 . 5 2.2 具体设计 . 5 2.3元器件介绍. 6 2.3.1温度传感器DS18B20 . 6 2.3.2 AT89C51 . 7 2.3.3 ADC0809 . 9 2.3.4 DAC0832 . 10 2.4 光电隔离电路. 11 2.5 PID控制算法 . 11 3 各元器件设计. 13 3.1键盘单元 . 13 3.2 温度控制及超温和超温警报单元 . 14 3.3温度控制器件电路. 14 3.4 显示单元 . 15 3.5接口通信单元. 15 4 电源输入 . 18 5 程序设计. 19 5.1 程序结构分析. 19 5.2 主程序 . 19 结束语 . 21 参考文
8、献 . 22 致 谢 . 23 III 泰山学院本科毕业论文 1 引言 1.1 绪论 温度在工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业中, 都是最基本的检测参数之一。特别是化学工业自动化系统中, 一般温度检测占全部检测点的50%以上, 可见温度检测的重要性所在。随着科学技术的不断发展, 各企业对温度检测技术提出了更高的要求, 希望利用新的检测方法, 制造出适应性更强、精度更高、性能更稳定,具有智能功能的新一代温度检测仪表。温度控制器是工农业生产中常用的加热控制设备,旧式的控温器其控温方式多数采用通断控制方式,存在着温度控制精度较差,控温效果不佳,特别是当被控温度接近1 000 ?时,更
9、难达到高精度的要求。本课题设计了一种利用单片机芯片构成的调温控制电路,其温度控制方式采用PID调节,通过控制晶闸管的导通角来实现对温度的精密调节,能同时设计出粗调及微调两个温度设定按钮,能方便地进行大范围温度设定,控制效果很好,完全能满足工农业生产过程中的各类恒温需要。 目前, 温度的自动控制系统大多采用的电子式控制方式,主要存在以下两个明显缺点:?采用的元器件比较落后, 导致电路较为复杂, 使用的逻辑元器件也较多, 增加了备件管理和维护工作的难度; ?由于系统整体比较复杂, 同时模拟仪表的实现功能的限制, 因此这些温度控制器都采用了最简单的控制规律, 不能提供很好的控制性能。综合以上的各种不
10、利因素, 我们认为, 此类控制系统己经无法满足日益提高的控制性能需求, 必须采用新的控制方式。 1.2 课题展望 随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术取得了迅速的发展，在高级程度，高速度以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，还可以进行不同地点2 泰山学院本科毕业论文 的实时检测和控制。 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足轻重的作用，因此，温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所
11、需温度的高低，范围不同、精度不同，则采用的测量元件、测量方法以及对温度的控制方法也将不同;产品工艺不同、控制温度不同，因而，对温度的测量方法也是多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。目前，单片机以普遍的作用与生产过程的制动控制领域中，单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特点，受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量，许多生产过程是以温度作为其被参控的。因此，温度控制系统是典型的控制系统。
12、1.3课题举例简介 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造设计和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制。采用AT89C51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组成简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 下面介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程。 假设某加热道采用通电电炉产生的热量为热源，并通过风机箱散热给烘箱对温室进行循环加热。电炉的温度变化范围为0120?。根据工业的要求，系统需实现如下功能和指标: (1)温度给定值在2540?左右且现场可调; 3 泰山学院本科毕业论文 (2)温度控制误差1000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AT89C51提供以下标准功能:4K字节Fla
