基于單片機(jī)的溫度控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(已修改)

　

【正文】 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：信息學(xué)院信息工程 鄭天睿學(xué) 號(hào)：職 稱：090103021043鄢永明 、張 鎣高級(jí)工程師、 助理工程師中國珠海二○一三年五月 誠信承諾書本人鄭重承諾：本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于單片機(jī)的溫度控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。承諾人簽名： 日期： 年 月 日 基于單片機(jī)的溫度控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)摘 要隨著生產(chǎn)生活的需要，自動(dòng)化控制越來越起到至關(guān)重要的作用。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中很普遍的過程控制，人們需要對(duì)各種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等鍋爐中溫度進(jìn)行測量與控制。特別是冶金，化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的，工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時(shí)滯性、大慣性和時(shí)變性的特征，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)溫度控制的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的意義。本文介紹了數(shù)字溫度測量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。它的主要組成部分有：STC89C52單片機(jī)、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。通過實(shí)驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制具有簡單方便的特點(diǎn)，并且大幅度提高了被控制溫度的技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)，溫度傳感器，鍵盤和顯示I Designed and implement the temperaturecontrol of single chip summery ABSTRACT With production and living need, that automatic control is playing more and more important is very mon processcontrol during the manufacture need like heatingstove. heattreating furnaces reaction furnace. These all kinds of in metallurgy chemical industry construction materials foods mechanical oil these industry .It is crucial effective on it. The temperaturecontrol effect straightly impact on the quality of production. So designing a kind of effective temperaturecontrol system is very producing ,temperaturecontrol is provided with single direction ,time lag, habituation alterant with time .simultaneously implement temperaturecontrol fastly and is crucial meaningful for enhancing quality of production. In this text, it introduce how design the digital temperature measure and automatic system. This essay use singlechip to control the chief ponent by: STC89c52 singlechip temperature transducer keyboard display circuit and temperaturecontrol circuit .It can display and set temperature in the currently controls temperature design control temperature easily and conveniently. It improve the technology standard of temperaturecontrol.The keyword：single chip temperature transducer keyboard and displayer.目 錄1 緒論 1 1 2 設(shè)計(jì)研究意義及目的 3 文章總體概述 4 4 42　單片機(jī)的選擇以及介紹 5 中央控制電路 5 STC89C52簡介 6 本章小結(jié) 83　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 9 復(fù)位電路 9 時(shí)鐘電路 10 11 15 20 20 22 224 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 23 系統(tǒng)子程序分析 23 23 23 溫度采集子程序 24 LCD顯示模塊流程圖 26 本章小結(jié) 275 系統(tǒng)PCB板制作及系統(tǒng)調(diào)試 28 系統(tǒng)的調(diào)試 28 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試 28 DS18B20采溫調(diào)試 28 溫度控制電路的調(diào)試 28 系統(tǒng)程序仿真調(diào)試 29 本章小結(jié) 30 6 實(shí)物的演示及其心得體會(huì) 31 整體溫度測試演示 31 支路溫度測試演示 31 33 心得體會(huì) 38 參考文獻(xiàn) 39致 謝 40附 錄 41附錄一：原理圖 41附錄二：PCB 42附錄三：程序源碼 43IV211 緒論在生產(chǎn)和科學(xué)研究中,為了便于測量結(jié)果準(zhǔn)確一致,需要給物體冷熱程度以定量的描述。因此為了更加科學(xué)的描述物體的種種性能隨著溫度變化的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)建立適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)來測量物體的冷熱程度。溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)，溫標(biāo)是溫度的標(biāo)尺，各種溫度計(jì)的數(shù)值也是通過溫標(biāo)來決定的。因?yàn)樗峭ㄟ^隨著溫度變化而變化的物理量來定義溫度的數(shù)值。同時(shí)溫標(biāo)是測量溫度的參照標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是表示溫度數(shù)值的一套規(guī)律，隨著社會(huì)的發(fā)展，溫標(biāo)的復(fù)現(xiàn)也在不斷的發(fā)展。將近沒20年會(huì)對(duì)溫標(biāo)進(jìn)行一次較大的更新和修改。990年國際溫標(biāo)是根據(jù)第18屆國際計(jì)量大會(huì)第7號(hào)決議的要求,由第77屆國際計(jì)量委員會(huì)于1989年會(huì)議通過的。 本世紀(jì)初國際權(quán)度局制定的“標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)”范圍從0℃~100℃,℃,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)的復(fù)現(xiàn)精度大幅提高,前蘇聯(lián)計(jì)量科學(xué)研究院在0℃~400℃℃,℃。1. 1 背景和意義隨著人們生活水平的不斷提高，溫度的控制在現(xiàn)實(shí)生活中引起了高度重視，它是工農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的重要參數(shù)，同時(shí)也是影響其他領(lǐng)域發(fā)展的因數(shù)之一。隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，液位、溫度、流量、壓力是最常見的過程變量，在這四種當(dāng)中溫度又是一個(gè)非常重要的過程變量，尤其是在化工行業(yè)、電力行業(yè)、冶金行業(yè)、機(jī)械加工業(yè)以及食品加工業(yè)應(yīng)用的十分廣泛，這幾個(gè)行業(yè)都需要對(duì)各種反應(yīng)爐、熱處理爐、加熱爐以及鍋爐的溫度進(jìn)行控制，盡量按照人們的要求去變化，通過計(jì)算機(jī)控制相應(yīng)的執(zhí)行部件，可以避免溫度過高或過低，減少帶來的經(jīng)濟(jì)損失，使人身、財(cái)產(chǎn)安全得到很好的保證。在國民經(jīng)濟(jì)各部門和日常生活中，經(jīng)常對(duì)多路溫度進(jìn)行信息的采集。在溫度采集的時(shí)候常用到的測溫元件有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶等。這些元件在多路采集的情況下，很難實(shí)現(xiàn)每一路信號(hào)的同時(shí)采集，而且電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要連接放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。實(shí)際上，隨著傳感器技術(shù)和軟件的不斷發(fā)展，各種溫度傳感器的性能實(shí)現(xiàn)多元化，再利用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、CPLD/FPGA和 PLC等輔助工具或元器件，控制多路溫度在實(shí)際應(yīng)用中是非常廣泛的。因此，從結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)、設(shè)計(jì)思想等方面權(quán)衡把握，才能更好的設(shè)計(jì)出滿足使用性能和要求的控制電路。 發(fā)展現(xiàn)狀 多路溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀目前，多路溫度控制的方法有基于計(jì)算機(jī)的溫度控制系統(tǒng)、基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)、基于CPLD/FPGA的溫度控制系統(tǒng)、基于DSP控制的多路溫度采集系統(tǒng)和基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。 PC機(jī)對(duì)多路溫度控制系統(tǒng)，具有電路簡單，可靠性好，通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)糧站中，對(duì)糧倉溫度的自動(dòng)控制。用VB語言實(shí)現(xiàn)上位機(jī)數(shù)據(jù)傳送，可方便地控制通信對(duì)象的選擇，具有較大的靈活性。與一般的控制系統(tǒng)相同，計(jì)算機(jī)要不停的去采集被控制對(duì)象的全部狀態(tài)信息，按照一定的控制方式處理后，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以是開環(huán)的也可以是閉環(huán)的，有兩種方式：一種是計(jì)算機(jī)把來自被控制對(duì)象的信息處理之后，僅僅向工作人員提供一些操作的信息，在通過工作人員影響被控制對(duì)象。然而另外一種是計(jì)算機(jī)僅僅按照時(shí)間或者某種設(shè)定的規(guī)律來影響被控對(duì)象。計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)有兩部分組成分為被控制對(duì)象和控制部分構(gòu)成，其中控制部分又是由軟件部分和硬件部分所組成，它不同于只有硬件所構(gòu)成的模擬控制器。計(jì)算機(jī)的控制軟件又是由應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件組成，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通常具有精度高、速度快、存儲(chǔ)容量大和有邏輯判斷功能等特點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。基于FPGA的高精度多路溫度采集器，無需計(jì)算機(jī)干涉，可以采集多路溫度信號(hào)，對(duì)計(jì)算機(jī)的服務(wù)定時(shí)約束非常松弛。采集器內(nèi)置了串行接口，可以通過電平轉(zhuǎn)換芯片和計(jì)算機(jī)的串行口直接連接，電路結(jié)構(gòu)小型緊湊，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。但是不能更改程序的電路設(shè)計(jì)。基于DSP控制的多路溫度測試系統(tǒng)，是通過溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)的。此系統(tǒng)還帶有RS232通用串行接口，可以實(shí)現(xiàn)與個(gè)人電腦的實(shí)時(shí)通信。整個(gè)設(shè)計(jì)電路具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，結(jié)構(gòu)簡單、多路溫度信號(hào)的采集所用的時(shí)間短、以及數(shù)據(jù)傳輸方便。此系統(tǒng)通過DSP作為溫度的采集和控制核心，結(jié)合DSP軟件的設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)的同時(shí)采集。基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。主要用在工業(yè)生產(chǎn)方面，適用于高效率的工作模式。PLC功能的擴(kuò)充是在控制器中擴(kuò)充了PID控制功能，因此在邏輯控制與PID控制的混合應(yīng)用場所中，采用PLC控制較為合理。采用PLC控制不僅方便、簡單、靈活性好，可以提高被測溫度的技術(shù)指標(biāo)，還能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。但是在溫度測量時(shí)必須采用PLC恒溫控制，同時(shí)PID算法在PLC中的實(shí)現(xiàn)和PID參數(shù)都將影響系統(tǒng)控制性能，這就對(duì)多路溫度精確地控制提高了難度。由于生產(chǎn)現(xiàn)場對(duì)溫度的影響是多方面的，讓溫度的控制相對(duì)復(fù)雜，許多傳統(tǒng)的加熱爐是采用繼電器控制技術(shù)來進(jìn)行電氣的控制，硬件方面為了實(shí)現(xiàn)邏輯的控制是通過固定的方式接線，這樣會(huì)使控制系統(tǒng)的體積變大，耗電多，容易出故障而且效率不高，無法保證正常的工業(yè)生產(chǎn)工作，隨著LC生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)必然被基于PLC控制技術(shù)所取代，而PLC本身優(yōu)越的性能可以使溫度控制系統(tǒng)變得經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且維護(hù)方便。這將對(duì)改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)具有重要性意義。基于單片機(jī)89C51的溫度控制系統(tǒng)。采用溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，液晶顯示屏LCD1602顯示溫度數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)溫度上下限設(shè)定值，按鍵設(shè)置溫度上下限，另外，單片機(jī)內(nèi)的ROM比較小，所以在設(shè)計(jì)中系統(tǒng)必須在外面配置EPROM電路和擴(kuò)展電路，所以在該項(xiàng)目中運(yùn)用該方案必須完成硬件電路的設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試；應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行。單片機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)是成本較低。現(xiàn)在的整體設(shè)計(jì)成本比較低，因?yàn)楝F(xiàn)在的外圍電路的元器件價(jià)格不高，而且單片機(jī)價(jià)格相對(duì)來說同樣比較低。設(shè)計(jì)可以相對(duì)比較靈活，因?yàn)榭梢詫?duì)外部存儲(chǔ)器的容量根據(jù)所需要來進(jìn)行擴(kuò)展。 設(shè)計(jì)研究意義及目的單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有單片機(jī)模塊、溫度采集模塊、LCD液晶顯示模塊、基本的復(fù)位電路和報(bào)警電路，各部分組合完成基礎(chǔ)的電路硬件模塊。需要的軟件設(shè)計(jì)用的程序?yàn)镃語言，并通過程序合理的編寫完成要求，最后達(dá)到調(diào)試、仿真和實(shí)物。單片機(jī)在生產(chǎn)中應(yīng)用及其廣泛，