基于單片機與pc機的溫度控制系統硬件設計畢業設計-資料下載頁

【導讀】進行檢測和控制。采用單片機對溫度進行控制具有控制方便、簡單和靈活性大、作上位機接收單片機發送的數據,進行數據處理,向單片機發送控制命令。與單片機采甪串行通信,可實現遠距離溫度檢測和控制。本設計充分利用PC機。軟件強大的數據處理功能和友好的人機界面,對溫度進行實時曲線顯示。本設計由硬件和軟件二部分組成,本文主要進行硬件部分設計。證明本設計性能穩定可靠,各項性能指標高,可用于實際工程。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。究所取得的研究成果。不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。

　　

【正文】 下，低位在前，高位在后，從 TXD 端（方式 0 除外）一位位地向外發送。 串行口的接收與否受制于允許接收位 REN 的狀態，當 REN 被軟件置“ 1”后，允許接收器接收。接收端 RXD 一位位地接收數據，直到收到一個完整的字符數據后，控制電路進行最后一次移位，自動去掉啟始位，使接收中斷標志 RI 置“ 1”，并向 CPU 申請中斷。 CPU響應中斷，用一條指令（ MOV A， SBUF）把接收緩沖器 SBUF（收）的內容讀入累加器。 TI和 RI 是由硬件置位的，但需要用軟件復位。 二、相關的寄存器 SBUF 是兩個在物理上獨立的接收、發送緩沖器，可同時發送、接收數據。兩個緩沖器只用一個字節地址 99H，可通過指令對 SBUF 的讀寫來區別是對接收緩沖器的操作還是對 發送緩沖器的操作。串行口對外有兩條獨立的收發信號線 RXD（ ）、 TXD（ ），因此可以同時發送、接收數據，實現全雙工。 SCON 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態，可按位尋址，其字節地址為 98H。 PCON 中的 SMOD 用來控制波特率加倍。 TMOD 設置定時器 1 的工作方式，用來產生波特率 如果用到中斷，則還需要用到中斷相關的寄存器 IE,IP 等 三、四種工作方式： 方式 0： 同步移位寄存器方式，其波特率是固定為振蕩頻率 fosc 的 1/12。在這種工作方式下，發 送和接收串行數據都通過 RXD（ ）進行，從 TXD（ ）輸出移位脈沖，控制外部的移位寄存器移位。 1幀信息為 8位，沒有起始位，停止位。 方式 1： 8位 UART， 1幀信息為 10位，其中一位起始位“ 0”、八位數據位（先低位后高位）和一個停止位“ 1”，波特率可變，根據定時器 1的溢出率計算。 方式 2： 9位 UART， 1幀信息為 11位，其中一位起始位“ 0”、八位數據位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個停止位“ 1”。波特率為振蕩頻率的 1/64 或 1/32。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 22 方式 3： 9位 UART，幀信息為 11 位，其中一 位起始位“ 0”、八位數據位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個停止位“ 1”。波特率可變，根據定時器 1的溢出率計算。 附加的第 9 位數據為 SCON 中的 TB8 的值，它由軟件置位或清零，可作為多機通信中地址 /數據信息的標志位，也可作為數據的奇偶校驗位。 四、連接 由于串口用的是 TTL 電平，和 RS232 電平不同，因此，單片機和 PC通信時需要進行電平轉換，常用的 IC 是 MAX232,連接圖如圖 211 所示，其中 MAX232 供電腳為＋ 5V，中間連接的電解電容取 50V 1UF。 我們采用了三線制連接串口，也就是說和計 算機的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機的 11 腳連接，第 9 腳和單片機的 10 腳連接，第 15 腳和單片機的 20 腳連接。 圖 211 使用 MAX232 串口通信電路圖（ 9 孔串口接頭） 電源電路 本設計的供電電路主要變壓器、整流橋、濾波電路和 78L05 芯片組成。 電源供電 電路[10]如圖 212 所示 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 23 圖 212 系統供電電源總體電路圖 系統特點 基于上述功能要求及智能儀表應具有的體積小、成本低、功能強、抗千擾并盡可能達到更高精度的要求。本系統在硬件設計方面具有如下特點： 主機采用 MCS51 系列的 89S52 單片機 價格便宜，有開發環境 。 根據電阻爐測溫范圍的要求，該系統適合采用 DS18B20 作為溫度傳感器， DS18B20 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。 C~+125176。 C， 在 10~+85176。 C 范圍內 ,精度為177。176。 C。 DS18B20 的精度較差為177。 2176。 C 。 現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。適合于惡劣環境的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。 由于系統的執行機構是電阻爐，其功率調節可以采用相控調壓法和通斷調功法兩種方式，但考慮到相控調壓法對電網性能的破壞較大，因此按脈沖寬度調制法控制輸出信號占空比的大小，從而實現系統對輸出量的控制。 整個系統遵循了冗余原則及以軟代硬的原則，并盡可能選用典型、常用、易于替換的芯片和電路，為系統的開放性、標準化和模塊化打下良好基礎。系統擴展和 配置在滿足功能要求的基礎上留有適當裕量，以利于擴充和修改。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 24 第三章 系統 軟件 簡介 系統開發工具介紹 本系統中單片機的開發工具采用 。標準 C 編譯器 KEIL C51,在保留匯編代碼高效、快速性的同時為 8051 微控制器的軟件開發提供 C 語言環境。 C51 集成到 uVision2開發環境，這個環境包括：編譯器，匯編器，實時操作系統，調試器。 主體程序是圍繞 PID運算和 PWM 調功 [11]輸出來進行的，其中比例增益、積分增益、微分增益為節約機時從而不須經常運算，只需在有沒定 參數改動時才進行運算。 主程序流程圖如下圖 31， 下位機通信程序流程圖 如下圖 32 圖 31 主程序流程圖 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 25 圖 32 下位機通信程序流程圖 軟件系統簡介及界面 VB是微軟公司出品的一個快速可視化程序開發工具軟件，借助微軟在操作系統和辦公軟件的壟斷地位， VB 在短短的幾年內風靡全球。 VB 是極有和功能強大的軟件，主要表現在：所見即所得的界面設計，基于對象的設計方法，極短的軟件開發周期，較易維護的生成代碼。 美國微軟公司在 1991 年推出 至今已經經歷了 6 個版本， 運行在 win9x 或winme， win20xx， winxp， windowsNT 等操作系統下，是一個 32 位的應用程序開發工具。它主要有以下幾個特點 [9]： （ 1）成功地簡化了界面的設計過程。它在 windows 平臺上提供了圖形用戶界面（ GUI）的集成開發環境（ IDE）。 （ 2）采用簡單易學的 Basic 語言。它既適用于沒有任何編程經驗的開發者學習，也適合于開發各種復雜的底層應用程序。 （ 3）具有強大的數據和字符串處理功能。 Visual Basic 提供了許多現成的字符串處理函數。 （ 4）易于擴充。除了簡單易學的特點以外， Visual Basic 還是一種易于擴充功能的基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 26 開發系統。 （ 5）提供了 IntelliSense 技術。當你在 Visual Basic 的代碼窗口敲進對象名稱的時候 IntelliSense 技術會自動向你顯示一些相關的信息，例如對象的屬性和方法等。 （ 6）提供了多種向導。利用這些向導，你可以快速地完成一般性的任務，例如生成其控件不綁定到數據控件上的純代碼窗體，建立查詢，添加工具，制作圖表，以及發布創建的應用程序等。 完成后的界面如圖 33 所示 圖 33 單片機與 PC 的溫度控制系統的 VB 界面 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 27 第四章 系統調 試 硬件調試首先檢查電路的焊接是否正確，然后 可 用萬用表測試或通電檢測。 硬件調試主要是針對主控板中單片機模塊和外部輸入、輸出模塊進行調試。這一部分硬件調試主要分成兩大塊：上電前的調試和上電后的調試。 在電路安裝焊接前，首先是對元器件的檢測。對 AT89S5 DS18B20 和 SSR 固態繼電器 這三個器件在未接電路時是不能檢測其好壞的。對于其他器件則可利用萬用表進行測量。 電阻的測量，用萬用表的歐姆檔測量。二極管、三極管也是根據其特性用萬用表的歐姆檔測量即可。按鈕的測量也是用歐姆檔測量，只要將表筆兩端接按鈕的兩個引 腳，按下按鈕可以看到指針偏轉到 0 刻度。 繼電器的檢測，給繼電器的線圈兩端加一合適的電壓，可以 看到指示燈亮 。或用萬用表接其管腳，看指針是否偏轉為 0 刻度線。 （ 1）上電前的調試 在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。只要將一個表筆固定在電源端或接地端，另儀表筆接其他連接點，指針偏轉到 0 刻度就是通路的。通過萬用表的檢測 ,沒有發現短路和斷路的地方了，電路基本正常后再進行 下一步調試。 （ 2）上電后的調試 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調試，上電調試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確。 在本設計中，上電調試主要是檢測單片機部分與外部輸入、輸出電路是否接對。本次調試需要通過軟硬件聯調來實現。 由于 DS18B20 與單片機采用串行數據傳送，因此，對DS18B20 進行讀 /寫編程時必須嚴格地保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測量結果。本程序采用單片機 C語言編寫，用 Keil C51 編譯器編程調試。 ① 加熱控制調試 編寫控制語句，使加熱控制動作。加熱控制口為 口 ,要使加熱電路動作 ,可以直接給 ,即程序直接將 1,這樣就使三極管導通 ,繼電器線圈動作 ,觸電吸合 ,加熱器進行加熱。 ② 溫度傳感器 DS18B20 的調試 在 VB 編寫的顯示界面 調試到能 成功 顯示溫度值 和顯示溫度曲線 的基礎上，編寫溫度測量子程序以及顯示子程序對此部分硬件電路進行測試。 在有溫度改變時 （例如用手去接觸），顯示溫度能改變就基本完成本設計。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 28 總 結 首先，通過這次應用系統設計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業知識，也深刻了解寫一篇應用系統的 步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。 我所寫的系統主要根據目前節省能源的發展趨勢和國內實際的應用特點和要求，采用了自動化的結構形式，實現對水溫的自動檢測和控制。 系統以單片機 AT89C52為核心部件，單片機系統完成對水溫信號的采集、處理、顯示等功能 。用 Protel軟件繪制電路原理圖和 PCB電路印刷板圖，并在電路板廠制作控制主板 。利用 C語言編制 ,運行程序該系統的主要特點是 : 1)適用性強， 利用 VB友好的人機界面， 用戶只需對界面參數進行設置并啟動系統正常運行便可滿足不 同用戶水溫的要求，實現對水溫的實時監控。避免了電力力資源的浪費，節省了能源。 2)將單片機以及溫度傳感器引入對水溫的分析和處理中，單片機控制決策無需建立被控對象的數學模型，系統的魯棒性強，適合對非線性、時變、滯后系統的控制，對水溫控制系統采用單片機控制非常適合。 3)系統成本低廉，操作非常簡單，可擴展性強，只要稍加改變，即可增加其他使用功能。 本系統對現代化的發展具有十分重要的意義： 首先，節省了能源，特別是最近幾年，我國東部沿海地區電力資源缺口十分巨大，可以緩解部分電力資源壓力。 其次，由于我過大部分 電力資源是火力發電，因而從一定程度上節省了自然資源，以及保護了環境。 通過對本設計的思考，更加加深了對單片機的認識，熟練了單片機的編程，更對當前的溫度傳感器有了更深刻的認識與了解，但是由于此系統依賴溫度傳感器，因而對溫度傳感器的穩定性，線性等諸多方面有著嚴格的要求，但是傳感器的性能越好，相對而言其價格也就越高，因而在此設計中，溫度傳感器我個人覺的還是存在遺憾，其次，由于采用了C語言，所以其編程 過程復雜不易查錯。最后由于時間緊迫，本設計還有諸多地方需要改進，比如改用 RS485串行接口 或是網線，實現遠距離操 作。 由于本設計是從保溫部分節能為出發點而設計，因而在其加熱部分還是存在很大能源浪費，因而在日后的開發應用中因當注意要，對其加熱部分的選材的改進。 基于單片機與 PC 機的溫度控制系統硬件設計 29 參考文獻 [1] 童詩白 .模擬電子技術基礎 [M](第三版 ).北京：高等教育出版社， 20xx [2] 毛義敏 .一種 PID 參數模糊自整定控制器的設計與仿真 [J].自動化與儀表，20xx,16(3):3638 [3] AT89系列單片機技術手冊 [S].北京 :北京威立電子技術有限公司 .1423 [4] 樓然苗 ,李光飛 .單片機課程設計指導 [M].北京：北京航空航天大學出版社， 20xx [5] 金偉正 ．單線數字溫度傳感器的原理及應用 [J]．電子技術應用， 20xx(6)： 6668 [6] 沙占友 .智能化集成溫度傳感器原理與應用 [M].北京 :機械