基于单片机温度监控设计毕业设计论文.doc

目 录

第一部分 设计任务与调研.......................................................1
第二部分 设计说明...................................................................5
第三部分 设计成果...................................................................8
第四部分 结束语.....................................................................10
第五部分 致谢.........................................................................11
第六部分 参考文献...............................................................12

第一部分 设计任务与调研

1.主要任务
温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。因此在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。所以设计一个由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。本文选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89S51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。
2.设计的思路、方法
本设计是一个数字温度控制系统，利用流过热敏电阻电流随温度线性变化的关系。将电流的变化转化为电压的变化，能测量温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。在对温度进行检测的过程中，温度传感器是测量温度的主要载体，利用温度传感器DS18B20将温度信息传输到放大电路，将其转换到毫伏级电压信号后，将相应的弱电压信号逐渐放大到单片机可以处理的可控范围之内，再通过A/D转换器将电压信号转变成数字信号发送到AT89S51单片机上。经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（温度高于设定温度时，风扇开；当温度低于设定温度时，加热器开）。
在对温度控制系统进行设计的过程中，设计的目的是为了对温度进行实时、准确地控制，以便解决生活中对温度无法实现控制的难题。针对这种状况，温度值显示可以采用十进制的数码来实现，从而方便人们对温度进行监测。同时，提前输入人工设定的温度范围。一旦温度超出，当温度高于设定的温度时（60℃），打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内。当温度低于设定的温度时（5℃），打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。
3.与本课题相关的资料（影片、图片等）。

图1—1 系统框图

图1—2 AT89C51
图1—3 系统框图

图1—4 DS18B20
4.调研的目的
温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。温度是一个十分重要的物理量,对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高,人们也迫切需要检测与控制温度:如大气及空调房中温度的高低,直接影响着人们的身体健康;在大规模集成电路生产线上,环境温度不适当,会严重影响产品的质量。测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。而随着人们生活水平的不断提高,科技不断发达，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的。单片机在测控领域中具有十分广泛的应用，它既可以测量电信号，又可以测量温度湿度等非电信号。由单片机构成的温度检测、温度控制系统可广泛应用于很多领域。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域的应用中独占鳌头。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我们服务。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊控制化己成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。而另一个目标便是传感器。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。所以设计一个由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。
5．总结
目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化飞速发展。因此本设计应用性比较强。
第二部分 设计说明
1 理论分析
温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。因此在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本文采用DS18B20温度传感器来设计的，是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。该传感器具有微型化、封装简单、低功耗、高性能抗干扰能力、测量范围广、强易配处理器等优点，可使系统测量更加精确，电路更加简单。可应用于家用电器、汽车、冷库等领域。
2 设计方案
1. 利用热敏电阻与温度的变化为线性，我们将温度的变化转为电压的变化，通过A/D转换输出后进入单片机系，通过软件控制，将电压对应于温度的数值通过查表的方式得出结果，在LED上显示。如下图

图2—1 模块
3正文
1.本设计采用智能温度传感器DS18B2，内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路。,智能温度控制器适配各种微控制器, 还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式;温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。
2.采用AT89C51单片机作为设计的主要芯片。AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，而且在其片种还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k, 四个I/O口全部提供给用户。
3．该设计软件部分采用模块化设计，通过Keil公司开发的Vision3编译器用C51语言编写，主要包括温度检测，按键驱动和温度控制等。其中温度检测包括DS 18B20初始化子程序、DS 18B20读取子程序、DS 18B20写子程序、DS 18B20转换温度子程序、DS 18B20温度采集子程序、采集温度数码管显示子程序等；按键驱动包括矩阵按键驱动子程序、按键显示子程序等;温度控制包括输入键值处理子程序、温度对比控制子程序

图2—2 流程图
4.作品特点
温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。检测范围5摄氏度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（温度高于设定温度时，风扇开；当温度低于设定温度时，加热器开）。测量精度高，操作简单。

第三部分 设计成果

1.设计成果
温度智能监控系统设计Proteus软件仿真图：

图3—1 Proteus软件仿真图
2.作品的特点
（1）实现多地点的温度实时检测并通过LED显示器显示温度。
（2）消耗的功率小调试容易，控制性及可靠性较好。
3.佐证材料

图3—2 温度检测模块设计图

图3—3 模块设计图

第四部分 结束语

1.总结
（1）通过对温度数据采集系统的性能要求分析，提出了整体设计框架，并选择了AT89S51单片机芯片和智能数字化传感器DS18B20。
（2）针对系统性能的要求作了硬件电路设计，主要包括温度测量电路、数据显示电路、时钟电路、复位电路等，当出现了不同的温度LED会发出不同的反应。
（2）本系统只针对温度进行测量和控制，而实际上可控制的参数有很多。所以系统还可以进一步进行功能扩展，实现光照强度、土壤的肥力等其他参数的自动化调控。
2.分析和完善
（1）由于在固定温度下对各环境参数准确性要求不高，故本设计在能够满足系统要求的前提下，测量和控制精确度还有进一步提高的余地。如果系统应用与精确度较高的场合，可从传感器的选择、电路的设计完善等方面进一步提高系统测量和控制的精确度。
（2）由于系统有误差，比如热敏电阻自身特性产生的误差就不可避免，但是在误差可控范围类，所以可以采用稳压电路，为系统提供稳定的电源，减少外界扰动，电池的损耗而产生的误差。
（3）由于数据通信采取的方式，本系统测量和控制的距离范围并不是很大。如果需要更远的控制距离，可改进信号线路的传输方式，下一步开发中我们可以利用igbee技术或者GPRS技术实现远程通信。无疑这会增加系统的成本。

致 谢

经过那么多天的设计和制作，终于完成了，在这段时间里，感谢我的指导老师，在我拿着题目不知从何下手的时候，是他指点着我，教我方法，犹如黑暗中的一盏明亮的灯塔，指引着我这孤帆在这波涛汹涌的大海中正确的方向。是她不厌其烦的指导我，教我怎么修改，提出珍贵的建议，对我们学生细心认真，毫不马虎，在她细心的教导下，使我少走了很多弯路，让我懂得了很多事情，听君一席话胜读十年书。致此设计完成之际，谨向老师致以最崇高的谢意!
还有我的同学，也很感谢寝室的同学们，在我需要资料的时候，他们在和我一起找；在你我搞不懂原理的时候，他们在帮我不厌其烦的解答；在我需要他们的时候挺身而出，帮助我，与我共同探讨，搜索，解读，让我获益匪浅，感谢他们，一群好兄弟。这设计是我和吕璐同学一起完成的，感谢他的帮助。
经过这么多天的收集资料，让我学到了很多知识，明白了知识是死的，要学以致用才能成为活的，要用到生活中去，才能掌握好，才能融会贯通。以后还有很多的路要走，也很辛苦，让我了解到今后该怎么做，指引着我。谢谢龙老师和我的同学们，感谢你们，谢谢。
第六部分 参考文献

【1】基于DsI8B2o的单总线测温系统设计[J] .魏玲.2007.P42-P43
【2】基于改进遗传算法的电极调节系统PID参数优化[J].孙彦伟，杨万济.2007.P87-P88
【3】单片机原理与应用技术[M].张友德.北京.机械工业出版社.2004
【4】单片机原理及应用[M].张鑫.北京:电子工业出版社.2008
【5】单片机应用系统设计[M].何立民等.北京航空航天出版社
【6】8051单片机课程设计实训教材[M).陈明荧.清华大学出版社.2004
【7】单片机原理及其接口技术[M].胡汉才.北京:清华大学出版社.1995
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