基于单片机的温度控制新版系统标准设计.doc
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1、毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号: 教研室: 电气自动化教研室专 业:电气自动化技术 题 目:基于单片机温度控制系统设计 指导者: 评阅者: 年 5 月毕业设计(论文)评语学生姓名: 班级、学号: 题 目: 综合成绩: 指导者评语: 该生能按时完成毕业设计(论文)任务书要求工作,主动查阅相关文件资料,设计态度端正,能独立思索并处理相关技术问题,论文符合学校要求格式,写作规范化程度好。设计方案可行,有一定创新性,假如再多参考部分外文资料,将会愈加完善。提议成绩评定为 ,能够提交答辩。 指导者(签字): 5月15日毕业设计(论文)评语评阅者评语: 评阅者(签字): 年 月 日答辩委员会(小组
2、)评语:答辩委员会责任人(签字): 5月20日毕业设计说明书(论文)汉字摘要 文 献 综 述 摘要 本设计用AT89C51单片机实现房间恒温控制。该系统由温度检测模块、温度显示模块、标准温度设定和温度控制模块组成。温度检测模块是将DS18B20温度传感器对温度进行测量所传出数字信号利用单片机进行读取和处理;温度显示模块用四位LED数码管显示,温度显示精度为0.1度;温度设定模块用三个按键进行房间标准温度值输入;温度控制是依据房间实际温度和设定标准温度之间差值来调整可变脉宽(PWM)宽度,从而控制可控硅导通或截止时间实现系统恒温控制。本设计相关软件编程由汇编语言实现,和硬件电路相辅相成,很好实现
3、了系统功效。本温度控制系统实现简单,经济有效,能够达成良好温度控制效果。本系统操作简单,实用性强,成本低廉,在实际生产生活中能够广泛应用。关键词 AT89C51单片机 温度传感器DS18B20 恒温控制 可变脉宽(PWM) 目录1绪论11.1温度控制系统研究目标和意义11.2温度控制系统研究概况11.3温度传感器技术12 系统总体方案设计42.1 方案论证42.2 系统功效介绍53系统硬件电路设计73.1传感器接口电路设计73.1.1温度数据采集电路73.2 LED显示接口电设计93.2.1 AT89C51单片机103.2.2 LED数码管123.3 温度控制电路设计134 脉宽调制164.1
4、脉宽调制介绍144.2基础原理144.3 脉宽调制信号设计思想154.4脉宽调制信号作用154.5脉冲宽度调制优点165系统软件设计166 系统软件调试196.1目测196.2硬件调试196.3 软件调试196.4 注意事项20结束语22参考文件23致 谢24附录一 程序25附录二 硬件电路图361绪论1.1温度控制系统研究目标和意义在人类生活环境中,温度饰演着极其关键角色。温度是工业生产中常见工艺参数之一,任何物理改变和化学反应过程全部和温度密相关,所以温度控制是生产自动化关键任务。伴随社会发展,科技进步,和测温仪器在各个领域应用,智能化是现代温度控制系统发展主流方向。尤其是近几年来,温度控
5、制系统早已应用到大家生活各个方面,但温度控制一直是一个未开发领域,却又和大家息息相关一个世纪问题。针对这种实际情况,设计一个温度控制系统含有广泛应用前景和意义。本设计为房间温度控制系统设计,控制对象是房间温度。温度控制在日常生活及工业领域应用十分广泛,比如温室、水池、发酵缸、电源等场所温度控制。而以往温度控制是由人工完成而且不够重视。其实在很多场所温度全部需要得到很好控制。针对这一问题,本系统设计目标是实现能够依据设定温度进行自行调整系统,它应用广泛,功效强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价控制系统。1.2温度控制系统研究概况国外对温度控制技术研究较早,始于20世纪70年代。先是采取模
6、拟式组合仪表,采集现场信息并进行指示、统计和控制。80年代末出现了分布式控制系统。现在正开发和研制计算机数据采集控制系统多因子综合控制系统。现在世界各国温度测控技术发展很快,部分国家在实现自动化基础上正向着完全自动化、无人化方向发展。中国对于温度测控技术研究较晚,始于20世纪80年代。中国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术基础上,才掌握了温度室内微机控制技术,该技术仅限于对温度单项环境因子控制。中国温度测控设施计算机应用,在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上,以单片机控制单参数单回路系统居多,尚无真正意义上多参数综合控制系统,和发达国家相比,存在较
7、大差距。中国温度测量控制现实状况还远远没有达成工厂化程度,生产实际中仍然有很多问题困扰着我们,存在着装备配套能力差,产业化程度低,环境控制水平落后,软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。1.3温度传感器技术传感器技术是现代信息技术关键内容之一,信息技术包含计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快,相当成熟,而传感器应用技术因为需要使用模拟技术,而模拟技术还有很多问题难以处理,所以传感器应用技术也有待深入发展。为了适应该代科学技术发展,世界总舵国家全部把传感器技术列为现代关键技术之一。通常将能把非电量转换为电量器件称为传感器,其实质上是一个功效块,作用是未来自外界多种信号转换成电
8、信号。它是实现测试和自动控制系统首要步骤。假如没有传感器对原始参数进行正确可靠地测量,那么不管是信号转换或信息处理,或最好数据显示和控制全部将无法实现。 温度传感器,使用范围广,数量多,居多种传感器之手。温度传感器发展大致经历了以下三个阶段:传统分立式温度传感器(含敏感元件),关键输能够进行非电量和电量之间转换;模拟集成温度传感器/控制器;智能温度传感器。现在,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化、智能化及网络化方向发展。温度传感器按传感器和被测介质接触方法可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类,其中,接触式温度传感器测温元件和被测对象要有良好热接触,经过热传导及对流原理达
9、成热平衡,这个示值即为被测对象温度。这种测温方法精度比较高,并可测量物体内部温度分布。但对于运动、热容量比较小及对感温元件有腐蚀作用对象,这种方法将会产生很大误差。非接触测温测温元件和被测对象互不接触。常见是辐射热交换原理。此种测温方法关键特点是可测量运动状态小目标及热容量小或改变快速对象,也可测量温度场温度分布,但受环境影响比较大。温度传感器发展大致可分为以下多个:(1)热电偶传感器。热点偶传感器是工业测量中应用最广泛一个温度传感器,它和被测对象直接接触,不受中间介质影响,含有较高精度;测量范围广,可从-501600进行连续测量,特殊热电偶如金,铁,镍,铬最低可测到-269,钨,铼最高可达2
10、800。(2)模拟集成温度传感器。采取硅半导体集成工艺制成,所以亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世,它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功效。模拟集成温度传感器关键特点是:功效单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。(3)光纤传感器。光纤测温技术可分为两类:全辐射测温法,单辐射测温法,双波长测温法,多波长测温法等。特点是:光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,不管是就地使用或远传均十分方便而且光纤直径小,能够单根、成束、Y型或阵列方法使用,结构部署简
11、单且体积小。缺点是:测量起来困难,难于实现较高精度,工艺比较复杂,且造价高,推广应用有一定困难。(4)半导体吸收式光纤温度传感器。半导体吸收式光纤温度传感器是利用了半导体材料吸收光谱随温度改变特征实现。一个传光型光纤温度传感器,是指在光纤传感系统中,光纤仅作为光波传输通路,而利用其它如光学式或机械式敏感元件来感受被测温度改变。在这类传感器中,半导体吸收式光纤温度传感器是研究得比较深入一个。(5)智能温度传感器。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。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)结晶。现在,国际上已开发出多个智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内
12、部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存放器(或寄存器)和接口电路。有产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存放器(RAM)和只读存放器(ROM)。智能温度传感器能输出温度数据及相关温度控制量,适配多种微控制器(MCU),而且可经过软件来实现测试功效,即智能化取决于软件开发水平。伴随科学技术不停进步和发展,温度传感器种类日益繁多,数字温度传感器更因适适用于多种微处理器接口组成自动温度控制系统含有能够克服模拟传感器和微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器弊端等优点,被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等多种温度控制系统中。其中,比较有代表性数字温度传感器有DS18B
13、20、MAX6575、DS1722、MAX6635等。相比较而言,传统温度检测以热敏电阻为温度敏感元件,热敏电阻成本低,但需要后续信号处理电路,而且热敏电阻可靠性相对较差,测量温度正确度低,检测系统精度差。数字式温度传感器种类也不少,而且在实际工程设计中含有上述很多优点。2 系统总体方案设计2.1 方案论证方案一:本课题初步设计方案是经过控制调功电路导通比,来实现对被调对象控制,由图1可见,负载是加热器件,而过零触发电路是由锯齿波发生,信号综合,直流开关,同时电压和过零脉冲输出5个步骤组成。以下图所表示: 图2.1 方案一电路图 图2.1为第一个设计方案,该方案工作原理简述以下:(1) 锯齿波
14、是由单结晶体管BT和R1,R2,R3,W1和C1组成张驰震荡产生,然后经射极跟随器V1、R4输出。(2) 控制电压(Uk)和锯齿波电压进行电流叠加后送到V2基极,合成电压为Us,当Us0(0.7)时V2导通,Us0(0.7),V2导通,Ube3靠近零电位,V3截止,直流开关导通。输出24V直流电压。(4) 过零脉冲输出,由同时变压器TB,整流桥D1及R10,R11组成一削波同时电源,这个电源和直流开关输出电压共同去控制V4和V5。只有当直流开关导通期间,V4截止,V4、V5基电极和发射极之间才有工作电压,才能工作在期间,同时电压每次过零时,V4截止,其集电极输出正电压,使V5由截止转导通,经脉
15、冲变压器输出触发脉冲而此脉冲使晶闸管T在需要导通时刻导通。在直流开关导通期间使出连续正弦波控制电压Uk大小决定了直流开关导通时间长短,也就决定了在设定周期内导通周波数,从而可输出功率调整。显然,控制电压Uk越大,则导通周波数就越多,输出功率也就越大,电阻炉温度也就越高,反之,电阻炉温度就越低。闭环控制自动调温基础指导思想是在系统中增设温度传感器和温度调整器,温度传感器基础功效是检测电炉实际温度,并变换成电压讯号和炉温控制电压Uk进行比较,依据二者差值大小(e=Uk-Uft)和改变方向(即e为正还是为负),经过调整器进行相反方向调整,使调整器输出控制直流开关导通时间长短,从而使设定周期内晶闸管导
16、通周波数增大或减小,对应电炉温度升高一点或减小一点。采取这种控制方法,能够使炉温在较小范围内改变,控制精度高。方案二:为了使得电路简单化,采取单片机作为控制关键来设计本课题,温度信号采集使用温度传感器DS18B20,温度控制基础思想为:经过采集到温度和标准温度之间差值来控制加热电阻丝通电时间长短,从而起到恒温控制目标。方案二设计框图以下图所表示:单片机温度采集按键电路电源显示电路温控电路图 2.2 方案二设计框图本方案采取单片机作为控制关键,使用温度传感器进行温度采集,经过将采集到温度和标准设定温度之间差值进行温度控制,从而使得温度维持在标准设定温度。本方案设计成本低,含有含有较高可靠性,对于
17、系统动态性能和稳定要求不是很高场所很适宜。2.2 系统功效介绍本设计是对房间温度进行检测和控制,设计温度控制系统实现了基础温度控制功效:当温度低于设定温度时,系统自动经过PWM开启加热装置,使温度上升。当温度高于设定温度时,停止加热。三位数码管立即显示温度,正确到小数点后一位。本文设计温度控制系统含有以下功效:(1)经过温度芯片DS18B20采集温度,并以数字信号方法传送给单片机。(2)四位数码管动态实时显示房间温度,显示精度0.10C。(3)三个按键实现标准温度设定。(4)利用PWM实现温度控制。3系统硬件电路设计 图3.0电路硬件图此方案以AT89C51为关键,经过DS18B20检测房间温
18、度,将信号传输至单片机,用四位LED数码管显示温度,同时经过将检测温度和标准设定温度偏差来控制电阻丝通断时间长短,从而达成恒温控制目标。3.1传感器接口电路设计3.1.1温度数据采集电路 DS18B20是美国DALLAS半导体企业生产可组网数字式温度传感器,和其它温度传感器相比,DS18B20含有以下特征:独特单线接口方法,DS18B20在和微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器和DS18B20双向通讯。DS18B20支持多点组网功效,多个DS18B20能够并联在唯一三线上,实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管集成电路内
19、。温度范围55125,固有测温分辨率0.5;测量结果直接输出数字温度信号,以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC效验码,含有极强抗干扰纠错能力;测量结果以9位数字量方法串行传送。DS18B20即使含有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点,但在实际应用中也应注意以下几方面问题:(1)系统硬件即使简单但需要相对复杂软件进行赔偿,因为DS18B20和微处理器间采取串行数据传送,所以,在对DS18B20进行读写编程时,必需严格确保读写时序,不然将无法读取测温结果。(2)在DS18B20相关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题,轻易使人误认为能够挂任意多个DS18B
20、20,在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS18B20超出8个时,就需要处理微处理器总线驱动问题,这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。(3)连接DS18B20总线电缆有长度限制。因为信号电缆本身存在电阻,距离过长时将造成信号衰减。试验中,当采取一般信号电缆传输长度超出50m时,读取测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通讯距离可达150m。DS18B20有PR-35和SOIC两种封装形式,管脚排列如表3.1所表示。本系统选择PR-35封装形式。DS18B20返回温度值即使只有9位,图3.1.2所表示。管脚管脚定义说明8脚SOIC 3脚PR-352 1GND地1 2
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- 基于 单片机 温度 控制 新版 系统 标准 设计
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