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温度控制系统的研究与设计智能陈天龙.doc
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1、哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计 题 目: 智能温度控制系统的研究与设计 院、 系: 荣成学院电气系电技09-2班 姓 名: 指导教师: 系 主 任: 王哈力 智能温度控制系统的研究与设计摘 要随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计论述了一种以STC89C52单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。硬件电路主要包括STC89C52单片机最小系统,测温电路、实时时钟电路
2、、LCD液晶显示电路以及通讯模块电路等。系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,计算温度子程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等。关键词 STC89C52单片机;DS18B20;显示电路Intelligent temperature control system research and designAbstractThe main reducing gear assembly transfer the motivity to the conic-gear it meshed. In the structure of the car main reducing gear asse
3、mbly, the beforehand force of the locknut is directly related to the selection of the gasket, when the thickness of gasket is different, the behind force of bearing is different and so is the displacement of the gear. This paper assembly in the structural strength of the problems, after the main bri
4、dge reducer cone assembly in the mechanical assembly technology research, analysis of the main cone assembly of the assemblyprocess,Through analyzing the structure of the main reducer, some mechanical factors, Based on pre-tighten moment in the process of assembly, the analytical model of the main r
5、educe is established through theoretical analysis of the connection between screwed moment and axle force. By using finite element analysis, we obtain stress field and displacement field of the main reducer after assembly by finite element method. As a result, strength evaluation of the main reducer
6、 is performed. Based on these results, some theoretic suggestions for the design and manufacture of the main reducer are provided.Keywords The main reducing gear assembly; Bearing block; Contact Analysis; ANSYS不要删除行尾的分节符,此行不会被打印目 录摘要IAbstractII第一章 绪 论 1.1 前言工业控制是计算机的一个重要应用领域,计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起
7、来的一门专业技术,它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程,并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机STC89C52温度控制系统的设计,通过本次课程实践,我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法,以及其工作的原理。温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现
8、场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20,因其内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信,大大减少了接线的
9、麻烦,使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化,更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接,故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头,探入到狭小的地方,增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。1.2 课题的意义随着社会的发展,温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C52 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶屏上实时显示,通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。通过该课程的学习使我们对
10、计算机控制系统有一个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法,进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。第二章 硬件电路的设计2.1 系统设计的框架本课题设计的是一种以STC89C52单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括:电源模块、温度采集模块、按键处理模块、实时时钟模块、数据存储模块、LCD显示模块、通讯模块以及单片机最小系统。STC89C52单片机电源模块数据存储模块温度采集模块LCD显示模块按键处理模块通讯模块时钟模块图2-1 系统设计框架2.2
11、单片机最小系统电路在课题设计的温度控制系统设计中,控制核心是STC89C52单片机,该单片机为51系列增强型8位单片机,它有32个I/O口,片内含4K FLASH工艺的程序存储器,便于用电的方式瞬间擦除和改写,而且价格便宜,其外部晶振为12MHz,一个指令周期为1S。使用该单片机完全可以完成设计任务,其最小系统主要包括:复位电路、震荡电路以及存储器选择模式(EA脚的高低电平选择),电路如下图2所示:图2-2 单片机最小系统2.3 单片机的选型本课题设计的温度控制系统主控制芯片选型为STC89C52单片机,其特点如下:2.3.1 STC89C52单片机简介目前,51系列单片机在工业检测领域中得到
12、了广泛的应用,因此我们可以在许多单片机应用领域中,配接各种类型的语音接口,构成具有合成语音输出能力的综合应用系统,以增强人机对话的功能。STC89C52单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机,在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括:一个8位的微型处理器CPU;一个512K的片内数据存储器RAM;4K片内程序存储器;四个8位并行的I/O接口P0-P3,每个接口既可以输入,也可以输出;两个定时器/记数器;五个中断源的中断控制系统;一个全双工UART的串行I/O口;片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过
13、内部总线相连接。2.3.2 STC89C52单片机时序 STC89C52单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成,每个状态又持续2个震荡周期,分为P1和P2两个节拍。这样,一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器,则每个机器周期为1us,每个状态周期为16us;在一数情况下,算术和逻辑操作发生在N期间,而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令,当指令操作码读人指令寄存器时,使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令,则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令,则在51期间仍进行读,但所读入的字节操作码被忽略,且程序计数据也不加1。在加结束时完
14、成指令操作。多数STC89C52指令周期为12个机器周期,只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令,它们需4个机器周期。 对于双字节单机器指令,通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节,但Movx指令例外,Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令,在执行Movx指令期间,外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。2.3.3 STC89C52单片机引脚介绍STC89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。(1)电源引脚Vcc和Vs
15、sVcc(40脚):接+5V电源正端;Vss(20脚):接+5V电源正端。(2)外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(19脚):接外部石英晶体的一端。在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于CHOMS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端。在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接。(3)控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、AL
16、E/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。(A)RST/VPD(9脚):RST即为RESET,VPD为备用电源,所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作,使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障,降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。(B)ALE/ P (30脚):当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存信号)以每机器周期两次的信号输出,用于锁存出现在P0口的低(C)PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读
17、取指令或常数期间,每个机器周期PESN两次有效,以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间,PESN信号将不出现。(D)EA/Vpp(31脚):EA为访问外部程序储器控制信号,低电平有效。当EA端保持高电平时,单片机访问片内程序存储器4KB(MS52子系列为8KB)。若超出该范围时,自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时,无论片内有无程序存储器,均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机,在EPROM编程期间,该引脚用于接21V的编程电源Vpp。 (4)输入/输出(I/O)引脚P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口(39脚22脚):P0.0P0.
18、7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时,它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时,P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机,当EPROM编程时,从P0口输入指令字节,而当检验程序时,则输出指令字节。(B).P1口(1脚8脚):P1.0P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机,P1.0和P1.1还有第2功能:P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2;P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时,P0口接收输入的低8位地址
19、。(C).P2口(21脚28脚):P2.0P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时,P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时,P2口接收输入的8位地址。(D).P3口(10脚17脚):P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口,可以作为一般的准双向I/O接口,也可以将每1位用于第2功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表 表1 单片机P3.0管脚含义引脚第2功能P3.0RXD(串行口输入端0)P3.1TXD(串行口输出端)P3.2IN
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