课程设计温度控制器1文档格式.docx

1、 1.2系统结构框图 12. 硬件设计 22.1 元器件的选择 22.1.1 单片机的选择 2 2.1.2 传感器的选择 22.2 单片机控制模块 3 2.3 温度采集模块 4 2.4 时间产生模块 4 2.5 显示模块 5 2.6 报警模块 5 2.7 控制模块 63. 软件设计 73.1 主程序流程图 73.2 按键程序和主程序 74. 系统调试 13 4.1 测量方法 13 4.2 测试结果 135. 设计总结 156. 参考文献 15附录 16前言在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。其中温度的控制在生产过程中占有

2、相当大的比例。准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。能够提高学生的对所学知识的综合运用能力，更能锻炼学生的团队协作能力。本课题采用51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大

3、幅度提高被控温度的技术指标。另外，温度传感器方面，选用了DS18B20，它属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。DS18B20采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）很好地实现本系统对温度的测量。1.总体设计方案1.1 系统设计方案论证方案一,采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的

4、要求难度较大。方案二,FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高。方案三,单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。1.2 系统结构框图系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块，温度设置模块和时钟产生模块

5、，驱动电路六个部分。系统框图如图1所示。图1 系统框图其中数据采集模块负责实时采集温度数据，采集到的温度数据传输到单片机，由单片机处理后的数据送显示部分显示。设置模块可设置预定温度，当检测到的温度低于设定温度时，单片机控制驱动电路启动加热，并发出报警声；当检测温度高于设定温度时，停止加热。时钟模块是采用专用的实时时钟芯片，通过单片机来读取数据送显示部分显示。2.硬件设计2.1 元器件的选择2.1.1 单片机的选择单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，本课题选择AT89S51作为主控芯片。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含

6、4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51单片机引脚图如图2所示 图2 单片机引脚图2.1.2 传感器的选择本系统采用DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20采集温度数据，DS18B20属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用

7、于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。DS18B20的性能特点：第一，采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）；第二，测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625；第三，内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；第四，适配各种单片机或系统机；第五，用户可分别设定各路温度的上、下限；第六，内含寄生电源。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。DS

8、18B20的管脚排列如图3所示。图3 DS18B20引脚分布图2.2 单片机控制模块控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、温度值的设定与温度越限时控制电路的启动。本控制模块由单片机AT89S51及其外围电路组成，电路如图4所示。图4 单片机控制模块2.3 温度采集模块温度由DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20 采集。DS18B20 测温范围为-55C+125C，测温分辨率可达0.0625C，被测温度用符号扩展的16 位补码形式串行输出。CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。本设计采

9、用三引脚PR-35封装的DS18B20。Vcc接外部+5V电源，GND接地，I/O与单片机的P2.1（T0）引脚相连。图5 温度采集模块2.4 时间产生模块DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。图中显示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当

10、Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才

11、能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端（双向）。SCLK始终是输入端。 图6 时间产生模块2.5 显示模块 本系统使用LCD1602作为显示器。单片机通过采集温度传感器和实时时钟的数据，然后处理，把处理后的数据送到显示器显示。图7 显示模块2.6 报警模块报警电路是由蜂鸣器加一个三极管组成的，当温度超过设定值时，通过单片机向三极管基极发送低电平，让三极管导通。从而驱动蜂鸣器发声，起到报警的作用。图8 报警模块2.7 控制模块控制电路是通过一个继电器来控制外围电器。当温度低于预设值，单片机就发送指令来控制继电器导通。当温度高于设定值时，则反之。图9 控制模块3.软件设计3.1 主程序流

12、程图 大于 小于图10 主程序流程图3.2 按键程序和主程序#include intrins.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#includelcd1602.hds1302.hds18b20.hvoid keyscan（）;void wenduxianshi（）;void buzzer（）;void jidianqi（）;void delay（uint z）;uchar l=0,temp=40;sbit k2= P30;sbit k3= P31;sbit k4= P32;sbit t= P20;sbit b= P22;v

13、oid delay（uint z） uint i,j; for（i=0;i=z;i+） for（j=0;j=500;j+）;void keycan（） if（k2=0）;delay（12）;if（k2=0）l+;if（l=7）l=0;switch（l）case 0:if（k3=0）;if（k3=0）（times1）+;if（times1）=60）（times1）=0;write_1302（0x82,times1）;if（k4=0）;delay（10）;if（k4=0）（times1）-;if（times1）=0）（times1）=60;break;case 1:（times2）+;if（tim

14、es2）=24）（times2）=0;write_1302（0x84,times2）;if（k4=0） （times2）-;if（times2）=0）（times2）=24;case 2:if（k3=0）;（times3）+;if（times3）=31）（times3）=0;write_1302（0x86,times3）;（times3）-;if（times3）=0）（times3）=31;case 3:（times4）+;if（times4）=12）（times4）=0;write_1302（0x88,（times4）;（times4）-;if（times4）=0）（times4）=12;w

15、rite_1302（0x88,times4）;case 4: （times6）+;write_1302（0x8c,times6）;（times6）-;case 5:（times5）+;if（times5）=8）（times5）=1;write_1302（0x8a,times5）;（times5）-;if（times5）=0）（times5）=7;write_1302（0x8a,times5）case 6:temp+temp-;default: break;void wenduxianshi（）LCD_command（0xcb）;LCD_write_string（k）;LCD_dat（l%10+

16、0x30）; LCD_dat（temp/10+0x30）;LCD_dat（temp%10+0x30）;void buzzer（） if（temp=x1）b=0;delay（200）;b=1;void jidianqi（）if（temp=x1）t=0;void main（void）init_1302（）;LCD1602_init（）;settime_1302（inittime）;while（1） keycan（）;Display（）;xianshi（）;wenduxianshi（）;jidianqi（）;buzzer（）; 4.系统调试4.1 测量方法系统温度测量的准确度。我们将标准温度计和温度

17、控制系统的探头放在一起，选定若干不同温度点，记录下标准温度计的温度和温度控制系统测量显示的温度进行比较。设定开启加热温度，改变环境温度，验证检测到的温度高于设定温度时是否停止加热，检测到的温度小于设定温度时是否启动加热。4.2 测试结果第一，本系统测量显示温度与标准温度计测量温度对比如表6所示。表6 温度测量准确度标准温度计测量温度（）本系统测量显示温度（）232530404560根据温度测量数据的对比可知，本系统能够准确地测量并显示环境温度。第二，设定不同的开启加热温度，改变环境温度，系统工作情况如表7所示。7表7 系统加热测量设定温度（）环境温度（）发光二极管（亮/灭）1510202439

18、50亮灭发光二极管亮表示启动加热，灭表示停止加热。根据表7可知，系统可以自由设定不同的加热温度，温度设定当环境温度低于设定温度时系统启动加热，当环境温度高于或等于设定温度时，系统停止加热。经过反复测试，系统温度设定范围为0120，最小区分度为1，温度控制的误差1；能够测量并用数码管显示当前实际温度值；通过复位键可以使系统设定温度还原默认值，通过加一键和减一键可以以1步进设置预定温度；环境温度低于设定温度时，启动加热，红色发光二极管点亮，环境温度高于或等于设定温度时，停止加热，红色发光二极管灭。达到了课题要求的技术指标。5.设计总结在这两周的课程设计期间（我主要负责电路设计，画电路图,PCB图和

19、编程）,使我对我们所学过的专业知识更加熟悉。如：Altium软件，C语言编程，一些基本的数电和模电知识。这次课程设计是五人一组，从中我学到一些团队合作经验，为以后我们组队参加电子设计大赛打下一定的基础。在此我要特别感谢学院给我们提供这次专业综合课程设计的机会，并免费提供元件，给我们一个自己动手制作产品的机会。还要感谢我的理论指导教师和指导老师给予我专业知识上的指导。最后，向老师和老师致以真诚的感谢！6.参考文献1 童诗白，华成英 模拟电子技术基础M. 北京:高等教育出版社,2006.123-1282 张齐，杜群贵 单片机应用系统设计技术M.北京：电子工业出版社，2007.89-953 中国机械工业教育协会 组编.单片机原理与应用.机械工业出版社.2001.112-1154 求是科技 单片机通信技术与工程实践M北京：人民邮电出版社，2005.68-725 郭永贞主编 数字电子技术M 西安电子科技大学出版社, 2000.93-976 李广弟 单片机基础M,北京：北京航空航天大学出版社,2001.45-487 张洪润 电子线路与电子技术M.清华大学出版社M，2005.62-648 张齐，杜群贵 单片机应用系统设计技术M.电子工业出版社，2004.185-190附 录附录1 系统仿真图附录2 系统PCB图附录3 实物图