毕业论文烧水恒温系统文档格式.doc
《毕业论文烧水恒温系统文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文烧水恒温系统文档格式.doc（66页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第四章实物制作与调试说明 37
4.1原材料的选择与采购 37
4.2印刷电路板的设计与制作 37
4.3单片机测试 38
4.4硬件及软件调试 38
4.5整机的调试与测试 38
使用说明书 40
致谢 41
参考文献 42
附件1：
电路原理图 43
附件2：
程序清单 44
前言
温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。
很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。
因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。
本温度设计采用现在流行的AT89S52单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。
单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由于温度随时在变化，为了让恒温系统更加稳定的工作，引入了PID算法，PID算法是一种闭环结构的算法，根据外来采取的数据的变化来做相应的计算。
关键词:
单片机应用；
温度采集控制；
DS18B20应用，PID算法；
ABSTRACT
Thetemperatureisindailylifetheever-presentphysicalquantities,thecontrolofthetemperatureinvariousfieldshavepositivesignificance.Manyindustrytherearealargenumberofelectricheatingequipment,suchastobeusedinheattreatmentfurnace,usedtomeltmetalcrucibleresistancefurnace,andallkindsofdifferentUSESoftemperatureboxandsoon,USESthemonolithictheycontrolhasnotonlyconvenientcontrol,simple,flexibleandothercharacteristics,butalsocouldincreasethetemperaturewaschargedwiththetechnicalindex,whichcangreatlyimprovethequalityoftheproducts.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyadopted.
ThistemperaturedesignUSESpopularnowAT89S52SCM,matchwithDS18B20digitaltemperaturesensor,thetemperaturesensorcanbesetonthetemperaturelimit.Thetemperatureofthesinglechipmicrocomputerdetectthetemperatureoftheinputsignalandtheupperandlowerlimitcarriesonthecomparison,duetotemperaturechangesinatanytime,inordertomakethesystemmorestableworkofconstanttemperature,theintroductionofthePIDalgorithm,PIDalgorithmisaclosedloopstructurealgorithm,accordingtothechangeoftheforeigntakedatatomakecorrespondingcalculation.
Keywords:
SCM;
Temperaturegatheringcontrol;
DS18B20application，PID;
基于MCS-51单片机恒温系统
第一章绪论
1.1微处理器的发展趋势
在后经济危机时代,消费者更趋于理智，希望可以用更低的价格获得更高性能更好用户体验的便携电子产品，对低成本差异化产品要求提升了。
这就要求半导体行业开发先进的片上芯片（SoC）平台，推动创新，从而为新一轮移动互联应用和服务提供更出色的用户体验。
这符合ARM一贯遵循的商业模式和市场策略，鼓励技术创新并降低成本。
ARM已经与国内许多芯片厂商展开合作，降低设计门槛，授权更多先进的技术给国内公司，满足以中国为中心的发展中国家市场和新兴市场对高性能低成本产品的需求。
ARM始终坚持一贯的市场战略，并没有因为金融危机而改变。
我们现在的重点加大了软件方面的投入，与合作伙伴的关系也变得更加紧密，这是为了扩大并加强ARM的生态环境，生产出更多符合市场需求的产品。
平板电脑叩开移动互联大门以平板电脑叩开移动互联大门2011年，移动互联和云计算将继续成为推动支持互联网功能的消费电子产品需求增长的主要因素。
由此我们相信诸如智能手机、平板电脑、数字家庭等互联消费设备将在2011年得到迅猛发展。
1.2温度控制系统设计的背景、发展历史及意义
随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。
特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。
针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。
温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。
在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。
比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；
许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；
炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。
没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。
因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。
可见，温度的测量和控制是非常重要的。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。
随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。
1.3系统的设计原则
一般系统的设计原则包含安全性（稳定抗干扰性），操作的便利性（人性化），实时性，通用性和经济性。
（1）安全可靠
首先要选用高性能的AT89C52单片机，保证在恶劣的工业环境下能正常运行。
其次是设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，如报警、事故预测、事故处理和不间断电源等。
（2）操作维护方便
操作方便表现在操作简单、直观形象和便于掌握且不强求操作工要掌握计算机知识才能操作。
（3）实时性强
选用高性能的AT89C52单片机的实时性，表现在内部和外部事件能及时地响应，并做出相应的处理。
（4）通用性好
系统设计时应考虑能适应不同的设备和各种不同设备和各种不同控制对象，并采用积木式结构，按照控制要求灵活构成系统。
主要表现在两个方面：
一是硬件板设计采用标准总线结构（如PC总线），配置各种通用的模板，以便扩充功能时，只需增加功能模板就能实现；
二是软件功能模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不需要二次开发，只需各种功能模块，灵活地进行控制系统组态。
（5）经济效益高
1.3.1系统的设计步骤
（1）系统总体方案设计、
（2）方案论证评审
硬件和软件的分别细化设计
硬件和软件的分别调试
系统的组装
（3）离线仿真和调试阶段
1.3.2系体的总体方案设计和框图设计
（1）系统的主要功能、技术指标、原理性方框及文字说明。
（2）系统的硬件结构几配置，主要软件的功能、结构几框图。
（3）保证性能指标要求的技术措施。
（4）抗干扰性和可靠性设计。
（5）工艺要求
实现温度闭环控制，控制温度误差范围≤±
0.1℃。
温度范围：
-50℃～125℃。
供电电压：
交流220Ｖ和直流电5V。
1.4设计方案
方案一：
考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，感温电路比较麻烦，进行A/D转换，才可以满足设计要求。
优点：
便宜。
缺点：
准确度不高。
热敏
电阻
M
C
U
AD
转
换器
图1.1采用热敏电阻的框图
方案二：
由于本设计是测温电路，首先要选用高性能的AT89C52单片机，保证在恶劣的工业环境下能正常运行。
单片机AT89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
测温传感器使用二极管结电压变化的数值来转化成温度的变化，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
考虑到方案中制作数字温度计，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
LCD显示
单片机复位
报警点按键调整
时钟振荡
温度传感器
Led和蜂鸣器外设
图1.2采用18B20传感器的框图
第二章硬件设计
2.1主要器件说明
2.1.1主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
如图2.1所示。
图2.1AT89C52
（1）主要特性：
（2）·
与MCS-51兼容
·
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
（3）管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.1.2显示器（1602液晶的简介）
字符型液晶1602主要技术参数如表2.1所示：
表2.1字符型液晶1602主要技术参数
显示容量：
16*2个字符
芯片工作电压：
4.5—5.5V
工作电流：
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压：
5.0V
字符尺寸：
2.95*4.35（W*H）mm
接口信号说明如表2.2所示：
表2.21602接口信号说明
编号
符号
引脚说明
1
Vss
电源地
9
D2
DataI/O
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VL
液晶显示偏压信号
11
D4
4
Rs
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
5
R/W
读/写选择端（H/L）
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
控制器接口说明（HD44780及兼容芯片）
（3）基本操作时序
a读状态：
输入：
Rs=L,Rw=H,E=H输出：
D0—D7=状态字
b写指令：
Rs=L,Rw=L,D0—D7=指令码输出：
无
E=高脉冲
C读数据：
Rs=H,Rw=L,E=H输出：
D0—D7=数据
d写数据：
Rs=H,Rw=L,D0—D7=数据输出：
状态字说明如表2.3所示：
表2.3状态字说明（a）
STA7
STA6
STA5
D5
STA4
D4
STA3
D3
STA2
D2
STA1
D1
STA0
D0
表2.4状态字说明（b）
STA0--6
当前数据地址指针的数值
读写操作使能
1：
禁止0：
允许
注：
对控制器进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0
RAM地址映射图
控制器内部带有80*8位（80字节）的RAM缓冲区，对应关系如下图2.5所示：
表2.5RAM地址映射图LCD16字*2行
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
0B
0C
0D
0E
0F
…
27
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
4A
4B
4C
4D
4E
4F
50
67
指令说明
初始化设置
显示模式设置如表2.6所示：
表2.6显示模式设置
指令码
功能
设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
显示开关及光标设置如表2.7所示：
表2.7显示开关及光标设置
D
B
D=1开显示；
D=0关显示
C=1显示光标；
C=0不显示光标
B=1光标闪烁；
B=0光标不显示
N
S
N=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一
N=0当读或写一个字后地址指针减一，且光标减一
S=1当写一个字符后，整屏显示左移（N=1）或右移（N=0）,以得到光标不移动而屏幕移动的效果
S=0当写一个字符，整屏显示不移动
数据控制控制器内部没有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部80字节RAM。
数据指针设置如表2.8所示
表2.8数据指针设置（a）
80H+地址码（0—27H,40—67H）
设置数据地址指针
读数据：
见c
写数据：
见d
其它设置如表2.9所示
表2.9数据指针设置（b）
01H
显示清屏：
1.数据指针清零
2.所有显示清零
02H
显示回车：
2.1.3温度传感器
DS18B20温度传感器是采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片，经焊接，外加不锈钢保护管封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
①:
：
技术性能描述
*独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯,在使用中不需要任何外围元件。
*测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。
-
*支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
*工作电源:
3~5V/DC
*测量结果以9位数字量方式串行传送。
*不锈钢保护管直径
Φ6
*适用于1/2”,3/4”,1”,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
②：
应用范围
*
该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域
轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。
汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制
③.DS18B20的性能特点如下：
*独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
*多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
*无须外部器件；
*可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；
*零待机功耗；
*温度以9或12位数字；
*用户可定义报警设置；
*报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
*负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
I/O
64
位
ROM
单
线
接
口
高速缓存
存储器与控制逻辑
温度传感器
高温触发器TH
低温触发器TL
升级会员 