原创基于单片机的转速温度智能测控系统设计毕业论文设计40论文41.docx

原创基于单片机的转速温度智能测控系统设计毕业论文设计40论文41.docx

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原创基于单片机的转速温度智能测控系统设计毕业论文设计40论文41

毕业设计（论文）

题目名称：

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

长江大学毕业设计（论文）任务书III

毕业设计（论文）开题报告V

长江大学毕业论文（设计）指导教师评审意见X

长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语XI

长江大学毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定XII

中文摘要XIII

AbstractXIV

第1章绪论1

1.1课题的背景及其意义1

1.2课题研究的内容及要求2

1.3课题的研究方案2

第2章设计理论基础3

2.1AT89C51系列单片机介绍3

2.2调速原理9

2.3测速原理9

2.4转速的理论计算10

2.5数字温度计DS18B2010

2.6光电传感器12

2.7电机驱动芯片L29812

2.8放大器UA74113

第3章系统硬件电路的设计14

3.1单片机最小系统电路设计（主控电路）14

3.2电机驱动电路设计14

3.3测速电路的设计15

3.4温度测量设计电路16

3.5显示电路的设计16

3.6键盘接口设计17

第4章系统软件设计18

4.1程序总体设计18

4.2键盘扫描的初始化19

4.3数据与算法19

第5章系统调试及结论分析21

5.1硬件调试21

5.2软件调试22

第6章总结与展望24

6.1总结24

6.2展望25

参考文献26

致谢27

附录一28

附录二44

长江大学毕业设计（论文）任务书

学院（系）电信学院专业电气班级109013

学生姓名蔡信鹏指导教师职称李金实验师

1.毕业设计（论文）题目：

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

2.毕业设计（论文）起止时间：

2012年12月19日~2013年6月10日

3．毕业设计（论文）所需资料及原始数据（指导教师选定部分）

直流电机及控制原理,温度检测及常用传感器原理，单片机设计原理及应用知识。

熟悉运用单片设计测控电路的能力。

主要参考资料是来自网上检索的单片机对直流电机控制的设计原理的相关知识和温度检测中常用的传感器，以及《单片机原理及应用》，《仪器总线与接口技术》，《测控系统原理与设计》中有关的设计原理知识。

运用单片机作为核心控制单元，设计一套转速温度智能控制系统。

4．毕业设计（论文）应完成的主要内容

（1）仔细阅读指导教师提供的相关链接及重点内容下，检索的30篇以上的学术论文。

（2）掌握单片机的设计原理，直流电机控制系统设计原理，温度测控原理。

（3）查阅相应的学术论文及相关资料，选定电路设计方案。

（4）设计一套转速温度控制系统电路原理图和PCB印刷电路板图以及软件管理系统。

5．毕业设计（论文）的目标及具体要求

（1）单片机能测量直流电机转速，单片机能测量温度，并通过12864液晶屏显示出来

（2）系统配置输入，能设置转速和温度，单片机控制电机及执行机构使得转速和温度能达到设定值。

（3）应用Protel设计出完整的电路原理图和PCB印刷电路板图。

（4）电路仿真运行。

（5）根据设计内容编写不少于2万字的论文。

6、完成毕业设计（论文）所需的条件及上机时数要求

单片机开发系统、直流电机、温度传感器、上机时间120小时以上

任务书批准日期2012年12月15日教研室（系）主任（签字）

任务书下达日期2013年2月19日指导教师（签字）

完成任务日期2013年6月10日学生（签名）

毕业设计（论文）开题报告

题目名称基于单片机的转速温度智能测控系统设计

院（系）电子信息工程学院

专业班级电气109013班

学生姓名蔡信鹏

指导教师李金

辅导教师李金

开题报告日期2013年3月23日

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

学生：

蔡信鹏，电子信息工程学院

指导老师：

李金，电子信息工程学院

一、题目来源

结合教学以及生产社会实践

二、研究目的及意义

在实际应用中，转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多而模拟量的采集和模拟处理一直是转速测量的主要方法，这种测量方法已不能适应现代科技发展的要求，在测量范围和测量精度上，已不能满足大多数系统的使用。

随着大规模及超大规模集成电路技术的发展，数字系统测量得到普遍应用，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字测量系统越来越普及，其转速测量系统也可以用全数字化处理。

在各类机电系统中，由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，直流电机调速系统已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。

最常用的直流调速技术是脉宽调制（PWM）直流调速技术，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低的特点。

对直流调速控制电路进行设计来实现对速度的控制、检测、显示；再对直流调速控制主回路进行设计，电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。

三、阅读的主要参考文献及资料名称

[1]何立民.单片机应用技术选编.北京：

北京航空航天大学出版社，1997，10

[2]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计.北京：

北京航空航天大学出版社，1995.11

[3]张家定，林幅严，崔宏月.基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计[J].中国科技论文在线，2007.

[4]李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础[M].北京北京航空航天出版社,2001.

[5]蔡美琴,张雅民.Mcs-51单片机系统及其应用[M].北京:

高等教育出版社,1992.

[6]刘丽,王翔.基于MCS-51单片机的转速测量系统[期刊论文]-测量测试技术2007（03）

[7]张磊,孙国良.电机控制卡设计[期刊论文]-电子测量技术2005（06）

[8]李彩云，胡洪波.PWM技术在直流电机调速中的应用[J].南昌高专学报，2008.

[9]金发庆等编.传感器技术与应用.北京机械工业出版社,2002

[10]王锦标，方崇智．过程计算机控制．北京：

清华大学出版社，1997；36～40

[11]邵惠鹤．工业过程高级控制．上海：

上海交通大学出版社，1997；58—62，78—101

[12]胡寿松．自动控制原理．北京：

国防工业出版社，2000；103—124

[13]C语言程序设计（第四版）谭浩强著

四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

在目前的传动系统中，尽管交流电机在调速领域取得了飞速的发展，在许多领域取代了直流电机。

直流电动机拥有良好的起动、制动性能,适用在大范围内的平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛应用。

随着单片机应用技术日新月异发展,许多控制功能及算法都可以采用软件的技术来完成,不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,而且使系统达到更高的性能,大大节约了人力资源，降低了系统成本，更有效地提高了系统工作效率。

随着电力开关半导体器件的发展，直流电机脉宽调制（PWM）直流调速技术得到了飞速发展，它具有的调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点，使之成为直流电机应用的主要调速方式。

DS18B20数字温度计提供9至12位温度读数，指示器件的温度。

信息经过单线接口送入DS18B20或送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条（和地）。

读、写和完成温度变换所需的电源可以有数据线本身提供，而不需要外部电源。

因为每一个DS18B20有唯一的系列号，因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上。

这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。

此特性的应用范围包括HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测。

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

这个课题主要涉及以51单片机作为核心控制芯片，利用PWM控制原理来调节电动机的转速，同时利用光电感器来采集电机转速，用温度传感器采集温度数据，并经单片机检测后在显示器上显示出转速值和温度值，而单片机则根据传感器输出的脉冲信号来分析转速的过程量。

硬件接法

根据定义，单线总线只有一根线：

这一点很重要的，即线上的第一个器件能在适当的时间驱动该总线。

为了做到这一点第一个连接到总线上的器件必须具有漏极开路或三态输出。

DS18B20的单线接口。

多站总线由单线总线和多个与之相连的从属器件组成。

单线总线要求近似等于5k。

单线总线的空闲状态是高电平。

不管任何原因，如果执行需要被挂起，那么，若要重新恢复执行，总线必须保持在空闲状态。

如果不满足这一点且总线保持在低电平时间大于480微秒，那么总线上所有的器件均被复位。

1、系统总体方案框图

图1测控系统原理图

2、传感器

传感器部分是为了实现对电机转速的检测以及温度的检测，选用光电传感器和温度传感器。

3、人机交互界面

选择了点阵式5×7型LCD，以分别显示当前电机转速与设定速度。

4、MCU

这一部分采用Atmel公司的89C51单片机。

六、工作条件

计算机一台

光电测速传感器：

tp805

温度传感器：

ds18b20

单片机：

AT89C51

显示：

lcd1602

放大器：

UA741

电机驱动：

L298N

少量导线

图书馆及网络

参考资料

七、进度安排

4周—6周、查找资料

7周—10周、熟悉系统及开发环境

10周—12周、熟悉硬件及焊接

13周—14周、程序设计

15周—16周、系统调试及完善

17周—18周、毕业设计及答辩

八、指导教师审查意见

长江大学毕业论文（设计）指导教师评审意见

学生姓名

蔡信鹏

专业班级

电气109013班

毕业论文

（设计）题目

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

指导教师

李金

职称

实验师

评审日期

评审参考内容：

毕业论文（设计）的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评审意见：

指导教师签名：

评定成绩（百分制）：

_______分

长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语

学生姓名

蔡信鹏

专业班级

电气109013班

毕业论文

（设计）题目

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

评阅教师

职称

评阅日期

评阅参考内容：

毕业论文（设计）的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评语：

评阅教师签名：

评定成绩（百分制）：

_______分

长江大学毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定

学生姓名

蔡信鹏

专业班级

电气109013班

毕业论文

（设计）题目

基于单片机的转速温度智能测控系统设计

答辩时间

年月日～时

答辩地点

一、答辩小组组成

答辩小组组长：

成员：

二、答辩记录摘要

答辩小组提问（分条摘要列举）

学生回答情况评判

三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：

_______分

毕业论文（设计）最终成绩评定（依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文（设计）评分的相关规定）

等级（五级制）：

_______

答辩小组组长（签名）：

秘书（签名）：

年月日

院（系）答辩委员会主任（签名）：

院（系）（盖章）

基于单片机的速度与温度智能测控系统设计

中文摘要

学生：

蔡信鹏，电子信息工程学院

指导老师：

李金，电子信息工程学院

[摘要]近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

本设计系统的直流电机测速系统由微控制器、信号采集电路、显示电路、电机驱动电路、按键及温度采集模块等部分组成。

处理器采用单片机AT89C51，信号采集部分使用光电传感器和码盘构成的码盘式转速测量传感器，用LCD1602液晶作为显示器。

光电传感器和码盘构成转速测量传感器，将转速信号转变为脉冲信号，经过整形电路后送给单片机处理，单片机把转速数据送到LCD1602进行显示；温度传感器DS18B20传感器，将所采集的温度数据传送给单片机处理，单片机把数据转换并传递给LCD1602进行显示。

按键用来对电机进行调速，并采用L298作为直流电机驱动的核心部分。

本系统还具有对直流电机控速的功能。

[关键字]单片机光电传感器LCD1602DS18B20L298UA741

Basedonsinglechipmicrocomputerspeed-temperaturecontrolsystemdesign

Abstract

Sudent：

Caixinpeng，Schoolofelectionicinformation

Teacher：

LiJin，Schoolofelectionicinformation

[Abstract]:

Inrecentyears,withthecomputerpenetrationinthesocialfield,theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecificsoftwareobjectscombinetomakeperfect.

thisdesignthedcmotorspeedsystembythemicrocontroller,signalacquisitioncircuit,displaycircuitandinfraredremotecontrolmodule,motordrivecircuit,buttons,etcparts.ProcessorUSESthesinglechipmicrocomputerAT89C51,signalacquisitionpartusingphotoelectrictubeandencodercodediscrotationspeedmeasuringsensor,usedLCD1602LCDdisplay.Photoelectrictubeandencoderaspeedmeasuringsensor,thespeedsignalintopulsesignal,aftershapingcircuittosinglechipprocessing,microcontrollersendspeeddataLCD1602display,buttonsandinfraredremotecontrolusedformotorspeed,thissystemalsoofdcmechanicalcontrolspeed.

[keywords]:

singlechipmicrocomputerphotoelectrictubeLCD1602DS18B20L298

第1章绪论

1.1课题的背景及其意义

二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。

因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。

如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。

在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。

温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。

由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。

而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。

在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：

直流调速系统和交流调速系统。

交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。

相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。

1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。

进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。

PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。

1.2课题研究的内容及要求

本次的毕业设计的题目是单片机速度温度智能控制系统设计。

它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。

电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合，使其具备了显示直观、体积做工精细等特点，能为它在其它领域的广泛应用打下良好的基础。

因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高，以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。

其中，有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。

因此，为了提高性价比，我所设计的系统提出在原有系统的基础上进行一些简单的改良，以此为出发点，主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方法。

本文所要研究的课题是基于单片机速度温度智能控制系统的设计，主要是介绍了对运转电机速度与温度的显示和控制，实现了速度温度的实时显示及控制。

温度控制部分，提出了用DS18S20和LCD1602的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，利用DS18S20与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电阻丝的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。

速度部分，提出用光电传感器，L298，UA741和LCD1602的硬件电路完成对速度信息的采集，对电机的驱动和速度数据的显示。

1.3课题的研究方案

按照系统的设计功能要求，我们设计的直流电机测速系统采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键，来控制电机转速的设定和检测及显示。

确定设计系统由单片机主控模块、电机驱动模块、测速模块、显示模块、键盘接口模块和测温模块共六个模块组成。

第2章设计理论基础

2.1AT89C51系列单片机介绍

2.1.1AT89C51系列基本组成及特性

AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

而在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。

而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

AT89C51基本功能描述如下：

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。

它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。

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IO口全部提供给用户。

可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒,仅为875187C51的擦除时间的百分之一，与875187C51的12V电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。

AT89C51芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。

另外,AT89C51还具有MCS-51系列单片机的所有优点。

128×8位内部RAM,32位双向输入输出线,两个十六位定时器计时器,5个中断源,两级中断优先级,一个全双工异步串行口及时钟发生器等。

AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。

间歇模式是由软件来设置的,当外围器件仍然处于工作状态时,CPU可根据工