课程设计温度控制器1文档格式.docx
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1.2系统结构框图1
2.硬件设计2
2.1元器件的选择2
2.1.1单片机的选择2
2.1.2传感器的选择2
2.2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6
3.软件设计7
3.1主程序流程图7
3.2按键程序和主程序7
4.系统调试13
4.1测量方法13
4.2测试结果13
5.设计总结15
6.参考文献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，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CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）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ISPFlash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。
DS18B20的管脚排列如图3所示。
图3DS18B20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-55°
C～+125°
C，测温分辨率可达0.0625°
C，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2.5V～5.5V。
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Vcc2大于Vcc1＋0.2V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Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将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<
regX52.h>
intrins.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#include"
lcd1602.h"
ds1302.h"
ds18b20.h"
voidkeyscan（）;
voidwenduxianshi（）;
voidbuzzer（）;
voidjidianqi（）;
voiddelay（uintz）;
ucharl=0,temp=40;
sbitk2=P3^0;
sbitk3=P3^1;
sbitk4=P3^2;
sbitt=P2^0;
sbitb=P2^2;
voiddelay（uintz）
{
uinti,j;
for（i=0;
i<
=z;
i++）
for（j=0;
j<
=500;
j++）;
}
voidkeycan（）
{
if（k2==0）;
delay（12）;
if（k2==0）
l++;
if（l==7）
{l=0;
switch（l）
case0:
if（k3==0）;
if（k3==0）
（times[1]）++;
if（（times[1]）==60）
{（times[1]）=0;
write_1302（0x82,times[1]）;
if（k4==0）;
delay（10）;
if（k4==0）
（times[1]）--;
if（（times[1]）==0）
{（times[1]）=60;
}}
break;
case1:
（times[2]）++;
if（（times[2]）==24）
{（times[2]）=0;
write_1302（0x84,times[2]）;
if（k4==0）
（times[2]）--;
if（（times[2]）==0）
{（times[2]）=24;
case2:
{if（k3==0）;
{（times[3]）++;
if（（times[3]）==31）
{（times[3]）=0;
write_1302（0x86,times[3]）;
（times[3]）--;
if（（times[3]）==0）
{（times[3]）=31;
case3:
{（times[4]）++;
if（（times[4]）==12）
{（times[4]）=0;
write_1302（0x88,（times[4]））;
（times[4]）--;
if（（times[4]）==0）
{（times[4]）=12;
write_1302（0x88,times[4]）;
case4:
{（times[6]）++;
write_1302（0x8c,times[6]）;
（times[6]）--;
case5:
{（times[5]）++;
if（（times[5]）==8）
{（times[5]）=1;
write_1302（0x8a,times[5]）;
{（times[5]）--;
if（（times[5]）==0）
{（times[5]）=7;
write_1302（0x8a,times[5]）}
case6:
temp++
temp--;
default:
break;
voidwenduxianshi（）
{LCD_command（0xcb）;
LCD_write_string（"
k"
）;
LCD_dat（l%10+0x30）;
"
LCD_dat（temp/10+0x30）;
LCD_dat（temp%10+0x30）;
voidbuzzer（）
{if（temp==x1）
{b=0;
delay（200）;
b=1;
voidjidianqi（）
{if（temp==x1）
t=0;
voidmain（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（℃）
23
25
30
40
45
60
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）
15
10
20
24
39
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0～120℃，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,2006.123-128
[2]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，2007.89-95
[3]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.2001.112-115
[4]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，2005.68-72
[5]郭永贞主编数字电子技术[M]西安电子科技大学出版社,2000.93-97
[6]李广弟单片机基础[M],北京：
北京航空航天大学出版社,2001.45-48
[7]张洪润电子线路与电子技术[M].清华大学出版社[M]，2005.62-64
[8]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
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