基于单片机的温度控制.docx

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基于单片机的温度控制

基于单片机的温度控制

设计者：

学号：

班级：

指导老师：

毕业设计（论文）任务书

专业（班）：

姓名：

课题名称、主要内容和基本要求

课题名称：

基于单片机的温度控制

主要内容：

随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，特别是在某些场合上，我们必须要对周围温度进行控制，这样才不会使这些场合在过高的温下工作从而导致机器故障或发生不必要的意外，温度控制将更好的服务于社会目前。

本设计主要采用了AVR单片机Atmega16L作为控制核心设计的一个温度控制系统。

通过对环境周围温度的测量，来达到对温度的控制和调节功能。

基本要求：

1.调查温控系统的应用及市场前景

2.掌握温控系统的工作原理

3.完成温控系统硬件设计、硬件调试

4.完成温控系统软件设计调试

5.试运行、测试，完成作品

6.完成设计论文

技术指标：

1.温度测量范围：

-50℃~110℃

2.温度测量准确度：

±0.5℃

3.DS18B20输出控制

4.降温报警系统的控制

验收标准:

1.毕业设计论文符合要求

2.作品演示功能正常

3.技术指标达到要求

进度安排

周次

工作内容

执行情况

上学期

搜集资料、方案构思、明确题目要求，提交开题报告

第1-5周

硬件电路设计与制作

第6-7周

硬件电路设计与制作及调试

第8-10周

软件设计

第11-12周

系统程序设计、调试

第13-15周

写设计报告（论文）

第16周

答辩，演示制作成品、讲解设计思路、回答提问

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指导教师评语

指导教师签名：

摘要

本设计的主要内容和特点

随着时代的进步和发展，人们生活水平的不断提高，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。

本设计所介绍的基于单片机的温度控制的主要特点是：

具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用AVR单片机Atmega16L作为控制核心；测温传感器使用DS18B20，能更好更方便的读取外部温度值；降温控制系统采用低压直流电风扇，当温度高于设定最高限温度时，LED灯及蜂鸣器便会发出报警信号，同是降温风扇也会启动达到降温作用；温度显示使用液晶模块来实现，这样就能准确达到以上要求。

外文资料：

Withtheeraofprogressanddevelopment,thecontinuousimprovementofpeople'slivingstandard,SCMtechnologyhasspreadtoourlives,work,research,invariousfields,hasbecomearelativelymaturetechnology.

ThedesignpresentedbytheSCMbasedonthetemperaturecontrolofthemainfeaturesare:

areadingofconvenience,awiderangeoftemperaturemeasurement,accuratetemperaturemeasurement,usingfiguresshowthattheoutputtemperature,mainlyusedformoreaccuratetemperaturemeasurementonthepremises,orscientificresearchLaboratoryuse,thedesigncontrolleruseasacontrolAtmega16LAVRmicrocontrollercoretemperaturesensorsuseDS18B20,canbebetterandmoreconvenienttoreadtheoutsidetemperature;coolingcontrolsystemuseslow-voltagedirectcurrentelectricfans,whenthetemperatureishigherthanthesetLimitthemaximumtemperature,LEDlightsandbuzzeralarmsignalwillbeissuedwithacoolingfanwillstarttocooldown;temperaturethattheuseofLCDmodulestoachievesothatwecanaccuratelymeettheaboverequirements.

一.前言

随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。

在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。

随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、电脑、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。

尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。

随着社会的发展，人们对环境温度的控制要求也越来越高，对于高温的温度控制也就相应的不断提高，而我设计的基于单片机的温度控制就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。

我所采用的控制芯片为Atmega16L，此芯片功能强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对温度的控制和调节功能

二.方案论证与比较

1.方案一

由于本设计是控温测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，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，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

2.方案二

进而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，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，（在9位分辨率时最多在93.75MS内把温度转换为数，）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。

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。

三.系统的基本原理及使用说明

基于单片机的温度控制电路设计总体设计方框图如图1所示，主控制器采用单片机AVR控制，温度传感器采用DS18B20，以蜂鸣器实现报警功能，降温控制系统采用低压直流电风扇，用液晶来实现温度显示。

图1总体设计方框图

本数字温控系统采用了AVR单片机Atmega16L作为控制核心,通过一个温度传感器DS18B20把环境温度读取进来，再由液晶模块将读取的温度显示出来，通过键盘按键来设定报警温度值，当温度达到预设报警温度值时，利用蜂鸣器、LED指示灯及电机风扇实现高温报警及降温功能。

四.硬件设计方案

系统整体硬件电路包括：

单片机主板电路，传感器数据采集电路，温度显示电路，报警降温电路等。

（如图1）

图1中的按键复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重启单片机电源，就可以实现复位；键盘按键用来设置报警温度值从而控制风扇及报警；显示电路直接用液晶模块显示，不但显示直观、清晰，在硬件电路设计中还更方便。

1.单片机主板电路

主要是用AVR的最小开发系统为基础电路，以Atmega16L作为控制核心来实现（图1-1）。

（图1-1）

2.传感器数据采集电路

主要是通过外接一种改进型智能温度传感器DS18B20来实现（图1-2）。

其内部结构已包含了数据采集转换功能，使用方便，最适合本电路使用。

3.温度显示电路

主要是用一块16X2字符型液晶显示模块来实现（图1-3）。

它以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用且使用方便直观。

（图1-2）（图1-3）

4.报警降温电路

主要是通过两个键盘按键对其报警温度的设置，以蜂鸣器及LED灯配合低压直流电风扇等组合来实现对温度的报警降温（图1-4）。

（图1-4）

五.软件设计方案

系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，键盘处理子程序，显示数据刷新子程序等。

1.主程序

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20测量的当前温度值，并与设定值相比较从而达到控温报警效果，其程序流程见图2所示。

2.读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。

其程序流程图如图3所示。

3.温度转换命令子程序

温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。

温度转换命令子程序流程图如上图，图4所示

图4温度转换流程图

六.主要器件介绍

1.主控制器

本设计采用了Atmel公司的AVR单片机Atmega16L作为控制核心。

AVR单片机的单周期指令能够保证高的执行效率和低成本，是精简指令集CPU中的高性能器件。

AVR单片机可以提供高达16MIPS的执行时间，具有128K字节的可编程Flash存储器，同时具备4096字节的静态RAM。

这款AVR增强型单片机具有速度快，抗干扰能力强，价格低廉等诸多优点。

2.显示液晶模块

显示电路采用了液晶模块，实现了当前温度在液晶显示模块上实时显示。

液晶显示模块占用了单片机Atmega16L的PA0-PA7作为数据接口，采用了单片机的PA0-PA2作为控制端口。

PA0引脚选择液晶显示模块的数据存储器或指令存贮器，PA1引脚表明此次操作是读液晶显示模块还是写液晶显示模块，PA2则构成上升沿与下降沿完成读写时序。

3.温度传感器

图5DS18B20内部结构

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，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。

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；

DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图5所示。

64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。

温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可