基于STC单片机的温度控制系统设计 精品推荐.docx

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基于STC单片机的温度控制系统设计精品推荐

基于STC单片机的温度调控系统设计

摘要

随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，单片机的应用同样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，但仅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。

本次设计的主题是基于STC单片机的温度调控系统设计，此次设计的温度控制系统主要是对以STC单片机为主控制单元和以温度测量单元构成的单总线数字温度传感器DS18B20进行研究。

该系统将设定温度上下限，并显示检测温度，监测数据。

如果温度超过设定参数上限和下限温度，报警系统将由实验时的设置和以自动控制方式实现，从而达到一定范围内温度的监测与控制。

系统设计了相关的硬件电路和相关应用程序。

硬件电路主要包括STC12C5A60S2单片机最小系统、测温电路、实时时钟电路、LCD液晶显示电路、超温报警电路以及通讯模块电路等。

系统程序主要包括主程序，DS18B20通信程序、按键处理程序、LCD显示程序以及数据存储程序等。

以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平，经过试验结果得知本次设计的系统是准确的，可行的。

关键词　温度采集；DS18B20；STC单片机；测试程序；超温报警电路

BasedonSTCsinglechipmicrocomputertemperaturecontrolsystemdesign

Abstract

Alongwiththecomputermeasurementandcontroltechnologyoftherapiddevelopmentandwideapplication,theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandthespecificfeaturesofapplicationsoftwareobjectscombinetomakeperfect.

ThethemeofthisdesignisbasedontheSTCsingle-chiptemperaturecontrolsystemdesign.TheexperimentoftemperaturecontrolsystembasedonSTCcontrolunitandthetemperaturemeasuringunitconsistingofasinglebusdigitaltemperaturesensorDSresearch18B20.Thesystemcanbeexpectedtodetectthepresettemperature,displaytimeandsavemonitoringdata.Analarmwillbegivenbysystemifthetemperatureexceedstheupperandlowerlimitvalueofthetemperaturewhichcanbesetdiscretionarilyandthenautomaticcontrolisachieved,thusthetemperatureisachievedmonitoringintelligentlywithinacertainrange.

Thesystemdesignofthehardwarecircuitandtherelatedapplications.ThehardwarecircuitincludingSTC12C5A60S2MCUminimumsystem,atemperaturemeasurementcircuit,clockcircuit,LCDdisplaycircuit,alarmcircuitandacommunicationmodulecircuit.Systemprogram,includingthemainprogram,aDS18B20communicationprogram,keyprogram,LCDdisplayprogramanddatastorageprocedure.Microcontrollerasthecoretemperatureacquisitionandcontrolsystemdevelopmentandapplicationhasgreatlyimprovedtheproductionlifeofthetemperaturecontrollevel,atthesametimethroughthetestresultsshowthatthedesignofthesystemisaccurate,andfeasible.

Keywords　Temperatureacquisition;DS18B20;MCUofSTC;Testprogram;Temperaturealarmcircuit

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摘要

Abstract

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第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。

这类控制对象惯性大，滞后现象严重,存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。

传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。

控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。

而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。

数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。

由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。

更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。

本设计就是基于单片机STC12C5A60S2温度控制系统的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。

1.2国内外研究和应用现状

1.国外温度测控系统研究

国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。

先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。

80年代末出现了分布式控制系统。

目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

2.国内温度测控系统研究

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。

我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。

我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。

在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。

我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

成熟的温控产品主要以”点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化，自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少，因此不适合用此种方法作加热炉的温控系统。

近几年来快速发展了多种先进的加热炉温度控制方式，如：

模糊控制。

这个控制技术大大提高了控制精度，不但是控制变得更简单，而且是产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。

不过，模糊控制系统动态性能好，单稳定性较差，而且很难使两种性能都达到理想要求。

目前普遍采用模糊-线性复合控制器发挥了模糊控制和线性控制的优点，是设计的系统取得了较好的动态和稳态指标。

但是模糊-线性复合控制同时也存在一些问题：

线性钱馈复合控制的系统性能对参数变化比较敏感；模糊-线性双模控制存在开关切换问题；在线性控制的误差通道并联模糊控制器系统和模糊控制器与线性控制器并联系统尽管得到了较好的效果，但并不能从根本上解决模糊控制器稳态性能和动态性能之间的矛盾问题。

1.3课题研究内容

1.温度控制原理

用户通过键盘输入系统设定温度上限值与下限值，温度信息由集温度测量和A／D转换于一体的DS18B20温度传感器测量并转换成数字信号输入主机，此信号经过标度转换后，通过LCD将温度显示出来；当测得的温度越限时，蜂鸣器报警。

基于STC12C5A60S2单片机，DS18B20将检测到的温度信号数字信号，并将信号送入单片机进行处理。

最后的温度值显示在液晶显示器上。

这些步骤是用来实现温度检测。

采用键盘接口芯片HD7279的设定温度值，通过单片机保持一定的温度，并用液晶显示器显示设定温度控制。

此外，时钟芯片DS1302是用来显示时间和外部的6264是用来保存数据。

如果温度超过上限和下限温度，报警将由蜂鸣器鸣叫报警。

这样就可以控制输出设备，实时调节温度的变化，使其逐渐趋于给定值且达到控制的目的。

2.系统硬件设计

系统的硬件结构主要由温度检测电路、按键扫描与系统框图中的显示

电路、报警电路、输出控制电路等部分组成。

温度检测及控制电路部分

本系统中温度检测电路选用美国DALLAS公司生产的一线数字温度传感器DS18B20实现。

该器件在使用中不需要外围元件，与单片机交换信息仅需要一根I／O线。

本系统中DQ管脚为数据线与STC的P1．3连接。

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而提高了干扰能力。

在DS18B20内部，提供0．125℃的高分辨率的计算，温度以16位符号扩展的二进制补码的形式存于温度寄存器中。

当用户需的时候，DS18B20将通过单线接口串行发送数据。

人机对话部分的设计人机对话部分包括显示、键盘和报警三部分。

a.显示部分的设计。

在本设计中P0口和P1口的部分位，作为动态显示器的显示输出口。

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