温度控制器毕业设计文档格式.docx

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简单地说，就是恒温定时显示功能。

该项目的关键点就是低成本控制。

1.3.2技术参数和设计要求

①输入电压180-250V。

②负载能力：

500W（220V/2.5A）。

③控温范围：

20-75°

。

④工作时间：

3、6、9小时。

⑤其他要求：

系统工作时，两位数码管循环显示当前温度、设置温度。

用三个指示灯知识设置的时间，计时停止后，数码管显示Ed

1.4本章小结

本设计以单片机STC89C52为核心，与温度传感器和数据转换器等相结合，通过软件实行智能控制。

它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点。

控制器采用新型的智能控制算法，因而系统升温快，控温精度高，稳态误差可达±

0.5℃以内，满足系统要求。

整个系统操作简便,抗干扰能力强、运行可靠。

本章对设计进行初步介绍，对智能电加热炉定时控制系统的目的和意义，国内外研究现状，论文研究内容及创新点进行简单介绍。

使得对本设计有初步了解.

第2章系统设计方案

2.1系统设计基本思路

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

实现当温度传感器探测到电热毯温度超过设定温度时，单片机关断电路，然后当温度传感器探测到电热毯温度降低到设定温度以下时，单片机接通电路。

同时温控器可以手动设定温度和开通时间。

此设计软件部分可划分为数据采集、键盘控制、数码管显示等子模块。

硬件电路可划分为：

单片机控制电路、晶振电路、复位电路、LED显示电路。

所有的硬件设备都由相关的软件控制管理。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定等功能。

本设计处理器采用52系列单片机是在系统软件控制下工作的。

设置在监测点上的温度传感器将测量的模拟信号转换成电信号，传送至STC89C52单片机。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时控制输出电路。

就此设计的核心模块来说，STC89C52单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

温度传感器电路、单片机、按键电路、复位电路及相关的控制管理软件组成。

本设计的构成框图如图下。

2.2系统设计框图

第3章高档床垫电加热温控器硬件选择

高档床垫电加热温控器主要分为硬件部分和软件部分，这章主要论述硬件的选择，本设计用到的硬件部分主要有采集数据的温度传感器DS18B20，处理数据的单片机，电路和输出显示的显示器

3.1温度传感器

现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。

传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。

近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；

（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；

（2）模拟集成温度传感器／控制器；

（3）智能温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正由模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

3.1.1集成温度传感器的产品分类

模拟集成温度传感器：

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。

模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。

模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

它是目前在国内外应用最为普遍的一种成集传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

3.1.2模拟集成温度控制器

模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。

某些增强型集成温度控制器（例如TC652/653）中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。

但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。

3.1.3智能温度传感器

智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。

它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。

目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。

3.1.4智能温度传感器发展的新趋势

进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

本文将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测炉内温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。

传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。

传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。

因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来。

传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。

温度传感器就是其中重要的一类传感器。

传感器是借助于检测元件，接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。

它获取的信息，可以是各种化学量和生物量，物理量，而转换后的信息也有各种形式。

目前大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。

具体本设计用到的温度传感器,由于温度分布范围极宽，加上被测对象繁杂、多样，因此只能根据不同的温度范围和不同的被测对象，适当的选择不同的传感器。

3.1.5传感器从原理上分为

热阻变化、热电效应、P-N结电压变化、频率变化、晶体管特性变化压电效应、热辐射等多种。

其中又分为接触式和非接触式，非接触式如：

热辐射传感器、红外测温传感器，它们通常用于高温测量，如：

炼钢、炼铁炉内的温度测量。

智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；

并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

3.1.6传感器的主要性能参数有

线性度，线性度传感器测出的输入、输出曲线与某以规定直线不吻合的程度，称为非线性误差，或称为线性度。

在输出特性与规定直线间，垂直方向上的最大偏差与最大输出的百分比，即为非线性误差。

线性度的考虑在选择传感器中很重要，采用线性度高的传感器，在电路上处理较方便，测量精度也高。

而线性度不高，则需要加入线性转化的硬件或在软件中处理。

测量范围（量程），各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。

有的传感器允许过载（即允许超过测量范围），但过载范围不作为测量范围。

在选用传感器时，传感器的测量范围应稍大于实际测量范围，以防止万一超量程时，不致损坏传感器。

其它如：

重复性，滞后（迟滞），精确度（精度），灵敏度（传感器系数），零点温度漂移，灵敏度漂移，零点时间漂移，工作环境条件，响应速度等参数应该综合考虑。

综上所述，设计为日常生活测温，再考虑小型化，使用方便，故选择晶体管特征变化的集成传感器为最佳，它是温度传感器（热敏晶体管）、放大电路等后续电路，利用集成化技术做在同一芯片上的功能器件，这种传感器输出信号大，与温度有较好的线性关系，小型化、成本低、使用方便、测温精度高，得到广泛的使用。

再根据设计所要求的测量范围，选择了比较常用的温度传感器DS18B20。

3.2DS18B20

3.2.1DS18B20的介绍

DS18B20的核心功能是指示数字的温度传感器，其方案可以由用户设置（9，10，11，12位），默认情况使用12位。

这相当于现实不同的精度。

通过温度转换命令执行操作后温度数据被保存在16位高速缓存中，信号分为两种不同的格式保存，通过执行读缓存的命令返回采集到的温度。

传送时最低有效位LSB优先，最高加权位包含了标识温度正负的“s”位。

下边的图描述了输出数据的格式，在这里使用12bit，如果想设置为更低位解决方案，可以在空位处补零。

如果采用华氏温度显示，则需要查找表或者是查找路径。

3.2.2DS18B20测温原理

低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，为计数器提供一频率稳定的计数脉冲。

高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，很敏感的振荡器，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。

图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度[13]系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。

注意：

当温度高于１００℃时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率的增大。

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、配置寄存器。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（地址：

28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，并且每个DS18B20的序列号都不相同，因此它可以看作DS18B20的地址序列码；

最后8位则是前面56位的循环冗余校验（CRC=X8+X5+X4+1）。

由于每一个DS18B20的ROM数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个DS18B20进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器用于完成对温度的测量，它的测量精度可以配置成9位，10位，11位或12位4种状态。

温度传感器在测量完成后将测量的结果存储在DS18B20的两个8BIT的RAM中，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后数据的存储格式如下图（以12位转化为例）：

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；

如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度[14]。

例如：

+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。

DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，若T>

TH或T<

TL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。

因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。

3.3选择单片机

3.3.1核心部件单片机的选择

单片机系统（SystemOnChip）是21世纪一项高新科技产品。

它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108~109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。

以STC89C52单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小但完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能。

3.3.1.1它的特点有

控制能力强。

单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。

单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操作和位操作，指令简单而丰富。

所以单片机也是“面向控制”的计算机。

低电压、低功耗。

单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；

功耗降至为μA级，一颗纽扣电池就可长期使用。

体积小、结构简单、可靠性高。

它把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了每个芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。

另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。

优异的性能/价格比。

由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。

由于以上特点，完全体现了我们设计所需，所以我们选择STC89C52单片机。

在一些运算量较大，速度要求较高的系统中，可以采用16位单片机MCS-96或IBMPCLXT及其兼容机。

在较小的测控系统中，特别是在智能化仪器，仪表和装置中，例如，打印机控制，洗衣机控制，电冰箱，空调控制，智能电加热炉定时控制装置中，就采用8位单片机MCS48和MCS51。

选择STC89C52单片机构成炉温控制系统。

它具有8位CPU，32根I/O线，4kB片内ROM存储器，128kB的RAM存储器。

STC89C52对温度是通过可控硅调功器实现的。

在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。

同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。

STC89C52单片机内部有128B的RAM存储器，如果不够本系统使用，可以采用6264（8kB）的RAM作为外部数据存储器。

STC89C52单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，51系列有32根I/O口线，尤其是它有一个全双工的串行口。

该串行口是利用两根I/O口线构成的，有四种工作方式，可编程工作，在此不做一一赘述。

在设计中用到的将在电路设计中具体说明。

STC89C52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。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.3.2STC89C52单片机简介

3.3.2.1主要特性

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

3.3.2.2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TTL11，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STC89C52的一些特殊功能口，如下表所示：

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。

3.4按键电路

采用独立式键盘的接口设计。

独立式按键的数量较少，并且各按键相互独立，每一个按键由一个单独的I/O口控制，一个按键改变的是一个相应I/O口的输入电平，而不会对其他I/O口电平产生影响。

这样，通过检测各I/O口电平变化，即可以容易的确定是否有键按下以及是何按键按下。

3.5输出负载电路

一般来说，单片机都是数字型集成电路，而要保证这种类型集成电路的正常工作，一般需要直流电源；

当要驱动交流220V负载时，还应选择合适的执行部件来设计相应的驱动电路。

直流电源的设计有多种方案，常用的有交流220V/直流电源模块、由整流电路和三