电子式温度调节器Word文件下载.docx

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1.3控制系统的论证与选择

采用ARM7芯片LPC2148

具有512Kflash程序存储空间、主频达48M、三个定时器、四个外部中断、部RTC、采用三级流水线模式运行程序，拥有I2C、SPI、UART等通信接口。

同时其芯片引脚也较多，不便控制。

且价格较贵。

STC89C52单片机

STC89C52与AT89C51基本性能相同，但STC89C52RAM较多,8Kflash,串口可以直接烧程序，可以和Keil直连。

STC89C52单片机价格低廉，C语言程序编写容易，控制方便,结构简单，价格便宜，易于开发。

有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。

本设计采用Keil软件实现其软件部分的设计，故选择方案二。

1.4显示模块的论证与选择

采用LCD1602液晶屏

1602液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的液晶模块。

屏幕为2行，每行显示16个字符,它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好

采用LCD12864液晶屏

它是具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，它可以显示汉字，也可完成图形显示，低电压，低功耗。

硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

综上所述，方案二比较好，故选择方案二。

1.5键盘模块

矩阵式键盘

矩阵式键盘适合于输入命令或者数据较多、功能复杂的系统。

采用矩阵式键盘结构可以最大限度地使用单片机的引脚资源，矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合,由行线和列线组成,按键位于行列的交叉点上，节省I/O口，因此其应用十分广泛。

方案二：

非矩阵式键盘

非矩阵式键盘结构比较简单，使用方便，适合于较少开关量的输入场合。

每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时,I/O口浪费大,电路结构显得复杂。

并且此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。

在系统设计中需要通过键盘中输入设定值，使用矩阵键盘比较方便快捷所以键盘模块采用方案一。

2系统理论分析与计算

2.1最小二乘理论获取温度―电阻公式

根据误差理论，我们要获得较高精度的温度测量值，办法一般有2个，要么采用查表法，要么建立高精度的数学模型。

如果用查表法，主要有2个问题，如果要提高测量精度，则需要建立大量的表格，而且得提前做大量得试验来进行多点校正，还有一个问题是程序的通用性差，这台仪器上校正好得数据可能在另一台上不合适。

而采用已知的分度表，建立数学模型，然后通过工程量（标度）变换计算得到。

这里我们考虑第2种方法的优点，首先采用分段的方法，将测量围分段，然后查出该段的数学模型的各个系数，然后计算出温度值，这里，由于时间的关系，我们对整个测量围分了3段，分别为0－49℃、50－70℃、71－100℃，利用分度表进行离线的数学拟合，得到各段的数学模型系数。

同时，可通过再将标度值代入可粗略估计在各个测量段的最大误差值。

我们通过最小二乘法进行线性拟合，得到如下的数学模型为：

T1=2.5772R-257.77080-49℃

T2=2.6366R-267.0150－70℃

T3=2.7206R-281.9071－100℃

上述3个数学模型中，最大的理论误差值都小于0.5℃，能够满足精度要求，

2.2温度数据的计算处理方法

从DS18B20读取的二进制值必须先转换成十进制值，才能用于字符显示，因为DS18B20的转换精度为9到12位可选的，为了提高精度选取12位，在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。

通过观察附录二表2-1DS18B20温度与测得值对应表可以发现一个十进制值和二进制值之间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节，这个字节的二进制值化为十进制值后，就是温度值的百、十、个位值，而剩下的低字节的低半字节化为十进制后，就是温度值的小数部分。

小数部分因为是半个字节，所以二进制值围是0～F，转换成十进制就是0.0625的倍数（0～15），这样需要4位的的数码管来显示小数部分，实际应用不必有这么高的精度，采用LCD就能很好的显示温度。

3电路与程序设计

3.1电路的设计

3.1.1系统总体框图

系统总体框图如图3-1所示：

图3-1系统总体框图

3.1.2电源转换电路子系统的设计

为了实现对帕尔贴温度控制装置的温度控制，则需为其提供电源，并且极性可变，此电路采用单电源供电，通过两个继电器来控制单电源的极性即可实现对温度变化速度的控制；

通过继电器和相应的驱动电路，从而控制加载到帕尔贴温度控制装置的电压极性，实现加热和制冷的控制。

电源转换电路子系统电路，如图3-2所示：

图3-2电源转换电路子系统电路

3.1.3STC89C52单片机子系统的设计

STC89C52单片机在系统中主要实现以下功能:

控制降温电路；

LCD显示；

控制电源电路转换等。

单片机系统电路如图3-3所示：

图3-3STC89C52单片机系统电路

表3-3为电子式温度调节系统中STC89C52的I/O口分配连接情况

I/O口

应用

P0.0—P0.1

继电器电源切换

P2

12864数据口

P3.7

18B20信号脚

P0.7

12864的RS

P1.0-P1.7

矩阵键盘

P0.6

12864的RW

P0.5

12864的EN

P0.4

12864的PSB

P0.3

12864的RES

表3-3单片机I/O口分配

3.1.4电源的设计

电源电路利用78XX系列集成稳压器的典型应用电路，利用串联输出不同的电压，供电路各个部分工作。

经过220V交流电降压后通过整流桥的作用，之后通过7812输出+12V和通过7912输出-12V的直流电压供给运放工作，再通过7805输出+5V的直流电压供给单片机A/D、D/A芯片工作。

最后通过串联具有良好热稳定性能的三端可调分流基准电压源TL431产生2.5V的直流电压，作为D/A转换的输入基准电压。

C6、C13、C14为滤波电容，C7、C8、C9、C10、C11、C12为分别输入端和输出端滤波电容。

电源电路原理图如图3-4所示：

图3-4电源电路原理图

3.1.5温度采集电路子系统电路的设计

温度传感器从测试点采集温度，然后把温度转换成电压（或电流），温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化围从几个微伏到几个毫伏，。

单片机STC89C52是控制核心，它将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，经扫描驱动送到LCD显示器以数字形式显示测量的温度。

温度采集电路子电路如图3-5所示：

图3-5温度采集电路如图3-6DS18B20芯片封装结构

温度传感器DS18B20的芯片封装结构如图3-6所示：

DS18B20引脚功能：

·

GND电压地·

DQ单数据总线·

VDD电源电压·

NC空引脚

3.1.6键盘模块

本系统通过矩阵电路进行按键输入，采用的是4x4矩阵键盘，中按键需要实现的功能有:

（1）温度值设定；

（2）复位清零键:

当输入有误时，按下该键可以清除显示屏；

（3）预置数据确定按键:

按下该按键后，将取消其他键的功能，并把按输入的数据送往提取出来，送往单片机，之后转换为十进制数据，通过液晶显示显示出来；

（4）0-9数字键：

本设计中采用专用的数字输入按键，每次按下数字键一次，送往单片机，按位输入的数据提取出来，转换为十进制数据。

键盘模块电路如图3-7所示：

图3-34×

4矩阵键盘电路图

3.2程序的设计

3.2.1程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和温度显示以及控制12706温度的升高和下降。

1）键盘实现功能：

设置温度值

2）显示部分：

显示温度设定温度与系统测得温度

3.2.2程序流程图

系统软件流程图如图3-8所示：

图3-8系统软件流程图

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

1、硬件测试

先对电源切换电路进行检查，确保电路焊接无误无虚焊再通电测试；

再与单片机相连进行软件测试。

完成以上两项测试之后进行软硬件联调并测试电路性能，记录测试结果。

4.2测试条件与仪器

测试条件：

检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：

秒表，数字万用表，温度计

4.3测试结果及结论

系统测试情况如下所示：

表1温度上升下降与恒定时间记录表

条件

从30℃上升到50℃

在50℃恒温

从50℃下降到40℃

时间

67s

145s

28s

1．迅速将温度控制在了30℃；

2．快速升温至50℃；

3．温度稳定地控制在50℃并且保持了2分钟；

4．任意间隙地启动装置风扇（手控），仍能将温度稳定地保持在50℃；

5．迅速将温度降低至40℃；

6.将温度控制在50℃。

7.系统控制调节时间为2分钟20秒。

根据以上测试结果可得，本系统系能良好，满足项目所需要求

参考文献：

【1】王化祥，淑英。

传感器原理及应用[M]。

XX:

XX大学，2005年；

【2】俊謨。

单片机中级教程［M］。

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航空航天大学，2006年；

【3】志全等。

智能仪表设计原理及应用[M]。

国防工业，1998年；

【4】建国。

一种高精度的铂电阻温度测量方案，自动化仪表[M]，1997年；

【5】振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M]，电子科技大学，2001年；

【6】周航慈.单片机应用程序设计[M]，航空航天大学，1991年；

【7】建民.单片机在温度控制系统中的应用[M]，江汉大学学报，1996年。

附录一：

元件清单

编号

元件名称

说明

数量/个

1

Q1、Q2、Q3、Q4

三极管8050

4

2

R1、R2

5.1K电阻

3

R3、R4

1K电阻

K1、K2

继电器

5

D1、D2

二极管

6

DS18B20

温度传感器

7

12706

附录二：

表2-1DS18B20温度与测得值对应表

温度/℃

二进制

十六进制

+125

0000011111010000

07D0H

+85

0000010101010000

0550H

+25.0625

0000000110010001

0191H

+10.125

0000000010100010

00A2H

+0.5

0000000000001000

0008H

0000000000000000

0000H

—0.5

1111111111111000

FFF8H

—10.125

1111111101011110

FF5EH

—25.0625

1111111001101111

FE6FH

—55

1111110010010000

FC90H