单片机控制温度加热系统设计.docx

单片机控制温度加热系统设计.docx

《单片机控制温度加热系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机控制温度加热系统设计.docx（57页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机控制温度加热系统设计

长春工业大学

毕业设计、毕业论文

题目单片机控制温度加热系统设计

学院电气与电子工程学院

专业班级

指导教师

姓名

年月日

摘  要

在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。

温度控制在生产过程中占有相当大的比例。

温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。

该设计介绍了一种利用单片机AT89C51组成的高精度温度控制系统，从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控制系统的设计思路。

着重介绍了硬件原理图和程序框图。

阐述了系统的工作原理、设计及实现。

由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。

然后通过AT89S51单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。

最后，由1602液晶显示器将温度显示出来。

它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制，当温度值超出上、下限时自动报警，实现了系统结构简单、性能可靠、控制精度高。

同时系统具有扩展性好，分辨率高，测量范围宽，抗干扰性强等特点。

关键词：

51单片机传感器DS18B20

ABSTRACT

Thedetectionandcontroloftemperatureisoftenusedindailylifeandindustrialproductionprocess,temperatureisoneoftheimportantphysicalparametersoftheproductionprocessandscientificexperimentsgenerally.Duringtheproductionprocess,inordertocarryouttheproductionefficiently,wemustcontrolitsmainparameterswell,suchastemperature,pressureandsoon.Temperaturecontrolintheproductionprocessesalargeproportion.Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controllingandamorematuretechnology.

AprecisiontemperaturecontrolsystemusedAT89C51SCMandthehardwarecircuitandsoftwareofthissystemareintroduced.Schematicdiagramofthehardwareandproceduresisrelatedinemphasis.Workingprinciple,designandimplementationiselaborated.ThecurrenttemperatureismeasuredbyDS18b20temperaturesensorandtheresultsistransportedintoSCM.Then,thetemperatureiscalculatedandtheconversionresultsistransportedintotheliquidcrystaldisplaymodules1602onshow.Itcandisplaycurrenttemperaturewhichissetrandomlyandcontrolledflexibility,andthetemperaturecontrol.Whenthetemperatureisbeyondtheupperandlowerlimitsoftemperature,thealarmsystemstartsautomatically.Whatisrealizedinthissystemissimplestructure,reliableperformanceandhighprecisioncontrol.Thesystemisingoodscalability，high-resolution，widerange，anti-interferenceperformanceandsoon．

KeyWords:

51-seriesmicrocomputerSensorDS18B20

第一章绪论

1.1课题的意义

现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。

随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。

因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。

温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。

由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。

而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。

在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。

因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。

采用MCS-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，从而能够大大提高产品的质量和数量。

在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。

1.2国内外研究状况和发展趋势

1.2.1温度检测技术简介

一、随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法[1]：

1.利用物体热胀冷缩原理制成的温度计，利用此原理制成的温度计大致分成三大类。

（1）玻璃温度计，它是利用玻璃感温包内的测温物质（水银、酒精、甲苯、煤油等）受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的；

（2）双金属温度计，它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在上一起制成的双金属片作为感温元件，当温度变化时，一端固定的双金属片，由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度；

（3）压力式温度计，它是由感温物质（氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等）随温度变化，压力发生相应变化，用弹簧管压力表测出它的压力值，经换算得出被测物质的温度值。

2.利用热电效应技术制成的温度检测元件

利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。

热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。

热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。

常用的热电偶有以下几种。

（1）镍铬-镍硅，型号为WRN，分度号为K，测温范围0-900℃，短期可测1200℃。

（2）镍铬-康铜，型号为WRK，分度号为F，测温范围0-600℃，短期可测800℃。

（3）铂铑-铂，型号为WRP，分度号为S，在1300℃以下的温度可长期使用，短期可测1600℃。

（4）铂铑30—铂铐6，型号为WRR，分度号为B，测温范围300-1600℃，短期可测1800℃。

3.利用热阻效应技术制成的温度计

用此技术制成的温度计大致可分成以下几种。

（1）电阻测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。

目前常用的有铂热电阻（分度号为Pt100、Pt10两种）和铜热电阻（分度号有Cu50、Cu100两种）。

（2）导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。

（3）陶瓷热敏元件，它的实质是利用半导体电阻的正温特性，用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。

PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。

突变型PCT元件的温阻特性是当温度达到顶点时，它的阻值突然变大，有限流功能，多数用于保护电器。

缓变型PCT元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大，起温度补偿作用。

NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反，即随温度升高，它的阻值减小。

二、近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。

新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。

1.晶体管温度检测元件

半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。

半导体的电阻温度系数比金属大1~2个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。

基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。

2.核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。

利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。

这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。

在常温下，可作理想的标准温度计之用。

3.信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一代的自动控制系统。

现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

所有的现场仪表均接到现场总线上。

在这样的系统中，通常不应使用各种不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样“温度计”就变成了“温度变送器”。

在现场总线控制系统中的温度变送器主要是热电偶变送器和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。

1.2.2温度检测技术的发展

生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。

利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。

温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。

这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么