数字恒温式加热器的研制.docx

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数字恒温式加热器的研制

分类号：

TM924.13UDC：

10621-408-（2010）2717-0

密级：

公开编号：

2006031159

成都信息工程学院

学位论文

数字恒温式加热器的研制

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学位论文原创性声明

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日期：

年月日

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日期：

年月日

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日期：

年月日

数字恒温式加热器的研制

摘要

随着越来越多高新科技的推广与普及,温度测控已成为工业生产中的关键技术之一。

本文设计了一种以STC89C52单片机、DS18B20温度传感器和OP07运算放大器为核心的数字式恒温加热器。

整个系统设计分为控制器模块、温度测量模块、温度调节模块和按键显示模块四个部分。

该恒温加热器通过对DS18B20实时测量所得温度值和按键设定值的比较，并由单片机控制温度调节模块进行加热或者降温。

在本系统中，温度调节模块利用电子负载的恒流特性大大缩短了加热时间；通过加热与降温的相互调节，实现了温度的精确控制。

相对众多温控系统而言，数字恒温加热器以其对温度的精确测量、快速控制等优点，必将在未来的生产生活中得到更加美好的发展前景。

关键词：

恒温加热；温度传感器；单片机；电子负载

TheDesignofDigitalConstantTemperatureHeater

Abstract

Asmoreandmoretechnologicalinnovationshavebeenpromotingandpopularizing,thetemperaturecontrolhasbecomeoneofthecoretechnologiesofindustrialproduction.ThispaperintroducesadigitaltemperatureheatingdevicewhosecoresareSTC89C52microcontrollerandtemperaturesensorDS18B20andOP07amplifier.Itisdividedintofourparts.Theyarecontrollermodule,temperaturemeasurementmodules,temperatureadjustmentmoduleanddisplaymoduleseparately.Throughcomparingthereal-timemeasuringtemperatureandkeysettingtemperatureofDS18B20,thesingle-chipmicrocomputercanadjustwhentoheatorcool.Inthissystem,thetemperaturecontrolmoduleusingconstant-currentcharacteristicofelectronicloadgreatlyshortenedtheheatingtime,thenbymeansoftheheatingandcoolingmutualadjustment,realizeaccuratetemperaturecontrol.Bycomparisonwithmanyothertemperaturecontrolsystems,thisconstantheatingdevicehaveitsdistinctadvantageswhichareaccuratetemperaturemeasurementandquickcontrolanditwillhaveabrighterprospectduringthedevelopmentofindustrialproduction,eveninoureverydaylife.

Keywords:

constanttemperatureoftheheater;thetemperaturesensor;

SingleChipMicrocomputer;electronicload

论文总页数：

32页

1引言

随着新技术的不断开发与应用，温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。

随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。

单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。

单片机可用于空气温度控制系统的数据处理，这包括控制执行器的输出、将被测温度送到显示模块显示、接收从人机通道输入的信号等。

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

本文设计了一种基于STC89C52单片机的控制和DS18B20测试装置，能对环境温度进行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。

空气温度在我们的环境影响很大的，因而空气温度不论是对于我们的生活还是工业生产都有着重要的意义。

在早期对温度温控制的要求主要是在化工、冶炼生产上，比如在大棚蔬菜空气温度控制就对大棚农业生产有不可替代的作用，现在随着新技术的不断开发与应用，用单片机和相关的电子器件构成的空气温控制系统在控制精度以及各项参数上有空前的提高，控制的领域也有很大的扩展，目前以单片机为核心的空气温控制系统得到了广泛应用。

正因如此，对空气温度的控制到处可见，比如说特定温度实验室，空调，减少温室效应影响以及工业化农业的要求等都需要空气温度控制。

在生产中，一些现代化生产车间里，尤其是在化工厂里，某些产品加工需要在一定的温度下才能进行。

随着电子技术的不断发展，温控制系统设计的方法越来越多也越来越完善。

2系统设计基本方案

该数字恒温加热器主要由单片机控制系统、温度采集电路、后向通道（温度

控制电路）、键盘显示电路等四部分组成，其总体设计框图如图2-1所示。

单片机控制系统原理如图2-1所示，其工作原理是单片机依次查询各传感器的输出信号（DS18B20传感器采集温度信号）；然后对输入信号进行相应处理后通过显示模块输出。

单片机控制系统是以单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路组成，软件选用C语言编程。

单片机可将温度传感器检测到的空气温度模拟量转换成数字量，显示于显示器上。

功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换，各种信息的显示；软件主要完成信号的处理及控制功能等。

前向通道是系统的温度采样转换电路，它主要元件是温度传感器DS18B20和4.7k电阻构成的，这款温度传感器的其内部电路能够实现将温度变化值转化成脉冲信号发送给单片机，从而避免了模拟信号转化为数字信号的复杂过程。

后向通道是系统的温度控制电路，在单片机控制系统中，单片机总是要对被控制对象进行实时控制操作，因此，在这样的系统中，需要有后向通道。

后向通道是单片机实现控制运算处理后，对被控对象的输出通道接口输出高、低电平。

系统的后向通道是一个输出通道，其特点是弱电控制强电，即小信号输出实现大功率控制。

键盘显示电路既是用键盘输入的方式来控制单片机，以满足人们的要求。

键盘功能主要有按键识别、去抖、重键处理、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等。

确定单片机控制系统总体方案是进行系统设计最关键的一步，总体方案的好坏直接影响整个控制系统的性能及实施细则，其设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定。

根据题目要求系统模块可以划分为：

控制器模块，温度调节装置模块，温度采集模块，键盘与显示模块四个部分，下面我们主要讲解前三个模块。

2.1控制器模块设计方案

根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理，控制加热元件和制冷装置使控制对象满足设计要求，控制显示电路对温度值实时显示以及通过控制键盘实现对温度值的设定等。

2.1.1STC89C52单片机简介

本设计采用STC89C52芯片为CPU。

STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

STC89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。

由此可见，STC89C52单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低，适用本设计需求。

掌握STC89C52单片机，应首先了解STC89C52的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。

STC89C52有40条引脚。

这40条引脚可分为I/O端口线（32条）、控制线（4条）、电源线（2条）、外接晶体线（2条）四部分，STC89C52脚排列如图2-2所示。

STC89C52共有40个引脚，大致可分为4类：

（1）电源引脚

VCC:

电源端（+5V）；VSS:

接地端（GND）。

（2）时钟电路引脚

XTAL1:

外接晶振输入端；XTAL2:

外接晶振输出端。

（3）I/O引脚

P0.P—P0.