基于单片机的温度控制系统.docx
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基于单片机的温度控制系统
北京化工大学课程设计说明书
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班级:
机械1207
学号:
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专业:
机械工程及自动化
题目:
基于单片机的化学反应罐的温度控制系统设计
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2015年1月13日
第一章绪论
1.1题目背景
不论是对于工业生产还是对于人们的日常生活，温度的变化都会对其产生一定程度的影响，所以，适时和恰当的温度控制对生产生活具有非常重要的作用。
在过去，对温度的控制总是采用常规的模拟调节器，然而，这种调节器存在的缺点是控制精度低，具有滞后、非线性等特点。
本文将采用微电子技术来控制温度变化，这类电路设计简单，控制效果好，具有很强的实用性。
1.2题目简介
课题名称：
基于单片机的化学反应罐的温度控制系统设计。
主要任务：
1）化学反应罐标准温度为150℃，精度要求为±1℃。
2）使用温度传感器在反应罐上测得三个点的温度值，取平均值。
若低于149℃，亮灯报警并启动加热装置；若高于151℃，亮灯报警并启动冷却装置。
3）实时显示当前实际温度，显示精确为1℃。
开发环境：
本设计系统的软件部分是通过KeiluVision4进行编译，并由Proteus进行仿真测试。
技术指标：
1）以AT89C51系列单片机为核心部件。
2）以模拟电路为硬件基础。
3）以C语言为软件实现语言。
功能概述：
在该温度控制系统中，单片机为核心部件进行检测控制。
在该环境温度控制系统中，采用扫描程序不间断地进行温度检测采用PT100温度传感器将实时温度传送至AD转换器ADC0808，转换完成后送入单片机，并加以显示的过程。
再通过按键设定标准温度。
并将测得温度平均值与标准值进行比较，若实际温度低于149℃，则进行升温过程；若实际温度高于151℃，则进行降温过程，实现温度控制和报警的目的。
第二章系统总体设计及方案
2.1单片机的介绍
随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。
单片机具有以下特点：
1.具有优异的性能价格比。
2.集成度高、体积小、可靠性高。
3.控制功能强。
4.低电压、低功耗。
2.2系统功能的确定
一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。
为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：
1.独立按键输入温度。
2.使用温度传感器PT100进行温度采集。
3.使用ADC0808进行温度模数转换.
4.温度显示。
5.温度控制，温度若超上下限进行相应处理并亮灯报警。
6.PT100温度测量范围-50℃~200℃，反应罐温度有效范围为149℃~151℃，允许误差为±1℃。
2.3温度传感器PT100的介绍
PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。
PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。
PT100/PT1000铂电阻RT曲线图表
2.4人机交互与串口通讯
该化学反应罐温度控制系统由温度采集、独立键盘输入、温度显示、温度控制执行等四大模块组成。
1.温度采集：
由温度传感器PT100完成，并通过ADC0808转换后与单片机进行数据传输。
2.独立按键输入：
将键盘扫描程序设置在主函数中while循环函数的第一条语句，不断刷新获得设定温度，按下确定键后执行温度比较和温度控制。
3.温度显示：
通过8个7段LED数码显示管显示当前温度值，及时反应当前温度的变化与设置温度的关系。
4.温度控制执行：
系统根据当前温度与设置的温度自动进行相应的升温或降温的操作，在系统自动进行升温或降温处理的同时显示相应的指示灯。
5.超限报警：
在任务书要求中，当温度超出设置温度±1℃时发出超限报警。
第三章系统设计
3.1系统结构框图
传感器模块
A/D转换模块
按键模块
AT89C51
报警模块
该系统由核心部件AT89C51来处理从键盘输入电路和温度采集电路送入的数据，并通过温度显示电路进行温度显示，由温度控制电路来进行相应的升温或降温的操作，如果超出温度限制则激发报警模块。
Proteus电路图主要由以下几部分构成：
1）C51主机。
2）ADC0808。
3）晶振复位电路。
4）PT100温度采集电路
5）LED显示屏。
6）加热冷却电路。
7）按键输入电路。
系统整体proteus电路图如下：
3.2系统各部分电路设计
在该系统中，人机交互技术主要应用在恒定温度的设置，以及当前温度的显示；串口通讯技术应用在温度的采集。
3.2.1键盘输入温度模块
在本系统中，键盘输入主要采用三个独立按键来实现温度的设定。
如图所示：
当点触“设置”键时，显示屏就进入标准温度设定界面，此时通过按“加”键或者“减”键来控制标准温度高低。
再次点触“设置”键，返回到实际温度显示。
3.2.2温度传感器模块
为了使得测得的温度更精确，在本系统中采用了温度传感器PT100来获取当前温度，如图所示：
还有两个与图中电路一模一样的电路，目的是提供三个测量温度值，并送入ADC0808单元进行AD转化。
3.2.3A/D转换模块
PT100测得的温度分别送入INO,IN1，IN2口，通过程序控制ADC0808中ADDA和ADDB口的电平来选择接受哪路温度值。
3.2.4LED七段数码动态显示电路
在本系统中采用了LED七段数码动态显示电路来显示实际温度值，显示范围在-50~200℃之间。
该电路有显示、位选锁存器、段选锁存器三部分组成。
显示部分：
由两个四位的LED七段共阴极数码管构成，用来显示当前温度值。
如下图所示：
位选和段选部分：
如下图所示：
3.2.5温度调节及亮灯报警回路
该电路的主要任务是完成单片机所发出的的升温或降温操作，来控制化学反应罐的升温或降温。
在本设计中使用红色发光二极管代替。
在程序中，先将HEAT和COLD端置1，当需要接通此加热或冷却电路时，HEAT或COLD端置0，同时，发光二极管亮，报警。
电路如下：
第四章软件设计
4.1设计思路、程序代码
根据所学知识，实现本系统的软件部分将使用C语言编程，要配合硬件部分实现输入一个温度标准值，与从温度传感器获得并经过AD转化的实际温度值进行比较，并向温度控制回路发出加热或降温以及亮灯报警的命令。
在这一过程中将随时显示当前温度值。
其主要实现的部分包括：
键盘输入、温度测量、AD数据转换、动态显示、温度比较、温度控制、超限报警等。
程序如下：
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
codeucharseg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,};//显示段码
sbitST=P3^0;//AD0808引脚
sbitEOC=P3^1;
sbitADA=P3^5;
sbitADB=P3^6;
sbitS1=P2^0;//数码管位选
sbitS2=P2^1;
sbitS3=P2^2;
sbitK1=P2^5;//按键
sbitK2=P2^6;
sbitK3=P2^7;
sbitK4=P3^2;
sbitK5=P3^3;
sbitHEAT=P2^3;//加热
sbitCOLD=P2^4;//制冷
bitintercode;
uintTEM0,TEM1,TEM2;
uintwd;
uintbz=150;
voiddelay（uintz）//延时
{
uintx,y;
for（x=0;xfor（y=0;y<110;y++）;
}
voidLed（intdate）//显示函数
{
/*****************数据转换*****************************/
uintb,s,g;
b=date/100;//求百位
s=date%100/10;//求十位
g=date%10;//求个位
S1=0;S2=1;S3=1;
P0=seg[b];
delay（10）;
S1=1;S2=0;S3=1;
P0=seg[s];
delay（10）;
S1=1;S2=1;S3=0;
P0=seg[g];
delay（10）;
S1=1;S2=1;S3=1;
delay（10）;
}
/********************************************************************
主函数
*********************************************************************/
voidmain（void）
{
while
（1）
{
ADA=0;
ADB=0;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
TEM0=P1;//采集OUT1
delay（5）;
ADA=1;
ADB=0;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
TEM1=P1;//采集OUT2
delay（5）;
ADA=0;
ADB=1;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
TEM2=P1;//采集OUT3
delay（5）;
wd=（TEM0+TEM1+TEM2）/3;//求平均温度
if（intercode==0）
{
Led（wd）;
if（wd==bz）{HEAT=1;COLD=1;}//判断，若低于149℃，即启动加热装置；若高于151℃，即启动冷却装置。
if（wd>bz）{HEAT=1;COLD=0;}
if（wd}
else
{
Led（bz）;
if（K2==0）{if（bz<999）bz++;}//通过按钮设置标准温度
if（K3==0）{if（bz>0）bz--;}
if（K4==0）{if（bz<999）bz=bz+10;}
if（K5==0）{if（bz>0）bz=bz-10;}
}
if（K1==0）//通过按钮设置显示标准温度或平均值
{delay（5）;
while（K1==0）
{if（intercode==0）Led（wd）;
elseLed（bz）;
}
intercode=~intercode;
}
}
}
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