基于51单片机的温度控制系统.doc

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毕业论文设计

基于51单片机的温度控制系统

摘要

在日常生活中温度在我们身边无时不在，温度的控制和应用在各个领域都有重要的作用。

很多行业中都有大量的用电加热设备，和温度控制设备，如用于报警的温度自动报警系统，热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，这些都采用单片机技术，利用单片机语言程序对它们进行控制。

而单片机技术具有控制和操作使用方便、结构简单便于修改和维护、灵活性大且具有一定的智能性等特点，可以精确的控

制技术标准，提高了温控指标，也大大的提高了产品的质量和性能。

由于单片机技术的优点突出，智能化温度控制技术正被广泛地采用。

本文介绍了基于单片机AT89C51的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。

采用温度传感器DS18B20采集温度数据，7段数码管显示温度数据，按键设置温度上下限，当温度低于设定的下限时，点亮绿色发光二极管，当温度高于设定的上限时，点亮红色发光二极管。

给出了系统总体框架、程序流程图和Protel原理图，并在硬件平台上实现了所设计功能。

关键词：

单片机温度控制系统温度传感器

Abstract

Indailylife,thetemperatureinoursidetheever-present,thecontrolofthetemperatureandtheapplicationinvariousfieldsallhaveimportantrole.Manyindustrytherearealargenumberofelectricheatingequipment,andthetemperaturecontrolequipment,suchasusedforalarmautomatictemperaturealarmsystems,heattreatmentfurnace,usedtomeltmetalcrucibleresistancefurnace,andallkindsofdifferentUSESoftemperatureboxandsoon,theseusingsinglechipmicrocomputer,usingsinglechipcomputerlanguageprogramtocontrolthem.Andsingle-chipmicrocomputertechnologyhascontrolandconvenientinoperation,easytomodifyandmaintenanceofsimplestructure,flexibilityislargeandhassomeoftheintelligenceandothercharacteristics,wecanaccuratelycontroltechnologystandardtoimprovethetemperaturecontrolindex,alsogreatlyimprovethequalityoftheproductsandperformance.Becauseoftheadvantagesofthesinglechipmicrocomputerintelligenttemperaturecontroltechnologyoutstanding,isbeingwidelyadopted.

ThispaperintroducesthetemperaturecontrolbasedonsinglechipmicrocomputerAT89C51designschemeofthesystemandthehardwareandsoftwareimplementation.ThetemperaturesensorDS18B20collectiontemperaturedata,7periodofdigitalpipedisplay,theupperandlowerlimitsoftemperaturebuttonwhentemperaturebelowthesettingofthelowerlimit,lightgreenleds,whenthetemperatureishigherthanthesetonthelimit,lightredleds.Giventhesystemframeworkandprogramflowchartandprinciplechart,andinProtelhardwareplatformtorealizethefunctionofthedesign.

Keywords：

SCMTemperaturecontrolsystemTemperaturesensors

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章前言 1

1.1温度控制系统设计发展历史及意义 1

1.2温度控制系统的目的 1

1.3温度控制系统完成的功能 1

第二章总体设计方案 2

2.1方案一 2

2.2方案二 2

3.1DS18B20简介 5

3.1.1DS18B20封装与引脚 5

3.1.2DS18B20的简单性能 5

3.2DS18B20的工作原理 5

3.3DS18B20的测温原理 6

3.3.1测温原理:

6

3.3.2DS18B20的温度采集过程 9

第四章单片机接口设计 10

4.1设计原则 10

4.2单片机引脚连接 10

4.2.1单片机引脚图 10

4.2.2串口引脚 11

第五章硬件电路设计 12

5.1主要硬件电路设计 12

5.2软件系统设计 15

5.2.1软件系统设计 15

5.2.2程序组成 16

结束语 20

致谢 21

附录 22

参考文献 34

36

第一章前言

1.1温度控制系统设计发展历史及意义

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。

这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。

传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。

控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。

而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。

数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。

由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。

更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。

1.2温度控制系统的目的

温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。

而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。

针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度监测和控制系统，实现对温度的实时检测，具有提醒和控制的功能，本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。

它的特点在于应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。

1.3温度控制系统完成的功能

本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：

此设计中温度恒定值设置为60℃，上下跳转温度为1℃，设计精度值为0.1。

当温度低于设定下限温度即59℃时，绿灯亮，报警提醒需要外界的加热措施。

当温度上升到上限温度时，停止加温，红灯亮保持温度。

当温度高于设定上限温度即61℃时，红灯亮，需要外界采取降温措施（本设计中没有附加外界的加热和降温措施）。

当温度下降到恒温度时，停止降温。

温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。

第二章总体设计方案

2.1方案一

利用温度传感器将温度测出，通过某种电信号传给外部电路产生一种变化，然后由外部电路控制装置的开启。

测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的传感器件利用其感温效应，（如电阻随温度的变化有一个变化的曲线，即利用它的变化特性曲线）温度的变化使得电阻发生了变化根据欧姆定律，电阻的变化会带来电流或这电压的变化。

再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，然后进行模拟信号换成数字信号（A/D）转换，将数字信号送入单片机，用单片机进行数据的处理，将温度显示在电路上，这样就可以将被测温度显示出来。

最后还有外围的控制电路，采取一定的措施来控制产生温度的电路，如加温、降温、保持不动、或者报警。

这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

设计流程图如图2.1

传感器温度检测电路

A/D转换电路

单片机处理电路

显示和控制温度

图2.1设计流程图

2.2方案二

利用温度传感器芯片直接将温度数据测出，之后通过单片机程序控制温度的上、下限值，用外部电路产生显示和控制加热和降，来达到设计的要求。

考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。

比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。

在设计中温度的控制流程如图2.2所示。

开始

初始化DS18B20

显示当前温度

红灯亮

设定温度恒定值

绿灯亮

判断当前温度值

超过设定

温度上限

低于设定

温度下限

图2.2温度控制整体流程

在本系统的总体电路设计方框图如图2.3所示，它由五部分组成:

单片机AT89C51控制部分；DS18B20温度传感器采集部分；3位LED数码管显示部分；按键调节部分；二极管报警部分。

DS18B20温度采集电路

LED显示电路

二极管显示报警电路

AT89C51

单片机控制电路

按键调节电路

图2.3温度计电路总体设计方案

整个设计总体分为以下几个部分：

控制部分、显示部分、温度采集部分、按键控制部分。

1、控制部分

由单片机AT89C51芯片在程序控制和外围简单组合电路作用下运行，和控制温度的上、下限，和LED的温度显示。

控制发光二级管的亮灭，起到提醒报警功能。

2、显示部分

显示电路采用3位7断共阳LED数码管，从P3口送数，P0口扫描。

有两部分显示电路，第一是显示DS18B20温度传感器所检测的当前温度，第二是设定恒定的温度值。

3、温度采集部分

由DS18B20智能温度传感器直接采集被测温度。

4、按键控制部分

由三个按键控制调节，用来调节温度的恒定限值，起到预设调节作