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单片机温度控制系统设计.doc
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2023-07-06
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单片机温度控制系统设计是现代电子技术中一个重要的应用领域,尤其在工业、医疗和家庭生活中扮演着不可或缺的角色。本文将探讨单片机在温度控制中的应用,以及一种基于AD590采集器和89C51处理器的温度控制系统的设计。 首先,温度测量和控制系统在现代社会具有广泛的应用,如空调、电饭煲、太阳能热水器和冰箱等家用电器。这些设备都需要精确的温度检测和控制,以确保用户舒适和产品的高效运行。单片机,如AT89S51,由于其控制便捷、配置灵活和高性能指标提升,成为了温度控制的理想选择。它具有体积小、可靠性高、成本低和开发周期短等优势,因此在自动化和测控领域得到广泛应用。 论文设计了一种实时测量、显示和控制温度的系统,采用AD590作为温度采集器,89C51单片机进行数据处理,配合空调相关电路实现温度控制。这种设计流程清晰,电路单元设计合理,硬件方案的元件选择颇具特色。 在国内,以单片机为核心的温度控制系统市场活跃,方案多样,应用广泛,不仅应用于工业加热炉、热处理炉、反应炉等,还涉及到日常生活中的热水器、室内温度控制及农业大棚温度管理。例如,虚拟仪器温室大棚测控系统是一种智能且经济的解决方案,通过LabVIEW虚拟仪器编程,可以监测并控制多个大棚的温度,当温度超出设定范围时发出报警,有利于农作物生长,提高产量。这个系统由单片机、温度传感器、串口通信和计算机组成,各部分协同工作,实现对温度的有效监控和控制。 总的来说,单片机温度控制系统设计结合了先进的传感器技术和微处理器技术,实现了精确、实时的温度控制,为各行各业提供了有效的温度管理手段。随着科技的进步,这类系统将继续发展,提供更智能、更节能的温度控制解决方案。
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第 1 章 绪 论
1.1 课 题 研 究 的 目 的 和 意 义
当 今 社 会 温 度 测 量 系 统 被 广 泛 的 应 用 于 社 会 生 产 、 生 活 的 各 个 领 域 。
在 工 业 环 境 监 测 、 医 疗 、 家 庭 等 多 方 面 均 有 应 用 。 同 时 单 片 机 在 电 子
产 品 中 的 应 用 已 经 越 来 越 广 泛 。
在 很 多 电 子 产 品 中 也 将 其 用 到 温 度 监 测 和 温 度 控 制 。 目 前 温 度 测
量 系 统 种 类 繁 多 , 功 能 参 差 不 齐 。 有 简 单 应 用 于 家 庭 的 如 空 调 、 电 饭
煲 、 太 阳 能 热 水 器 、 电 冰 箱 等 家 用 电 器 的 温 度 进 行 检 测 和 控 制 。 采 用
AT89S51 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 与 数 量 。单 片 机 以 其 功 能 强 、体 积 小 、可 靠 性 高 、
造 价 低 和 开 发 周 期 短 等 优 点 , 为 自 动 化 和 各 个 测 控 领 域 中 广 泛 应 用 的
器 件 , 尤 其 是 在 日 常 生 活 中 发 挥 的 作 用 也 越 来 越 大 。 因 此 , 单 片 机 对
温 度 控 制 问 题 是 一 个 日 常 生 活 中 经 常 会 遇 到 的 问 题 。
本 论 文 以 上 述 问 题 为 出 发 点 , 设 计 实 现 了 温 度 实 时 测 量 、 显 示 、
控 制 系 统 。以 AD590 为 采 集 器 ,89C51 为 处 理 器 ,空 调 相 应 电 路 为 执 行
器 来 完 成 设 计 任 务 提 出 的 温 度 控 制 要 求 。 设 计 过 程 流 畅 , 所 设 计 的 电
路 单 元 较 为 合 理 。 该 设 计 在 硬 件 方 案 设 计 单 元 电 路 设 计 , 元 器 件 选 择
等 方 面 较 为 有 特 色 。
1.2 温 度 控 制 系 统 的 国 内 现 状
通 过 网 上 查 询 、 翻 阅 图 书 了 解 到 国 内 外 市 场 以 单 片 机 为 核 心 的 温
度 控 制 系 统 很 多 , 而 且 方 案 灵 活 , 且 应 用 面 比 较 广 , 可 用 于 工 业 上 的
加 热 炉 、 热 处 理 炉 、 反 应 炉 , 在 生 活 当 中 的 应 用 也 比 较 广 泛 , 如 热 水
器 , 室 温 控 制 , 农 业 中 的 大 棚 温 度 控 制 。 以 上 出 现 的 温 度 控 制 系 统 产
品 , 根 据 其 系 统 组 成 、 使 用 技 术 、 功 能 特 点 、 技 术 指 标 。 选 出 具 有 代
表 性 的 几 种 如 下 :
1.虚 拟 仪 器 温 室 大 棚 温 度 测 控 系 统 在 农 业 应 用 方 面
虚 拟 仪 器 温 室 大 棚 测 控 系 统 是 一 种 比 较 智 能 , 经 济 的 方 案 , 是 与
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大 力 推 广 , 该 系 统 能 够 对 对 大 棚 内 温 度 进 行 采 集 , 然 后 再 进 行 比 较 ,
通 过 比 较 对 大 棚 内 温 度 是 否 超 过 温 度 限 制 进 行 分 析 , 如 果 超 过 温 度 限
制 , 温 度 报 警 系 统 报 警 , 来 通 知 管 理 人 员 大 棚 内 的 温 度 超 过 限 制 , 从
而 避 免 大 棚 内 温 度 控 制 系 统 出 现 故 障 , 从 而 有 利 于 农 作 物 的 生 长 , 提
高 产 量 , 本 系 统 最 大 的 优 点 是 在 一 台 电 脑 上 可 以 监 测 到 多 个 大 棚 内 的
温 度 情 况 , 从 而 进 行 控 制 。 该 系 统 LabVIEW 虚 拟 仪 器 编 程 , 通 过 对 前
面 板 的 设 置 来 显 示 大 棚 内 的 温 度 , 并 进 行 报 警 , 进 而 对 大 棚 内 温 度 进
行 控 制 。 该 系 统 有 单 片 机 , 温 度 传 感 器 , 串 口 通 信 , 和 计 算 机 组 成 。
计 算 机 主 要 是 进 行 编 程 , 对 温 度 进 行 显 示 、 报 警 和 控 制 等 ; 温 度 传 感
器 是 对 大 棚 内 温 度 进 行 测 量 , 显 示;单 片 机 是 对 温 度 传 感 器 进 行 编 程 ,
去 读 温 度 传 感 器 的 温 度 值 , 并 把 温 度 值 通 过 串 口 通 信 送 入 计 算 机 ; 串
口 通 信 作 用 是 把 单 片 机 送 来 的 数 据 送 到 计 算 机 里 , 起 到 传 输 作 用 。
2.电 烤 箱 温 度 控 制 系 统
该 方 案 采 用 美 国 TI 公 司 的 FLASH 型 超 低 功 耗 16 位 单 片 机
MSP430F123 为 核 心 器 件 , 通 过 热 电 偶 检 测 系 统 温 度 , 用 集 成 温 度 传 感
器 AD590 作 为 温 度 测 量 器 件 利 用 该 芯 片 内 置 的 比 较 器 完 成 高 精 度 AD 信
号 采 样 , 根 据 温 度 变 化 情 况 , 通 过 单 片 机 编 写 闭 环 算 法 , 从 而 成 功 地
实 现 了 对 温 度 的 测 量 和 自 动 控 制 功 能 。其 测 温 范 围 较 低 ,大 概 在 0-250
之 间 , 具 有 精 度 高 , 相 应 速 度 快 等 特 点 。
3.小 型 热 水 锅 炉 温 度 控 制 系 统
该 设 计 解 决 了 北 方 分 散 取 暖 采 用 人 工 定 时 烧 水 供 热 , 耗 煤 量 大 ,
浪 费 人 力 , 温 度 变 化 大 的 问 题 。
设 计 方 案 硬 件 方 面 采 用 MCS-51 系 列 8031 单 片 机 为 核 心 , 扩 展 程
序 存 储 器 2732, AD590 温 度 检 测 元 件 测 量 环 境 温 度 和 供 水 温 度 ,
ADC0809 进 行 数 模 转 换 , 同 向 驱 动 器 7407、 光 电 耦 合 器 及 9103 的 功 放
完 成 对 电 机 的 控 制 。 软 件 方 面 建 立 了 供 暖 系 统 的 控 制 系 统 数 学 模 型 。
本 系 统 硬 件 电 路 简 单 , 软 件 程 序 易 于 实 现 。 它 可 用 于 一 台 或 多 台
小 型 取 暖 热 水 锅 炉 的 温 度 控 制 ,可 使 居 室 温 度 基 本 恒 定 ,节 煤 ,节 电 ,
省 人 力 。
3
1.3 温 度 控 制 方 案
结 合 本 设 计 的 要 求 和 技 术 指 标 , 通 过 对 系 统 大 致 程 序 量 的 估 计 和
系 统 工 作 的 估 计 , 考 虑 价 格 因 素 。 选 定 AT89S51 单 片 机 作 为 系 统 的 主
要 控 制 芯 片 , 8 位 模 拟 转 换 器 ADC0809, 采 用 AD590 进 行 温 度 控 制 。
1.4 论 文 的 主 要 任 务 和 所 做 工 作
本 论 文 主 要 是 完 成 一 种 低 成 本 、 低 价 格 、 功 能 齐 全 、 及 温 度 测 量 、
温 度 显 示 、 温 度 控 制 于 一 体 的 单 片 机 温 度 控 制 系 统 理 论 设 计 。 包 括 硬
件 电 路 和 主 要 软 件 设 计 。
研 究 的 关 键 问 题 是 : 温 度 的 精 确 测 量 ; 温 度 采 集 器 AD590 温 度 控 制 电
路 设 计 ; 单 片 机 与 A/D 转 换 电 路 、 显 示 电 路 及 软 件 设 计 。
根 据 设 计 所 需 要 的 任 务 书 论 文 完 成 了 如 下 工 作 :
1.介 绍 了 研 究 和 设 计 的 背 景 和 意 义 , 调 查 并 综 述 了 当 前 温 度 控 制
系 统 市 场 的 国 内 外 现 状 。
2.提 出 了 符 合 设 计 要 求 高 精 度 控 制 系 统 的 方 案 , 并 阐 述 了 其 工 作
原 理 。
3.完 成 了 硬 件 电 路 的 设 计 , 它 包 括 温 度 采 集 系 统 电 路;包 含 89S51
单 片 机 , 模 数 转 换 器 ADC0809 等 芯 片 的 接 口 电 路 ; 通 过 AD590 实 现 的
温 度 控 制 采 集 电 路 ; 键 盘 接 口 和 LED 显 示 电 路 。
4.基 本 完 成 了 软 件 部 分 设 计 , 它 包 括 主 程 序 图 , A/D 转 换 子 程 序 ,
显 示 子 程 序 , 主 程 序 清 单 。
4
第 2 章 系统总体方 案 设 计 及 原 理
2.1 系 统 工 作 原 理 和 技 术 指 标
1.系 统 工 作 原 理
在 温 控 系 统 中 , 需 要 将 温 度 的 变 化 转 化 为 对 应 的 电 信 号 的 变 化 ,
选 用 89S51 单 片 机 为 中 央 处 理 器 , 通 过 温 度 传 感 器 对 空 气 进 行 温 度 采
集 , 将 采 集 到 的 温 度 信 号 传 输 给 单 片 机 , 再 有 单 片 机 控 制 显 示 器 , 并
比 较 采 集 温 度 与 设 定 温 度 是 否 一 致 , 然 后 驱 动 空 调 加 热 或 降 温 循 环 对
空 气 进 行 处 理 , 从 而 模 拟 实 现 空 调 控 制 单 元 的 工 作 情 况 。
工 作 流 程 说 明 如 下 :
开 始 , 先 接 通 电 源 , 三 段 数 码 管 显 示 器 就 自 动 显 示 出 当 前 温 度 ,
并 且 显 示 出 设 置 温 度 的 缺 省 值 000
按 下 S1 按 键 , 功 能 转 换 键 , 按 此 键 则 进 行 功 能 控 制 。
此 时 可 以 通 过 键 盘 输 入 预 设 置 的 温 度 。 按 下 S2 加 , 按 此 键 温 度 设
置 加 1 度 。
按 下 S3 减 ,按 此 按 键 温 度 设 定 值 减 1 度 。S4 复 位 键 ,是 系 统 复 位 。
就 这 样 通 过 温 度 芯 片 的 反 馈 信 息 , 实 现 温 度 保 持 在 设 置 温 度 上 ,
从 而 达 到 自 动 控 制 温 度 的 功 能 。
2.技 术 指 标
系 统 的 主 要 技 术 指 标 如 下 :
测 温 范 围 : -55℃~ +100℃ 温 度 分 辨 率 : 正 负 0.5℃
LED 显 示 位 数 : 3
2.2 系 统 的 总 体 结 构
系 统 的 硬 件 电 路 有 温 度 传 感 器 、 A/D 转 换 、 LED 等 显 示 部 分 组 成 ,
总 体 方 案 结 构 见 图 2.1 所 示 。
实 现 方 案 的 技 术 路 线 为 : 用 按 钮 输 入 标 准 温 度 值 , 用 LED 实 时 显
示 环 境 温 度 , 用 驱 动 电 路 控 制 完 成 加 热 和 制 冷 , 用 汇 编 语 言 完 成 软 件
编 程 。
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图 2.1 空 调 温 度 控 制 单 元 结 构 图
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