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基于单片机的温度控制系统毕设毕业论文.doc
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基于单片机的温度控制系统毕设毕业论文.doc
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1 引言 ......................................................................1
1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 ...............................2
1.2 温度控制系统的目的 ...................................................2
1.3 温度控制系统完成的功能 ...............................................3
2 总体设计方案 .............................................................3
2.1 热敏电阻测温方案 .....................................................3
2.2 温度传感器测温方案 ...................................................3
3 DS18B20 温度传感器简介 .....................................................7
3.1 温度传感器的历史及简介 ...............................................7
3.2 DS18B20 的工作原理 ...................................................8
3.3 DS18B20 的测温原理 ..................................................10
4 单片机接口设计 ...........................................................12
4.1 设计原则 ............................................................12
4.2 引脚连接 ............................................................12
5 系统整体设计 .............................................................13
5.1 系统硬件电路设计 ....................................................13
5.2 系统软件设计 ........................................................17
6 调试 .....................................................................22
7 总结与展望 ...............................................................23
参考文献 ...................................................................24
基于单片机的温度控制系统设计
xxx (指导老师:xx xx)
(xxx 学院 xxx 学院 中国 xx xxxxxx)
摘 要:该文介绍了一种基于DS1820的温度检测控制系统。随着人们生活水平的不断提
高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定
的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现
代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,
一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。本文旨在介绍一种基于MCS-51系列
单片机和DS1820数字温度传感器的温度检测控制系统的开发,包括其开发背景、
系统分析、电路原理、以及程序的编写与分析。
关键词:单片机;温度控制系统;DS18B20 温度传感器;
中图分类号:TP29
Temperature Control System Based On Single Chip Microcomputer
Abstract : This paper introduces a kind of based on DS1820 temperature detection and control
systems. As people living standard unceasing enhancement, the single chip
microcomputer control is undoubtedly one of the target of the convenience it brings is
negative, the digital thermometer is a typical example, but people more and more high to
its request, for modern people to work, scientific research, life, and provide better and
more convenient facilities need, from the perspective of the number of single chip
microcomputer technology, all toward digital control, intelligent control direction. This
article is to introduce a kind of based on MCS - 51 series microcontroller and temperature
of the DS1820 digital temperature sensor control system development, including its
development background, system analysis, circuit principle, as well as the preparation
and analysis of the program.
Key words: Single chip microcomputer; Temperature control system; DS18B20 temperature sensor
0
基于单片机的温度控制系统设计
xxx (指导老师:xx 助教)
(xxxx 学院 xxxxx 学院 中国 xx xxxx)
1 引言
温度是一个永恒的话题和人们生活环境有着密切关系的物理量,也是一种在生产、科
研、生活中需要测量和控制的重要物理量,是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会
给我们的生活、工作、生产等带来重大影响,因此对温度的测量及控制至关重要。其测量
控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展,作为各
种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件,温度传感器的作用日显突出,已成
为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具,其用途已遍及工农业
生产和日常生活的各个领域
[1]
。
然而,随着科学测量的发展,数据采集及其应用也受到了人们的关注,数据采集系统得
到迅速的发展,被广泛应用于各种领域。数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代,1956 年美
国首先研究了用在军事上的测试系统。
尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的
发展,而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内并辅
以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产
生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制,单片机具多功能、高效率、高性能、低
电压、低功耗、低价格等优点,这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到
了广泛的应用。
温度是生活及生产中非常基本的物理量,它是物体冷热程度的表征。自然界中一切物
理和化学过程都紧密与温度相关联。在我们的日常生活中,温度的测量和控制都直接影响
我们的生活环境,以及我们的生产生活,对工业、农业等都用重要的影响。因此,温度的
测量和控制在国民经济许多的方面中,均受到了相当程度的重视。在我们实际的生活环境
下,由于系统内部与外界的热交换是很难控制的,而且其他热源的干扰也是难以精确的计
算,因此温度量的变化,容易受到难以预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的
能量交换,尽可能的符合人们的要求,我们就需要其他手段来实现这样一个隔热的目的。
1
例如,可以让目标系统的内部环境与其外部环境的温度同步变化。由热力学第二定律,这
两个温度相同的系统之间逐步的达到最终的热平衡,利用这样一个与目标系统温度同步的
隔离层,就可以把外界和目标系统完全进行热隔离。另外,在大多数的实际环境中,温度
增加要比使温度降低方便得多。因此,对温度的控制精度要求,如果是比较高的情况下,
冲现象是不允许出现的,即目标温度的控制不能让实际温度超过。尤其是隔热效果、较好
的环境,温度一旦出现过冲,温度是很难被降低下来的。这是因为,很多应用中只有加热
环节,而没有冷却的装置。道理同样,对于只有冷却,没有加热环节的应用中,目标温度
高于实际温度,对控制效果的影响也是非常大的。但生活中同样存在很多的应用,有时在
一个环境中要对多个系统进行温度控制。
鉴于上述这些特点,高精度温度控制的难度比较大,而且不同的应用环境也需要不同
的控制策略。同一环境同样可能需要多通道的温度控制系统,下面就简要的讨论一下,自
动温度检测与控制技术的发展与现状。
1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义
温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数,随着社会的发展,科技的进
步,以及测温仪器在各个领域的应用,智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特
别是近年来,温度控制系统已应用到人们生活的各个方面,但温度控制一直是一个未开发
的领域,却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况,设计一个温度控制
系统,具有广泛的应用前景与实际意义。
温度是一个重要的物理量,它反映了物体冷热的程度,与自然界中的各种物理和化学
过程相联系。在工、农业生产和日常生活中,各个环节都与温度紧密相联,温度的准确监
测及控制占据着极其重要地位。比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许
多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行等。没有合适的温度环境,许多
电子设备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障。可见,温
度的测量和控制是非常重要的。
随着电子技术和微型计算机的迅速发展,单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。
利用单片机对温度进行控制的技术也随之而生,并日益发展和完善,且越来越显示出它的
优越性。
1.2 温度控制系统的目的
本设计的内容是温度测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领
2
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控制系统,它应用广泛,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:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升,同时绿灯
亮。当温度上升到下限温度以上时,停止加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启
动风扇降温,使温度下降,同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时,停止降温。温度
在上下限温度之间时,执行机构不执行。三个数码管即时显示温度,精确到小数点一位。
2 总体设计方案
2.1 热敏电阻测温方案
测温电路的设计,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变
化的电压或电流采集过来,进行 A/D 转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电
路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到 A/D 转换电路,感温电路比较麻烦。
2.2 温度传感器测温方案
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。
在本系统的电路设计方框图如图 2.1 所示,它由三部分组成:
(1)控制部分主芯片采用单片机 AT89S51;
(2)显示部分采用 3 位 LED 数码管以动态扫描方式实现温度显示;
(3)温度采集部分采用 DS18B20 温度传感器
[2]
。
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