基于51单片机的温度控制系统设计课程设计报告

本文以温室为研究对象，以AT89C51单片机为核心所实现的温度控制系统具有自动完成数据采集、数据处理、数据转换控制、键盘终端处理及显示的功能。当实际温度低于设定值，PTC进行加热，反之PTC就停止加热。实际温度超上限或者低下限时，系统自动报警。温度控制采用的是双位控制，简单易行，在精度要求不是特别高的温室，可行度很高。最后对系统进行调试并在PROTEUS里仿真，结果表明该系统原理可行。 ### 基于51单片机的温度控制系统设计课程设计报告 #### 一、绪论 本设计针对温室环境下的温度控制需求，利用AT89C51单片机为核心构建了一个完整的温度控制系统。该系统能够实现温度的自动监测与调节功能，确保温室内环境温度稳定在设定范围内，从而保障农作物生长所需的适宜条件。 #### 二、硬件系统总体方案设计 系统设计主要分为数据采集、处理与执行三个核心环节： 1. **数据采集**：通过DS18B20温度传感器实时监测温室内温度。 2. **数据处理**：单片机负责接收温度数据并进行处理。 3. **执行**：根据处理结果，通过PTC加热器调整温度至预设范围。 #### 三、控制系统硬件设计 - **3.1 单片机**：AT89C51作为核心控制器，负责协调整个系统的运行。 - **3.2 数字温度计DS18B20**：采用DS18B20进行温度采集，其特点是高精度、单总线通信方式，便于单片机直接读取温度数据。 - **3.3 4×4键盘**：用于设置温度上下限等参数，通过键盘扫描程序实现按键识别。 - **3.4 数码管**：显示当前温度及设定值，采用共阳极或共阴极数码管，通过动态显示方式节省I/O资源。 - **3.5 光电耦合器**：用于隔离控制电路与外部电源，增强系统的抗干扰能力。 - **3.6 双向晶闸管**：控制加热器的通断，实现温度的调节。 - **3.7 PTC加热器**：温度低于设定值时启动加热，温度达到后自动停止。 - **3.8 反相器7406**：在系统中用于信号的反相处理，如控制加热器的开关。 - **3.9 双四输入与门74LS21**：用于逻辑运算，例如温度上下限判断。 - **3.10 蜂鸣器**：当温度超出设定范围时发出报警信号。 #### 四、控制系统软件设计 - **4.1 主程序模块设计**：系统初始化、循环检测温度及显示等功能。 - **4.2 温度采集模块程序设计** - **初始化时序**：配置DS18B20工作模式。 - **写时序**：发送指令到DS18B20。 - **读时序**：从DS18B20读取温度数据。 - **读温度子程序流程图**：描述了温度读取的具体步骤。 - **4.3 温度设定模块程序设计** - **中断服务子程序**：处理键盘输入事件。 - **键盘扫描子程序**：连续扫描键盘状态，识别用户输入。 - **4.4 温度显示模块设计** - **设定值显示子程序**：将设定的温度值显示在数码管上。 - **实际值显示子程序**：将实时温度显示在数码管上。 - **4.5 温度控制模块设计** - **双位控制算法设计**：当温度低于设定值时启动加热，高于设定值时停止加热。 - **温度控制子程序流程图**：描述温度控制的具体逻辑。 - **4.6 报警模块程序设计**：当温度超出上下限范围时触发报警。 #### 五、结果分析 - **5.1 键盘设定温度仿真**：验证了用户可以通过键盘成功设定温度上下限。 - **5.2 温度采集仿真**：模拟了温度采集过程，验证了DS18B20的准确性和稳定性。 - **5.3 整体仿真**：在PROTEUS环境下进行了整体系统仿真，证明了设计方案的可行性。 #### 六、总结 通过本课程设计，不仅实现了基于51单片机的温度控制系统的基本功能，还深入理解了单片机编程、传感器应用以及控制系统设计的相关知识。此外，通过理论与实践相结合的方式，进一步提升了问题解决能力和创新意识。此系统在未来还可应用于更多的领域，如工业自动化、智能家居等，具有广泛的应用前景。 ### 主要参考文献 - [1] 谢志美. 《单片机原理及其接口技术》[M]. 北京: 高等教育出版社, 2003. - [2] 杨春霞. 《嵌入式系统设计与实例开发》[M]. 北京: 清华大学出版社, 2007. ### 附录A - A.1 详细硬件电路图 - A.2 完整软件源代码 - A.3 测试记录及分析报告 本课程设计报告详细介绍了基于51单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及其实现过程。通过对系统各组成部分的详细介绍，不仅展示了该系统的实用性，也为读者提供了全面的技术指导。