基于单片机温度控制系统设计.doc

摘 要 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测 和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方 面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完 善。 本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51、 ADC0809、LED显示器、LM324比较器，而主要是通过 DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显 示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计，使指令的执行 速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设 计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。 而系统的过程则是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用数码管显 示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟- 数字转换，再将转换后的数字量用数码管进行显示，最后用单片机来控制加热器,进行加 热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热。 关键词：单片机系统；传感器；数据采集；模数转换器；温度 第1章 前 言 1 1.1课题的背景及其意义 1 1.2课题研究的内容及要求 2 1.3课题的研究方案 3 第2章 设计理论基础 6 2.1单片机的发展概况 6 2.2 AT89C51系列单片机介绍 7 2.2.1 AT89C51系列基本组成及特性 7 2.2.2 AT89C51系列引脚功能 8 2.2.3 AT89C51系列单片机的功能单元 11 2.3 ADC0809模数转换器 14 2.4运算放大器LM324 16 2.5移位寄存器74LS164 18 2.6数码显示管LED 19 2.7数字温度计DS18S20 20 第3章 硬件电路设计 21 3.1单片机控制单元 21 3.2温度采样部分 21 3.3模数转换部分 23 3.3.1模数转换技术 23 3.3.2积分型模数转换器 24 3.4显示部分 24 3.5调节执行单元 25 第4章 软件设计 28 4.1主程序流程图 28 4.2中断子程序流程图 29 4.3按键流程图 30 4.4显示流程图 31 第5章 系统调试及结论分析 32 5.1硬件调试 32 5.1.1硬件电路故障及解决方法 32 5.1.2硬件调试方法 33 5.2软件调试 33 5.2.1软件电路故障及解决方法 33 5.2.2软件调试方法 34 5.3结论分析 35 第6章 总结 36 总结 36 参考文献 38 第1章 绪 论 1.1课题的背景及其意义 二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前 广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一 词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活 生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的 工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚 的恒温保产等。 温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普 遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、 促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量 在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是 在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。 在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业 对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且 能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工 业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、 空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量 ，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂 ，成本较高。 1.2课题研究的内容及要求 我本次的毕业设计的题目是单片机水温控制系统设计。它是多种技术知识的结合，不 仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有 精度高、测量误差小、稳定性好等特点。电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合 ，使其具备了显示直观、体积做工精细等特点，能为它在其它领域的广泛应用打下良好 的基础。因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器，只是随着对生产 质量与生产需要的要求在不断地提高，以往的那些测温控温的仪器根本不能满足 随着信息时代的到来，电子技术尤其是微型单片机技术的应用已经达到了空前广泛的程度。在生产生活中，温度测量与控制的需求日益增长，几乎成为了不可或缺的一环。温度不仅关系到日常生活的舒适度，更对工业生产和产品质量具有决定性的影响。因此，如何实现温度的精确测量与有效控制成为了工程技术人员必须面对的挑战之一。 本文介绍了一种基于单片机的温度控制系统设计，该系统通过AT89C51单片机作为核心控制部件，实现对温度的实时监测和自动控制。系统采用DS18B20数字温度传感器进行温度采集，利用ADC0809模数转换器对采集到的模拟信号进行转换，并通过四位数码管显示器实时显示温度值。软件方面，采用了模块化设计，使用汇编语言编写程序，以实现系统的高效运行和良好的可扩展性。 在系统的硬件设计中，单片机控制单元是整个系统的大脑，负责接收传感器的信号，并根据信号值对后续设备进行控制。温度采样部分主要由DS18B20数字温度传感器组成，该传感器具有高精度和低功耗的特点，能够满足系统对温度精确测量的需求。模数转换部分则由ADC0809完成，它将温度传感器输出的模拟信号转换为单片机能够处理的数字信号。此外，系统还包括了用于用户交互的按键部分，以及用于控制加热器工作状态的调节执行单元。 软件设计是系统设计中的关键部分，它决定了系统的运行逻辑和稳定性。本系统采用了汇编语言进行程序设计，使得指令执行速度更快，存储空间占用更少。软件设计主要包括主程序流程、中断子程序、按键处理程序以及显示程序等多个部分。各个程序模块化设计，使得系统的维护和升级更加方便。 系统调试是确保系统稳定性和可靠性的重要步骤。在硬件调试阶段，主要解决了电路故障，如接线错误、电源供应不稳定等问题。软件调试则主要针对程序中的逻辑错误，通过多次测试和修改，确保各个子程序和主程序能够协同工作，最终达到控制温度的目的。 通过本设计的实践，可以得出结论，基于单片机的温度控制系统不仅能够满足恒温加热的需求，还具有操作简便、显示直观、稳定性高的特点。该系统具有广泛的应用前景，不仅可以应用于工业生产中的温度控制，还可以用于农业温室、日常生活等多种场合，有效提高生产效率，保证产品质量，并为节能减排提供技术支持。未来随着技术的不断发展，该系统还可以继续进行功能拓展和优化，以适应更复杂的应用场景。