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89S51_单片机水温控制系统
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2013-09-16
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基于89S51_单片机水温控制系统的设计,可用于竞赛或者单片机学习
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目 录
1.1 简介.....................................................................................................................................................................3
1.2 方案选择与论证.................................................................................................................................................4
1.3 本文的主要工作.................................................................................................................................................5
第 2 章 硬件系统设计..................................................................................................................................................6
2.1 总体硬件设计.....................................................................................................................................................6
2.1.1 控制系统的总体硬件结构........................................................................................6
2.1.2 单片机最小系统....................................................................................................6
2.2 硬件系统各功能模块设计................................................................................................................................8
2.2.1 温度检测电路........................................................................................................8
2.2.2 键盘与显示电路....................................................................................................9
2.2.3 串口通信接口电路...............................................................................................11
2.2.4 可控硅调功控温电路............................................................................................12
MOC3041...................................................................................................................................................................13
2.2.4 掉电检测与保护电路............................................................................................14
第 3 章 单片机与 PC 通信..........................................................................................................................................17
3.1 控制方案的选择...............................................................................................................................................17
3.2 串行通信的原理及通信线路连接...................................................................................................................17
3.2.1 串行通信基本原理...............................................................................................17
3.2.2 通信线路连接......................................................................................................17
3.3 PC 机与单片机通信.........................................................................................................................................18
3.3.1 计算机串口通信的实现.........................................................................................18
3.3.2 PC 机与单片机串口调试......................................................................................25
第 4 章 监控软件的设计及编程实现........................................................................................................................27
4.1 水温监控软件实现的功能...............................................................................................................................27
4.2 软件开发环境的选择.......................................................................................................................................27
4.3 监控软件功能简介...........................................................................................................................................28
4.3.1 主界面...............................................................................................................29
4.3.2 趋势图...............................................................................................................29
4.3.3 报警..................................................................................................................30
4.3.4 参数设定菜单......................................................................................................31
4.3.5 设定密码菜单......................................................................................................31
4.4 监控软件的编程实现.......................................................................................................................................31
4.4.1 监控软件的创建..................................................................................................31
4.4.2 与单片机数据的实时交换.....................................................................................33
4.4.3 主界面的开发......................................................................................................34
4.4.4 趋势图的开发......................................................................................................37
4.4.5 报警图的实现......................................................................................................37
4.4.6 参数的设定及保存...............................................................................................37
本章小结.................................................................................................................................................................38
水温控制系统
摘 要
本文设计了一个基于 MCS-51 单片机控制的水温智能控制系统, 介绍了系统在硬件
和软件方面的设计思想,以 89S51 单片机为核心,采用了温度传感器 DS18B20,及 PID
算法对温度进行控制.通过应用 VC 中的 MSComm 控件实现了在工业控制领域中常用的
PC 机与单片机的异步串行通信。在此基础上建立了用户操作界面,构成微机监控系统,使
水温变化情况可以进行动态的显示,并能在一定的范围内由人工设定。
关键词:温度控制, MSComm ,串行通信,89S51 单片机,VC,监控系统
Abstract
The paper main designs a brainpower controlling system of water temperature based on
MCS-51 single chip machine,discusses the designing principle of hardware and software of the
system is detail.The single computer 89c51 is used as a core in this design. one important IC
sush as DS18B20 was used in this system.we adopt PID to control the temperature. The
application of MSComm widget in VC hasachieved asynchronous serial communication
betweenpersonal computer and single-chip computer in industrialcontrol field. Based on the
principles we carried out applications and founded user interface. The water temperature stuation
can be showed on the microcomputer monitor system and may be set at some degree by
manpower.
Key words:temperature control system, MSComm; serial communication; 89S51 single-chip
computer; VC,monitor system;
绪 论
1.1简介
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.
水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛
使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对工件的水处理温度要求严格控制。对于不
同控制系统,其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围,系统或许会停止运行
或遭受破坏,所以我们必须能实时获取水温变化。对于,超过适宜范围的温度能够报警。
同时,我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。
单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法.自从 1976 年 Intel 公司
推出第一批单片机以来,80 年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集
成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制,它的应用
领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显
其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O 接口电路等集成在一个芯片上的大
规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号
与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以
及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数
据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的
结合,使得单片机的应用非常广泛。同时,单片机具有较强的管理功能。采用单片机对
整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内
部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。
随着电视监视器材、计算机技术的日益发展,图形监视系统在电视系统或监控场所
得到了广泛地应用。用图形来实时显示被控对象(摄像机、终端设备等)在操作过程中
的状态,具有清晰明了、形象直观且可以及时处理反馈信息。它比数字仪表包含的信息
量大得多,因此使现场监控人员的工作方式得到了改进,效率也由此得到了很大的提高。
现场电视监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。实时控制系统完成
实时数据采集处理、存储、反馈的功能;监视系统完成对各个监控点的全天候的监视,
能在多操作控制点上自动或手动切换多路图像,能遥控前端设备,能使摄像镜头自动对
焦等;管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理,是整个系统
的控制核心。目前的图形实时监控软件通常用VC或VC++开发,它具备编译各种可视化
程序的功能,可以使计算机通过监控界面达到对被控对象的各种实时操控。
因此,我们选择设计一个简易的水温控制系统,采用单片机进行控制的水温自动控制电
路,使系统能简单的实现温度的控制及显示,并将PC 机强大的软硬件资源、友好的人机
界面和AT89S51单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来, 并且通
过软件编程能实现各种控制算法,使系统具有控制精度高的特点,对实现对水温的自动
控制,具有重大的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发,同
样能用于工厂多点温度的控制,提高工业企业自动化水平。
1.2方案选择与论证
1)方案一:本方案是采用传统的模拟控制方法(方案框图如图 1-1),选用模拟电路,用
电位器设定给定值,采样放大的信号将反馈的温度值与给定的温度值比较后,根据比较
结果控制当前温度显示,决定加热或者不加热。其特点是电路简单,易于实现,但是系
统所得结果的精度不高并且调节动作频繁,系统静差大,不稳定。系统受环境的影响大,
不能实现复杂的控制算法,而且不易实现对系统的控制及对温度的显示,人机交换性能
差。
图 1-1 模拟控制框图
2)方案二:此方案采用单片机对系统进行智能化控制,采用单片机 89c51 为核心。使
用温度传感器 DS18B20 采集温度变化信号,并通过单片机处理后去控制温度,使其达
到稳定。使用单片机具有编程灵活,控制简单的优点,使系统能简单的实现温度的控制
及显示,并且通过软件编程能实现各种控制算法使系统还具有控制精度高的特点。此方
案不仅具有功能强、体积小、价格低的优点,而且可编程,智能化温度控制技术的广泛
采用使得系统灵活性大大增加。
数据
采集
信号放大
温度预置
比较
器
信号放大
控制
开关
图 1-2 方案二模拟控制框图
通过两种方案的比较分析,若采用前一种方案,选用模拟电路将反馈的温度值与给
定的温度值比较决定是否加热,从输入采样到输出控制的各种误差产生因素较多,精度
难以达到要求,而采用单片机就可充分发挥其优点,将误差减小到最小,还可以通过监
控软件方便的实现实时控制,而且在试验过程中,根据试验数据进行误差补偿和软件校
正,明显的改善了方案一的不足及缺点,其优点是传统电路无法比拟的。所以我们选定
利用单片机实现温度控制的第二种方案。
1.3本文的主要工作
本文中具体做了如下几方面工作:
(1)水温控制系统硬件的设计
水温控制系统硬件设计主要包括中央处理电路的介绍,以及设计了温度检测与控
制电路。为了操作的方便和与 PC 机的通信,设计了键盘与显示电路以及串口通信接口
电路。
(2) 水温控制系统软件的设计
借助 Keil C51 开发工具,开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、键盘与显
示模块以及单片机与 PC 的通信模块的程序。
(3) 水温控制系统监控软件的开发
以可视化语言 Visual C++.NET 作为本软件的开发语言,设计了水温控制系统的监
控软件。本软件可以实现水温控制过程的动画显示、控制参数的在线修改、以及串口通
信波特率设置等功能。
传
感
器
采
样
A/D
8051
CPU
显示
键盘
控
制
电
路
电
炉
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