畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的激光器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-I-激光器溫度控制設(shè)計(jì)摘要溫度是日常生活中無時(shí)不在的物理量，溫度的控制在各個(gè)領(lǐng)域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機(jī)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活性大等特點(diǎn)，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了綠光激光器的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單說明如何實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器溫度的控制，并對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)潔的描述。還介紹了在激光器溫度控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)中的一些主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié),該系統(tǒng)主要以MCS-51單片機(jī)為核心,由溫度檢測(cè)電路,顯示電路,控制電路等構(gòu)成。用MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)的激光器溫度檢測(cè)電路是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，是整個(gè)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分，該系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)。通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的溫度采集，通過七段數(shù)碼管來顯示激光器的溫度，通過小型風(fēng)機(jī)以及加熱器來控制激光器的溫度的升降，本設(shè)計(jì)介紹的激光器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及主要技術(shù)性能參數(shù)。關(guān)鍵詞單片機(jī)；溫度傳感器；激光器；溫度控制哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-II-TheDesignofTemperatureControlForLaserComponentAbstractThetemperatureisconstantlyinthedailylifeofphysicalandtemperaturecontrolsinvariousfieldshaveapositivemeaning.Alotofbusinesseshavealotofpowerheatingequipment,suchasthatusedfortheheattreatmentfurnace,formeltingmetalcrucibleresistanceheatersandthevarioususesoftemperaturebins,SCMusingtheirrighttocontrolnotonlyeasytocontrol,simple,suchasthecharacteristicsofflexibility,butcanalsosignificantlyincreasethetemperaturewaschargedwiththetechnicalindicators,whichcangreatlyenhancethequalityoftheproducts.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyadoptedThedesignoflasercomponentstemperaturecontrolsystemisintroducedfromhardwareandsoftware,andsimplyexplainshowtoachievethetemperaturecontrol.Thehardwareprincipleandsoftwarecasefigaredescribed.Someimportanttechniquesinadesignschemeofthehardwareandthesoftwareofthelasercomponentstemperaturecontrolbysingle-chipmicrocomputerareintroduced.Thesystemmostlytakes8051single-chipmicrocomputerasacore，itisstructuredbytemperaturetestingcircuit,displaycircuit,controlcircuitandsoon.ThemaincontentofthisdesignistemperaturetestingcircuitthatusesAT89C51single-chipmicrocomputer.Itisapartofthewholedesignthatcannotbelacked.Thesystemisusedtocollectandcontrollasercomponentstemperatureinrealtime.Throughtheledtodisplaythenumberofthelasercomponent.Thetemperatureautomaticcontrolsystemisbasedonsingle-chipmicrocomputerisdescribedinthearticleincludingsystemscheme，partsofanapparatuschoice,theoreticalanalysis，thedesignofhardwareandsoftware,systemtesting，andthemaintechnicalperformanceparametersKeywordsmicrocontroller；temperaturesensor；lasercomponent；temperaturecontrol哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄摘要.IAbstract.II第1章緒論.11.1課題研究的目的與意義.11.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述.11.3論文研究?jī)?nèi)容.2第2章總體方案.32.1基本設(shè)計(jì)思路.32.2具體設(shè)計(jì)考慮.32.2.1電路的基本設(shè)計(jì)方案.32.2.2各器件的功能.42.3本章小結(jié).4第3章硬件設(shè)計(jì).53.1單片機(jī)的選取.53.1.1AT89C51的主要特性.63.1.2AT89C51的引腳功能.73.2傳感器的選取.93.2.1DS18B20的性能特點(diǎn).93.2.2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu).103.2.3DS18B20的工作原理.113.2.4DS18B20的測(cè)溫原理.133.3串口的選取.153.3.1串口通信的工作原理.153.3.2MAX232概述.163.4電路中數(shù)碼管的選取.173.574LS47的簡(jiǎn)介.183.6控制電路的設(shè)計(jì).193.6.1加熱控制電路設(shè)計(jì).193.6.2繼電器的選用.203.6.3降溫控制電路設(shè)計(jì).213.7電源電路設(shè)計(jì).223.8本章小結(jié).23第4章軟件設(shè)計(jì).244.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體思路.244.2程序功能.244.3系統(tǒng)程序流程圖.25哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4.4本章小結(jié).28第5章系統(tǒng)調(diào)試、故障分析與結(jié)果.295.1硬件調(diào)試與故障分析.295.1.1硬件調(diào)試.295.1.2故障分析.305.2本章小結(jié).31結(jié)論.32致謝.33參考文獻(xiàn).34附錄A.35附錄B.36附錄C.42哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-1-第1章緒論1.1課題研究的目的與意義近年來，隨著激光顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，激光顯示正在越來越受到關(guān)注。激光顯示技術(shù)在圖像質(zhì)量、產(chǎn)品壽命、節(jié)能、環(huán)保、易于實(shí)現(xiàn)大屏幕等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“人類視覺史上的革命”，有望成為下一代顯示技術(shù)的主流。面對(duì)目前我國(guó)平板顯示產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)缺失的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，前瞻性地發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光顯示技術(shù)是實(shí)現(xiàn)顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和跨越式發(fā)展的必由之路。可以預(yù)見激光顯示技術(shù)將在公共信息大屏幕、數(shù)碼影院、家庭影院以及便攜式投影等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景，這將會(huì)是一個(gè)極其巨大的市場(chǎng)。光源采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的準(zhǔn)隨機(jī)相位RGB激光光源，采用一體化封裝技術(shù)，有效減小光源體積，同時(shí)有效提高光源壽命及可靠性，采用準(zhǔn)隨機(jī)調(diào)制技術(shù)，無需增加外圍消散斑部件，從根本上消除了激光顯示存在散斑的缺點(diǎn)1。在本設(shè)計(jì)中我主要研究了RGB激光光源中綠光激光器的溫度控制設(shè)計(jì)，任務(wù)是使其控制在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。1.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述激光顯示技術(shù)是繼黑白顯示、標(biāo)準(zhǔn)彩色顯示和數(shù)字顯示后的下一代顯示技術(shù)。激光顯示能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)顯示所達(dá)到的所有先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，如大屏幕、高分辨率、數(shù)字化等，同時(shí)由于激光顯示使用激光作為光源，激光的光譜是線譜,本身顯現(xiàn)的顏色即為光譜色，且激光具有波長(zhǎng)可選擇和高光譜亮度的特點(diǎn)，因此用紅、綠、藍(lán)三色激光器作為光源的三基色所構(gòu)成的三角形色域空間更大,且具有很高的色飽和度，其色域覆蓋率可達(dá)熒光粉的2倍以上，可以覆蓋人眼所能識(shí)別色彩空間的90以上，遠(yuǎn)高于目前CRT電視、液晶電視、等離子電視30%左右的覆蓋范圍，因此激光顯示可以獲得更高的飽和度、更豐富的顏色和更逼真的視覺效果，將徹底突破前3代顯示技術(shù)中色域空間的不足，實(shí)現(xiàn)最完美色彩還原，使人們通過顯示終端看到我們最真實(shí)、最絢麗的世界。而激光顯示中最核心的器件為RGB激光器1。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。目前,單片微機(jī)已普遍地作用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制領(lǐng)域中。單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低廉、可用其構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的智能控制單元和可靠性高等特點(diǎn),受到廣大工程技術(shù)人員的重視。溫度是生產(chǎn)過程中最常見的物理量,許多生產(chǎn)過程是以溫度作為其被控參數(shù)的。因此,溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)2。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-2-1.3論文研究?jī)?nèi)容在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中3。采用MCS-51單片機(jī)來對(duì)激光器溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。在本設(shè)計(jì)中我主要研究了RGB激光光源中綠光激光器的溫度控制設(shè)計(jì)，任務(wù)是使其控制在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)如下功能和指標(biāo)：1.溫度給定值在32左右并且現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)；2.溫度控制誤差2；3.實(shí)時(shí)顯示溫度值；4.用風(fēng)機(jī)和加熱器來實(shí)現(xiàn)溫度的控制；5.控制參數(shù)可在線修改。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-3-第2章總體方案2.1基本設(shè)計(jì)思路首先進(jìn)行主控制電路設(shè)計(jì)及元件的選擇。本次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電路控制、運(yùn)算等功能；選用溫度傳感器作為溫度采集單元來實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集。確立主電路元件后，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求指標(biāo)進(jìn)行其它控制電路的設(shè)計(jì)及元器件的選擇。此溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用加溫和降溫兩方面來實(shí)現(xiàn)溫度的穩(wěn)定，分別通過單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)繼電器由主電路驅(qū)動(dòng)后，分別控制所帶控制電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)加溫和降溫功能，達(dá)到溫控目的。此外，控制電路設(shè)計(jì)完畢后再進(jìn)行其它電路設(shè)計(jì)。顯示電路設(shè)計(jì)，通過單片機(jī)操作，將溫度以十進(jìn)制方式顯示出來。電源電路，分別設(shè)計(jì)了5V電源用于主電路的電源要求，及12V電源用于帶動(dòng)加熱及風(fēng)機(jī)控制電路。溫度控制系統(tǒng)就是將測(cè)得的實(shí)時(shí)溫度送到單片機(jī)里與設(shè)定溫度比較并進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)化，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整溫度。當(dāng)該系統(tǒng)接入電源后，數(shù)碼管直接顯示由溫度傳感器測(cè)得的當(dāng)前溫度。系統(tǒng)自行將由溫度傳感器測(cè)得的當(dāng)前溫送到實(shí)時(shí)溫度顯示器。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度低于設(shè)定溫度下限值時(shí)，由單片機(jī)控制加熱驅(qū)動(dòng)得電，加熱器加熱，加熱指示燈亮，同時(shí)，風(fēng)機(jī)控制為停止工作狀態(tài)，風(fēng)機(jī)動(dòng)作指示燈滅。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)定溫度上限值時(shí)，電熱器停止加熱，加熱指示燈滅，單片機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到降溫控制口，調(diào)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，此時(shí)風(fēng)機(jī)動(dòng)作指示燈亮。2.