溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要 單片機是20世紀中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強、體積小、可靠性高、價格低廉等特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化程度。51系列單片機是國內(nèi)目前應用最廣泛的一種8位單片機之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應用。51系列及其衍生單片機還會在繼后很長一段時間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場，因此，作為新世紀的大學生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用是非常重要的?？傮w電路方案設(shè)計及原理1。1.溫度控制系統(tǒng)設(shè)

2、計要求一、設(shè)計任務利用溫度傳感器件、集成運算放大器和Tec (Thermoelectric Cooler,即半導體致冷器)等設(shè)計一個溫度控制器。二、要求控制密閉容器內(nèi)空氣溫度容器容積5cm大5cm大5cm測溫和控溫范圍：0C室溫控溫精度1C1。2基本設(shè)計思路0溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求，本次設(shè)計可分為溫度溫度采集模塊、溫度顯示 和溫度信號控制3個模塊。具體框架圖如圖1.所示：|溫度段位顯溫度采集I溫度信號控-圖V1。3溫度控制系統(tǒng)工作原理溫度傳感器DS18B20 從設(shè)備環(huán)境的不同位置采集溫度，51單片機獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當前環(huán)境中一個比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當前設(shè)定的溫度上下

3、限值，通過加熱和降溫對當前溫度進行調(diào)整。通過按鈕來控制，使電路中的溫度有高有低。按鈕按下，溫度高于設(shè)定的溫度時，LED1亮；按鈕按下，溫度正好是設(shè)定的溫度時，LED2亮；按鈕按下，溫度低于設(shè)定的溫度時，LED3亮。1。4溫度采集原理a溫度傳感器熱電偶測溫基本原理將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖2所示.當導體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應來工作的。b溫度傳感器熱電阻測溫原理溫度傳感器熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行

4、溫度測量的。c數(shù)字化溫度傳感器的工作原理將溫度信號轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號供微處理機處理溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計2各模塊基本功能與設(shè)計方案選擇和論述2.1溫度采集方案的概述溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，達到測溫的目的.在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用，早期得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器

5、.現(xiàn)在的溫度傳感器已經(jīng)走向數(shù)字化，集成化，外形小，接口簡單,廣泛用于生活中的各個領(lǐng)域.方案一：采用熱敏電阻可以用熱敏電阻對溫度感應程度來實現(xiàn)對輸入信號的改變，精度比較高，但是價格比較貴。方案二：采用熱電偶熱電偶是目前接觸式測溫中應用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高、輸出信號便于遠傳等優(yōu)點。但是，由于熱電偶來采集溫度的話會用到運放的比較器電路，信號放大電路，譯碼器電路來將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號繼而在數(shù)碼管上顯示出來，電路結(jié)構(gòu)過于復雜。方案三：采用二極管二極管在正向?qū)〞r由于少子的存在和導電性，所以導通電壓會受溫度影響，優(yōu)點是價格便宜，對電路要求低

6、,但缺點是精度不高。方案四：采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20DS18B20是美國半導體公司推出的第一片支持一線總線的溫度傳感器，它具有微型化、低功溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器的優(yōu)點，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字供微處理器處理。用此前器件后續(xù)電路只需要用單片機控制，電路簡單而且精確度高。綜上所述：由于本次課設(shè)的要求是對一個較范圍內(nèi)的溫度進行采集，所以對精度的要求較高，考慮到成本問題，并且保證電路結(jié)構(gòu)簡明，本次試驗采用方案三進行溫度采集。2.2溫度顯示方案的概述方案一：用數(shù)碼管顯示通過51單片機這個微處理器得到轉(zhuǎn)化后的溫度數(shù)值后，通過程序設(shè)定，是可以精確到小數(shù)點后兩位

7、的，所以用4位數(shù)碼管就可以了，接口較少。并且數(shù)碼管消耗的電力比液晶顯示更加清晰，適合在白天等強光下顯示。缺點是只能夠顯示數(shù)字，不能夠顯示出其他有用信息。方案二：用1602液晶屏顯示也可以利用1602來對轉(zhuǎn)換后的溫度進行顯示進行控制，但是由于液晶是反光式的，在外界光線很明亮時容易看不清楚。它的優(yōu)點是可以顯示出文字信息，很明了。2。3直流電源選取方案的概述本次實驗中多處用到+5v的電壓源供電，如LED的點亮，DS18B20引腳處需要的高點平等。方案一：用4個1.5v的電池串聯(lián)起來.用電池盒裝上4個電池，然后加在外圍電路中即可.但是實際值6v,比標準的5v稍高一些，可能影響DS18B20的工作.方案

8、二：用USB接口正好產(chǎn)生的5v電壓來供電。此方法不需要額外去找5v的電壓源供電，進一步是的電路簡單。缺點是這樣接的話，一旦外圍電路出現(xiàn)問題，燒壞外部器件的同時，可能會通過USB傷害電腦。3系統(tǒng)軟件設(shè)計整個溫度系統(tǒng)是硬件電路配合軟件電路的設(shè)計來完成的.當硬件的功能確定以后，軟件的功能也就確定了。主程序分為4大模塊,分別為：A DS18B20內(nèi)部的溫度轉(zhuǎn)換部分溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計B讀出轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)值C在七段數(shù)碼管上的顯示模塊D溫度處理即控制模塊4 89C52單片機系統(tǒng)的硬件連接及調(diào)試4.1原理電路圖運用74HC04、51單片機、七段數(shù)碼管、LED、晶振、電解電容、DS18B20按

9、鍵、USB接口組成全部系統(tǒng).溫度控制系統(tǒng)原理組成全部系統(tǒng).溫度控制系統(tǒng)原理4。2 89C52單片機運用單片機處理溫度轉(zhuǎn)化成的串行數(shù)字信號，實現(xiàn)信號處理.將獲得的結(jié)果通過輸出裝置輸出顯示在七段數(shù)碼管上，并且在最后的處理部分也借用了 P2 口的三個引腳，來點亮所需要點亮的LED燈。89C52單片機組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、并行I/O 口、串行I/O 口、定89C52溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。U.1i019XTAL1P0.06XD0PD.IiDIPD.2ZAD2XTAL2P0.3.9XD3P0 .艱AD4PD.5/AD5PD.6ZAD6RSTPD.7iD7P2.0fA8P2.1/A9P2.2103998197i2363135:4345336327:21i222324FSENFH俱 11ALEP2.AV2EAP2.5rA13P2.6i,A14P2.7rA15P1.WTWP3.D/RXDP1 ,VT2E：RS.imD3D251-312627V28i.ioi.b：211e :312P1.2P3.2HNT0413PL3戶3 .EhlNT 1P14Pa.l/TOP1 5P3.5/T1PI 6P3