基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

.z基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要：本設(shè)計以AT89S51單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法。溫度信號由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件局部，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、PC機與單片機串口通訊電路和一些接口電路。單片機通過對信號進展相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計局部，在這里采用模塊化構(gòu)造，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報警程序。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機DS18B20溫度芯片溫度控制串口通訊-.z畢業(yè)論文外文摘要TitleBasedonMonolithicIntegratedCircuit'sTemperatureControlSystem'sDesignAbstractThisdesigntakeat89S51monolithicintegratedcircuitascoretemperaturecontrolsystem'sprincipleofworkanddesignmethod.ThetemperaturesignalbythetemperaturechipDS18B20gathering,andtransmitsbydigitalsignal'swayforthemonolithicintegratedcircuit.Inthearticleintroducedthiscontrolsystem'shardwarepart,including:Temperaturee*aminationelectriccircuit,temperature-controlcircuit,PCmachineandmonolithicintegratedcircuitserialportmunicationchannelandsomeinterfacecircuit.Themonolithicintegratedcircuitthroughcarriesoncorrespondingprocessingtothesignal,thusrealizesthetemperaturecontrolgoal.Inthearticlealsoemphaticallyintroducedthesoftwaredesignpart,usesthemodularstructureinhere,themainmoduleincludes:Ni*ietubedisplaysequence,keyboardscanningandpressedkeydisposalprocedure,temperaturesignalprocessingprocedure,black-whitecontrolprocedure,e*cesstemperaturewarningprocedure.Keywords：AT89S51MonolithicIntegratedCircuit；DS18B20TemperatureChip；TemperatureControl；SerialPortmunication-.z目次1引言…………………12設(shè)計要求……………13工作原理……………14方案設(shè)計與論證……………………24.1主控制局部………………………34.2測量局部…………35各單元的設(shè)計………………………85.1鍵盤單元……………85.2溫度控制及超溫和超溫警報單元………………105.3溫度控制器件電路……………………115.4溫度測試單元……………………115.5七段數(shù)碼管顯示單元…………………115.6接口通訊單元……………………136電源輸入單元……………………147程序設(shè)計…………157.1概述………………157.2程序構(gòu)造分析……………………167.3主程序……………178.測設(shè)分析…………17結(jié)論……………………18參考文獻………………19致謝……………………20附錄A使用說明………………………21附錄B程序清單………………………21-.z1引言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域,如家電、汽車、材料、電力電子等,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標有所不同,在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對象的運行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴重,存在很多不確定的因素,難以建立準確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用,但由于繼電器動作頻繁,可能會因觸點不良而影響正常工作。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對象的模型難以建立,并且當擾動因素不明確時,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路構(gòu)造更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加準確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個引腳即可與單片機進展通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機更加具有擴展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實用性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20進展*圍的溫度檢測。2設(shè)計要求設(shè)計基于單片計算機的溫度控制器，用于控制溫度。具體要求如下:1.溫度連續(xù)可調(diào)，*圍為02.超調(diào)量σ%≤20%3.溫度誤差≤±0.54.人-機對話方便3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，單片機AT89S51獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當前環(huán)境中一個比擬穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當前設(shè)定的溫度上下限值，通過加熱和降溫對當前溫度進展調(diào)整。當采集的溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度的上限時，單片機通過三極管驅(qū)動繼電器開啟降溫設(shè)備(壓縮制冷器)，當采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時,單片機通過三極管驅(qū)動繼電器開啟升溫設(shè)備(加熱器)。當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設(shè)備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導(dǎo)致在一段時間內(nèi)不能將環(huán)境溫度調(diào)整到規(guī)定的溫度限內(nèi)的時候，單片機通過三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出警笛聲。系統(tǒng)中將通過串口通訊連接PC機存儲溫度變化時的歷史數(shù)據(jù)，以便觀察整個溫度的控制過程及監(jiān)控溫度的變化全過程。PC機加熱器繼電器2DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸鍵盤電路PC機加熱器繼電器2DS18B20溫度芯片數(shù)據(jù)傳輸鍵盤電路MA*232電平轉(zhuǎn)換芯片片MA*232電平轉(zhuǎn)換芯片片AT89S51AT89S518BITCPU數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示超溫報警超溫報警輸入電源輸入電源壓縮制冷器壓縮制冷器繼電器1N繼電器1N3-1工作原理圖4方案設(shè)計4.1溫度測量局部方案 DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強易配處理器等優(yōu)點，特別適合用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號〔按9位二進制數(shù)字〕給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測量*圍－55～＋125℃，可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠端引入，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出DS18B20可以綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片DS18B20測量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。圖4-1溫度芯片DS18B204.2主控制局部方案AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳構(gòu)造，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗〔WDT〕電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停頓芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。由于系統(tǒng)控制方案簡單,數(shù)據(jù)量也不大,考慮到電路的簡單和本錢等因素,因此在本設(shè)計中選用ATMEL公司的AT89S51單片機作為主控芯片。主控模塊采用單片機最小系統(tǒng)是由于AT89S51芯片內(nèi)含有4kB的E2PROM,無需外擴存儲器,電路簡單可靠,其時鐘頻率為0～24MHz,并且價格低廉,批量價在10元以內(nèi)。其主要功能特性：兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫(>1000次〕ISPFlashROM32個雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓2個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線128*8bit內(nèi)部RAM2個外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗〔WDT〕電路軟件設(shè)置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)存放器指針可以看出AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗〔WDT〕，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷構(gòu)造，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘。同時,AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)