畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于AT89C51單片機(jī)的溫度監(jiān)控器設(shè)計(jì)與制作.doc

浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題目溫度監(jiān)控器的設(shè)計(jì)與制作姓名學(xué)號專業(yè)班級分院指導(dǎo)教師2011年9月23日浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1溫度監(jiān)控器的設(shè)計(jì)與制作摘要：本設(shè)計(jì)基于AT89C51和DB18B20來實(shí)現(xiàn)溫度控制器的制作，它以89C51單片機(jī)為核心，配以DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)，小風(fēng)扇，金屬膜電阻來完成溫度的控制與顯示。系統(tǒng)的硬件和軟件都比較簡明，且易于實(shí)施。在硬件設(shè)計(jì)方面，由AT89C51、DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)、數(shù)碼管，小風(fēng)扇，金屬膜電阻構(gòu)成的電路，在軟件方面，以單片機(jī)和DS18B20數(shù)字溫度傳感器為中心，詳細(xì)的闡述了系軟件設(shè)計(jì)的思想，主流程圖以及相應(yīng)電路模塊的流程圖。關(guān)鍵詞：溫度控制器；DS18B20；AT89C51浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2目錄摘要11緒論31.1溫度控制器的意義與任務(wù)31.2溫度控制器的發(fā)展31.3論文設(shè)計(jì)內(nèi)容42系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路42.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路42.2核心電路介紹52.3DS18B20數(shù)字溫度傳感器72.3.1DS18B20數(shù)字溫度傳感器結(jié)構(gòu)介紹82.3.2DS18B20數(shù)字溫度傳感器的特性92.3.3DS18B20與AT89C51的連接電路103硬件電路設(shè)計(jì)103.1顯示電路設(shè)計(jì)103.2控制電路設(shè)計(jì)123.3晶振電路的設(shè)計(jì)123.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)134軟件設(shè)計(jì)144.1設(shè)計(jì)思路144.2顯示程序設(shè)計(jì)154.3溫度控制程序設(shè)計(jì)165調(diào)試175.1調(diào)試準(zhǔn)備175.2關(guān)于溫度控制器的部分調(diào)試185.3軟件編程的幾點(diǎn)體會18結(jié)論19謝辭20參考文獻(xiàn)21附錄A（電路元器件清單）22附錄B（電路原理圖）23附錄C（PCB圖）24附錄D（實(shí)物圖）25附錄E（軟件程序）26浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)31緒論1.1溫度控制器的意義與任務(wù)隨著社會的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，在人們的生活中對于溫度的要求也越來越來要求了，而溫度控制器它就可以解決人們對于這方面的要求，他可以把溫度控制在人們所需要的溫度范圍內(nèi)。比如用在對冷部位（如空調(diào)室、冷凍水、庫溫等）的溫度及其波動(dòng)范圍進(jìn)行控制的電開關(guān)。根據(jù)制冷、制熱裝置方式的不同，溫度控制器電路的電控對象亦不同。例如，對于制冷于制熱裝置（如空調(diào)器、冷飲水機(jī)、電冰箱、浴室，咖啡壺等等許多用品中）溫度控制器可以根據(jù)設(shè)定溫度直接控制電機(jī)或者開關(guān)的停開，使溫度到達(dá)所預(yù)定的溫度值。溫度控制器在實(shí)際中應(yīng)用很廣泛，也很實(shí)用。溫度的輸出值也比較準(zhǔn)確。隨意技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的應(yīng)用更加廣泛，所應(yīng)用的場合也越來越多，效率與穩(wěn)定也會不斷的提高，在以后的發(fā)展中會更加的完善、實(shí)用。溫度控制器的任務(wù)，具體的說就是用DS18B20（數(shù)字溫度傳感器）來感應(yīng)被加熱的電阻溫度，把傳感器感應(yīng)到的溫度傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用單片機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的把溫度值輸出來傳輸?shù)綌?shù)碼管中去顯示當(dāng)前測到的溫度值。如果所測到的溫度值位達(dá)到限定最高值時(shí)就讓繼電器吸和把金屬膜電阻加熱，以至達(dá)到所規(guī)定的上限溫度值，如果達(dá)到了所規(guī)定的溫度值，繼電器就斷開。而小風(fēng)扇就開始降溫工作，把加熱器的溫度降到所規(guī)定的最低值，之后繼電器又開始吸合，開始加熱工作。就這樣一直反復(fù)工作，把溫度控制在所規(guī)定的溫度值內(nèi)活動(dòng)，而數(shù)碼管也會顯示相應(yīng)的溫度值。1.2溫度控制器的發(fā)展現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制(即溫度控制器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。溫度控制在我國電子，治金，機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于具有其工礦復(fù)雜，參數(shù)多變，運(yùn)行慣性大，控制滯后等特點(diǎn)，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前，仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窖，爐，烘干生產(chǎn)線存在著控制精度不高，爐內(nèi)溫度均勻性差等問題，達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)過高，產(chǎn)出品品浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4質(zhì)差，嚴(yán)重影響企業(yè)濟(jì)濟(jì)效益，急需進(jìn)行技術(shù)改造。嚴(yán)格說，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進(jìn)行熱交換時(shí)的溫度變化過程，既是一個(gè)時(shí)間過程，也是沿空間的一個(gè)傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點(diǎn)溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)理論還很不成熟，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實(shí)際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時(shí)滯系統(tǒng)來考慮。時(shí)滯較大時(shí)采用時(shí)滯補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時(shí)滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制?？色@得較好的控制精度。近年來，國內(nèi)外對溫度控制調(diào)節(jié)器進(jìn)行了廣泛，深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的進(jìn)展，形成了一批商品化溫度調(diào)節(jié)器。自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)，參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，國外的技術(shù)比國內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)了一批商品化的，性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強(qiáng)，魯棒性好響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)偏差小的特點(diǎn)，目前，國內(nèi)外的溫度控制系統(tǒng)以及儀器儀表正朝著高精度，智能化，小型化等方面快速發(fā)展。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本論文詳細(xì)的闡述了一個(gè)溫度控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要包括介紹溫度控制器的基本理論、硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件編程、硬件軟件調(diào)試等幾部分。（1）溫度控制器的基本理論方面，對溫度傳感器加以討論。（2）硬件電路設(shè)計(jì)方面，完成了總體硬件電路的設(shè)計(jì)：包括核心電路的選擇(AT89C51)、數(shù)字溫度傳感器、顯示電路、控制電路和晶振電路的設(shè)計(jì)。（3）軟件設(shè)計(jì)方面，完成了各個(gè)子程序模塊的編程設(shè)計(jì)：主控制程序、顯示子程序等。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)說明在現(xiàn)代工業(yè)測溫的許多方面都要有對溫度的處理、控制和顯示。而單片機(jī)由于它具有性能高、速度快、價(jià)格低、體積小、穩(wěn)定可靠、使用方便靈活等特點(diǎn)。還有溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強(qiáng)，魯棒性好響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)偏差小的特點(diǎn)。因而它們常常被用在職能檢測裝置及控制中，是本次設(shè)計(jì)的核心元件。本浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5文給出了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，它主要由以下幾部分構(gòu)成，如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)框圖基于單片機(jī)AT89C51的核心電路部分。即AT89C51單片機(jī)，其主要任務(wù)是將傳感器輸入的信號，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。傳感器部分。主要是由DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)構(gòu)成，主要任務(wù)是將傳感器輸出的溫度經(jīng)AT89C51進(jìn)行數(shù)字處理。顯示電路部分。它的主要器件是由4位七段LED數(shù)碼管組成，其任務(wù)是將單片機(jī)傳輸并處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來。控制電路部分。它主要由降溫電路和加熱電路組成。其任務(wù)的是控制溫度的上下限溫度值。晶振電路部分。2.2核心電路的設(shè)計(jì)在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中硬件的價(jià)格和成本是對經(jīng)濟(jì)效益有關(guān)鍵影響的因素，因此選擇一種最合適硬件電路的核心單片機(jī)是首要任務(wù)。單片機(jī)的價(jià)格在整個(gè)裝置的價(jià)格中占有較大的比重。因此選擇一個(gè)價(jià)格低廉而且功能合適的單片機(jī)有著十分重要的意義。經(jīng)過綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)：89C51系列的單片機(jī)是當(dāng)前最新的一種電擦寫的8位單片機(jī)，與80C51系列完全兼容，有較強(qiáng)的保密功能，其片內(nèi)的閃速存儲器編程和擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，編程的速度快，可實(shí)現(xiàn)在線編程。89C51片內(nèi)有4KB的FlashROM代碼存儲器陣列。有低電壓編程和高電壓編程（12V）兩種模式。低電壓編程模式為用戶在系統(tǒng)中編程89C51提供了一個(gè)方便的途徑，而高電壓編程程（12V）模式與一般常規(guī)的EPROM編程器兼容。主要性能：數(shù)字溫度傳感器DS18B20單片機(jī)溫度顯示控制電路晶振電路浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6內(nèi)含4KB的FLASH存儲器，擦寫次數(shù)1000次。具有6個(gè)中斷源，5個(gè)中斷矢量，2級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)。AT89C51工作電源電壓為5（10.2）V，且典型值為5V。兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式。內(nèi)含128字節(jié)的RAM。具有32根可編程I/O線。具有2個(gè)16位可編程定時(shí)器。具有1個(gè)全雙工的可編程串行通信接口。具有1個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR。具有可編程的3級程序鎖定位。AT89C51最高工作頻率為24MHz。完全定態(tài)操作：0Hz-24Hz，可輸出時(shí)鐘信號管腳說明：AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖及功能的敘述。1）電源和晶振：VCC運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加+5V。圖2.2AT89C51VSS接地。XTAL1輸入到振蕩器的反相放大器。XTAL2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)用外部振蕩器時(shí)，XTAL2不用，XTAL1接收振蕩器信號。2）制線：共4根。a.輸入：RST復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。EA/VPP片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V或12V的編程電壓。b.輸入、輸出：ALE/PROG地址