畢業(yè)設計（論文）-基于AT89C51單片機的溫度監(jiān)控器設計與制作.docVIP

浙江工商職業(yè)技術學院畢業(yè)設計題目溫度監(jiān)控器的設計與制作姓名學號專業(yè)班級分院指導教師2011年9月23日浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計1溫度監(jiān)控器的設計與制作摘要：本設計基于AT89C51和DB18B20來實現(xiàn)溫度控制器的制作，它以89C51單片機為核心，配以DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)，小風扇，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，且易于實施。在硬件設計方面，由AT89C51、DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)、數(shù)碼管，小風扇，金屬膜電阻構成的電路，在軟件方面，以單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器為中心，詳細的闡述了系軟件設計的思想，主流程圖以及相應電路模塊的流程圖。關鍵詞：溫度控制器；DS18B20；AT89C51浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計2目錄摘要11緒論31.1溫度控制器的意義與任務31.2溫度控制器的發(fā)展31.3論文設計內容42系統(tǒng)設計思路42.1系統(tǒng)總體設計思路42.2核心電路介紹52.3DS18B20數(shù)字溫度傳感器72.3.1DS18B20數(shù)字溫度傳感器結構介紹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硬件電路設計103.1顯示電路設計103.2控制電路設計123.3晶振電路的設計123.4復位電路的設計134軟件設計144.1設計思路144.2顯示程序設計154.3溫度控制程序設計165調試175.1調試準備175.2關于溫度控制器的部分調試185.3軟件編程的幾點體會18結論19謝辭20參考文獻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（實物圖）25附錄E（軟件程序）26浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計31緒論1.1溫度控制器的意義與任務隨著社會的發(fā)展，時代的進步，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。比如用在對冷部位（如空調室、冷凍水、庫溫等）的溫度及其波動范圍進行控制的電開關。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（如空調器、冷飲水機、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)設定溫度直接控制電機或者開關的停開，使溫度到達所預定的溫度值。溫度控制器在實際中應用很廣泛，也很實用。溫度的輸出值也比較準確。隨意技術的發(fā)展，溫度控制器的應用更加廣泛，所應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、實用。溫度控制器的任務，具體的說就是用DS18B20（數(shù)字溫度傳感器）來感應被加熱的電阻溫度，把傳感器感應到的溫度傳輸?shù)絾纹瑱C里進行數(shù)據(jù)處理，用單片機進行準確的把溫度值輸出來傳輸?shù)綌?shù)碼管中去顯示當前測到的溫度值。如果所測到的溫度值位達到限定最高值時就讓繼電器吸和把金屬膜電阻加熱，以至達到所規(guī)定的上限溫度值，如果達到了所規(guī)定的溫度值，繼電器就斷開。而小風扇就開始降溫工作，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。就這樣一直反復工作，把溫度控制在所規(guī)定的溫度值內活動，而數(shù)碼管也會顯示相應的溫度值。1.2溫度控制器的發(fā)展現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息采集控制(即溫度控制器技術)、信息傳輸(通信技術)和信息處理(計算機技術)。溫度控制器屬于信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，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反應中，溫度往往是一個很重要的量，需要準確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應用于其他領域，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，機械等工業(yè)領域應用非常廣泛，由于具有其工礦復雜，參數(shù)多變，運行慣性大，控制滯后等特點，它對控制調節(jié)器要求極高。目前，仍有相當部分工業(yè)企業(yè)在用窖，爐，烘干生產(chǎn)線存在著控制精度不高，爐內溫度均勻性差等問題，達不到工藝要求，造成裝備運行成本費過高，產(chǎn)出品品浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計4質差，嚴重影響企業(yè)濟濟效益，急需進行技術改造。嚴格說，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進行熱交換時的溫度變化過程，既是一個時間過程，也是沿空間的一個傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質上是一個分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設計理論還很不成熟，而且往往過于復雜而難于在工程實際問題中應用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時滯系統(tǒng)來考慮。時滯較大時采用時滯補償調節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點之一。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，國內外對溫度控制調節(jié)器進行了廣泛，深入的研究，特別是隨著計算機的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的進展，形成了一批商品化溫度調節(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和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國內外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化，自適應，參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面，國外的技術比國內的技術領先，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)廣泛應用，溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強，魯棒性好響應快、動態(tài)偏差小的特點，目前，國內外的溫度控制系統(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設計任務與要求本論文詳細的闡述了一個溫度控制器的設計與實現(xiàn)，主要包括介紹溫度控制器的基本理論、硬件電路的設計、軟件編程、硬件軟件調試等幾部分。（1）溫度控制器的基本理論方面，對溫度傳感器加以討論。（2）硬件電路設計方面，完成了總體硬件電路的設計：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計。（3）軟件設計方面，完成了各個子程序模塊的編程設計：主控制程序、顯示子程序等。2系統(tǒng)設計思路2.1系統(tǒng)總體設計說明在現(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。而單片機由于它具有性能高、速度快、價格低、體積小、穩(wěn)定可靠、使用方便靈活等特點。還有溫度控制器具有控制精度高，抗干擾力強，魯棒性好響應快、動態(tài)偏差小的特點。因而它們常常被用在職能檢測裝置及控制中，是本次設計的核心元件。本浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計5文給出了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設計框圖，它主要由以下幾部分構成，如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)框圖基于單片機AT89C51的核心電路部分。即AT89C51單片機，其主要任務是將傳感器輸入的信號，傳輸?shù)絾纹瑱C中。傳感器部分。主要是由DS18B20(數(shù)字溫度傳感器)構成，主要任務是將傳感器輸出的溫度經(jīng)AT89C51進行數(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，其任務是將單片機傳輸并處理后的數(shù)據(jù)實時顯示出來。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核心電路的設計在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中硬件的價格和成本是對經(jīng)濟效益有關鍵影響的因素，因此選擇一種最合適硬件電路的核心單片機是首要任務。單片機的價格在整個裝置的價格中占有較大的比重。因此選擇一個價格低廉而且功能合適的單片機有著十分重要的意義。經(jīng)過綜合考慮，本次設計采用AT89C51單片機。AT89C51單片機：89C51系列的單片機是當前最新的一種電擦寫的8位單片機，與80C51系列完全兼容，有較強的保密功能，其片內的閃速存儲器編程和擦除完全用電實現(xiàn)，編程的速度快，可實現(xiàn)在線編程。89C51片內有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單片機溫度顯示控制電路晶振電路浙江工商職業(yè)技術學院機電工程學院畢業(yè)設計6內含4KB的FLASH存儲器，擦寫次數(shù)1000次。具有6個中斷源，5個中斷矢量，2級優(yōu)先權的中斷結構。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。內含128字節(jié)的RAM。具有32根可編程I/O線。具有2個16位可編程定時器。具有1個全雙工的可編程串行通信接口。具有1個數(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，可輸出時鐘信號管腳說明：AT89C51的引腳結構圖及功能的敘述。1）電源和晶振：VCC運行和程序校驗時加+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，輸入到內部時鐘發(fā)生器。當用外部振蕩器時，XTAL2不用，XTAL1接收振蕩器信號。2）制線：共4根。a.輸入：RST復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。EA/VPP片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V或12V的編程電壓。b.輸入、輸出：ALE/PROG地址