溫控系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、目錄1 概緒11.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義11.2 溫度控制系統(tǒng)的目的11.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能12 單片機(jī)人機(jī)接口系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)12.1四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示和任意浮點(diǎn)數(shù)顯示22.2輸入?yún)?shù)合成、計(jì)時(shí)器程序以及串口通訊程序等73 DS18B20溫度傳感器簡介83.1 DS18B20的工作原理83.2 DS18B20的驅(qū)動(dòng)程序104 溫度控制模塊設(shè)計(jì)114.1 光電隔離控制電路的設(shè)計(jì)114.2 風(fēng)扇PWM驅(qū)動(dòng)程序114.3 制冷片的控制以及程序設(shè)計(jì)135 溫度測量試驗(yàn)與分析175.1 溫度測量實(shí)驗(yàn)175.2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析（最大的引用誤差）176 溫度控制試驗(yàn)與分析18

2、6.1升溫186.2 降溫186.3 恒溫187 總結(jié)19考文獻(xiàn)參201 概緒1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是一個(gè)重要的物理量，它反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度

3、緊密相聯(lián)，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測及控制占據(jù)著極其重要地位。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障?？梢?，溫度的測量和控制是非常重要的。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。利用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制的技術(shù)也隨之而生，并日益發(fā)展和完善，且越來越顯示出它的優(yōu)越性。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫

4、度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)

5、構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。2 單片機(jī)人機(jī)接口系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要包括鍵盤掃描程序、四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序、任意浮點(diǎn)數(shù)顯示程序、輸入?yún)?shù)合成、計(jì)時(shí)器程序以及串口通訊程序等。溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)智能測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)扇控制電路設(shè)計(jì)溫度傳感器程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)扇控制器程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)鍵盤操作程序設(shè)計(jì)制冷片控制電路設(shè)計(jì)制冷片控制程序設(shè)計(jì)2.1四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示和任意浮點(diǎn)數(shù)顯示#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=

6、P22; /define interfacesbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit li=P31;sbit wai=P30;sbit hot=P32; sbit up=P34;sbit down=P35;unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned char code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd, 0x87,0xff,0xef; u

7、int temp; / variable of temperature uint aa=0,bb=0,cc,dd,ee;void delay(uint count) /delay uint i; while(count) i=200; while(i>0) i-; count-; void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit

8、uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /read a byte date uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a

9、 byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc);

10、/ address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /get the temperature float tt; uchar a,b; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a

11、; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp;void readrom() /read the serial uchar sn1,sn2; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0x33); sn1=tmpread(); sn2=tmpread();void delay10ms() /delay uchar a,b; for(a=10;a>0;a-) for(b=60;b>0;b-); void display(uint temp)/顯示程序 uchar A1,A2,A2t,A3,ser; ser=temp

12、/10; SBUF=ser; A1=temp/100; A2t=temp%100; A2=A2t/10; A3=A2t%10; dula=0; P0=tableA1;/顯示百位 dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7e; wela=1; wela=0; delay(1); dula=0; P0=table1A2;/顯示十位 dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7d; wela=1; wela=0; delay(1); P0=tableA3;/顯示個(gè)位 dula=1; dula=0; P0=0x7b; wela=1; wela=0; delay(1);

13、void xianshi(uint temp1) uint A5,A6; A5=temp1/10; A6=temp1%10; P0=tableA5; dula=1; dula=0; P0=0xef; wela=1; wela=0; delay(1); P0=tableA6; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(1);void keyscan()if(up=0)delay(10);if(up=0)aa+;if(aa=50)aa=0;if(down=0)delay(10);if(down=0)if(aa=0)aa=50;aa-;2.2輸入?yún)?/p>

14、數(shù)合成、計(jì)時(shí)器程序以及串口通訊程序等void main() uchar a; while(1) keyscan(); tmpchange(); bb=tmp(); bb=bb/10; cc=aa-1; dd=aa+1; if(bb>cc&&bb<dd) for(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0x00;li=1;wai=1;hot=1; else if(bb>dd) for(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0xff;li=0;wai=1;hot=

15、1; else if(bb<cc) for(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0xff;li=0;wai=1;hot=0; 3 DS18B20溫度傳感器簡介3.1 DS18B20的工作原理 DS18B20工作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待1560微

16、秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖2.1，2.2，2.3所示。(1) 初始化時(shí)序 圖31 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7K上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us12。(2) 寫時(shí)序圖32 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)

17、立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us8。(3) 讀時(shí)序 圖33 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，

18、然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us4 ROM操作命令當(dāng)主機(jī)收到DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出ROM 操作命令之一，這些命令如表2.2：ROM操作命令。3.2 DS18B20的驅(qū)動(dòng)程序unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0;unsigned char dat; /儲(chǔ)存讀出的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)for (i=0;i<8;i+) DQ =1; / 先將數(shù)據(jù)線拉高 _nop_(); /等待一個(gè)機(jī)器周期 DQ = 0; /單片機(jī)從DS18B20讀書據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)線從高拉低即啟動(dòng)讀時(shí)序 _nop_(); /等待一個(gè)機(jī)器周期 DQ = 1

19、; /將數(shù)據(jù)線"人為"拉高,為單片機(jī)檢測DS18B20的輸出電平作準(zhǔn)備 for(time=0;time<2;time+) ; /延時(shí)約6us，使主機(jī)在15us內(nèi)采樣 dat>>=1; if(DQ=1) dat|=0x80; /如果讀到的數(shù)據(jù)是1，則將1存入dat elsedat|=0x00;/如果讀到的數(shù)據(jù)是0，則將0存入dat for(time=0;time<8;time+); /延時(shí)3us,兩個(gè)讀時(shí)序之間必須有大于1us的恢復(fù)期 return(dat); /返回讀出的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)WriteOneChar(unsigned char dat) un

20、signed char i=0;for (i=0; i<8; i+) DQ =1; / 先將數(shù)據(jù)線拉高 _nop_(); /等待一個(gè)機(jī)器周期 DQ=0; /將數(shù)據(jù)線從高拉低時(shí)即啟動(dòng)寫時(shí)序 DQ=dat&0x01; /利用與運(yùn)算取出要寫的某位二進(jìn)制數(shù)據(jù), /并將其送到數(shù)據(jù)線上等待DS18B20采樣 for(time=0;time<10;time+) ;/延時(shí)約30us，DS18B20在拉低后的約1560us期間從數(shù)據(jù)線上采樣 DQ=1; /釋放數(shù)據(jù)線 for(time=0;time<1;time+) ;/延時(shí)3us,兩個(gè)寫時(shí)序間至少需要1us的恢復(fù)期 dat>&g

21、t;=1; /將dat中的各二進(jìn)制位數(shù)據(jù)右移1位 for(time=0;time<4;time+) ; /稍作延時(shí),給硬件一點(diǎn)反應(yīng)時(shí)間* 總結(jié)單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成。單總線通常要求外接一個(gè)約為 4.7K10K 的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)其狀態(tài)為高電平。4 溫度控制模塊設(shè)計(jì)4.1 光電隔離控制電路的設(shè)計(jì)4.2 風(fēng)扇PWM驅(qū)動(dòng)程序void keyscan()if(up=0)delay(10);if(up=0)aa+;if(aa=50)aa=0;if(down=0)delay(10);if(down=0)if(aa=0)aa=50;aa-;void m

22、ain() uchar a; while(1) keyscan(); tmpchange(); bb=tmp(); bb=bb/10; cc=aa-1; dd=aa+1; if(bb>cc&&bb<dd) for(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0x00;li=1;wai=1;hot=1; else if(bb>dd) for(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0xff;li=0;wai=1;hot=1; else if(bb<cc) for

23、(a=10;a>0;a-) xianshi(aa);display(tmp();P1=0xff;li=0;wai=1;hot=0; 4.3 制冷片的控制以及程序設(shè)計(jì)#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DS=P22; /define interfacesbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit li=P31;sbit wai=P30;sbit hot=P32; sbit up=P34;sbit down=P35;unsigned char co

24、de table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned char code table1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd, 0x87,0xff,0xef; uint temp; / variable of temperature uint aa=0,bb=0,cc,dd,ee;void delay(uint count) /delay uint i; while(count) i=200; while(i>0)

25、 i-; count-; void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /read a byte date

26、 uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;

27、i+; DS=1; i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /get the temperature float t

28、t; uchar a,b; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp;void readrom() /read the serial uchar sn1,sn2; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0x33

29、); sn1=tmpread(); sn2=tmpread();void delay10ms() /delay uchar a,b; for(a=10;a>0;a-) for(b=60;b>0;b-); void display(uint temp)/顯示程序 uchar A1,A2,A2t,A3,ser; ser=temp/10; SBUF=ser; A1=temp/100; A2t=temp%100; A2=A2t/10; A3=A2t%10; dula=0; P0=tableA1;/顯示百位 dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7e; wela=1; w

30、ela=0; delay(1); dula=0; P0=table1A2;/顯示十位 dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7d; wela=1; wela=0; delay(1); P0=tableA3;/顯示個(gè)位 dula=1; dula=0; P0=0x7b; wela=1; wela=0; delay(1);void xianshi(uint temp1) uint A5,A6; A5=temp1/10; A6=temp1%10; P0=tableA5; dula=1; dula=0; P0=0xef; wela=1; wela=0; delay(1); P0=tableA6; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(1);5 溫度測量試驗(yàn)與分析5.1 溫度測量實(shí)驗(yàn)DS18B20測量值25.526.327.22829.430.331.132.634.2玻璃溫度計(jì)值25.326.027.127.829.330.230.932.434.15.2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析（最大的引用誤差）被測量的真值和試驗(yàn)所得的給出值總存在一定的差異，這就是測量誤差。而誤差的存在使我們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)受到不同程度的歪曲，因此就必須進(jìn)行誤差分析。另一方面，一般原始的測試技術(shù)都是參差不齊的，需運(yùn)用數(shù)學(xué)方法