單片機(jī)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

目錄TOC\o"1-2"\h\u15819第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 3277251.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 33688第二部分設(shè)計(jì)說明 4133481.理論分析 481822.設(shè)計(jì)方案（構(gòu)思、分析、確定） 54823.單片機(jī)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6303734.單片機(jī)最小系統(tǒng) 6268075.顯示與報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 11419第三部分設(shè)計(jì)成果 1322841設(shè)計(jì)成果 13242192作品的特點(diǎn) 13137923佐證材料：單片機(jī)系統(tǒng)程序 145706第四部分結(jié)束語 2513517第五部分致謝 26684第六部分參考文獻(xiàn) 27第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)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。現(xiàn)要求能廣泛工廠、民居的基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng).2.設(shè)計(jì)的思路本設(shè)計(jì)的整體思路：利用流過熱敏電阻電流隨溫度線性變化的關(guān)系，將電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，即0℃時(shí)輸出電壓為0V顯示在數(shù)碼管上的數(shù)值為00.0。當(dāng)40℃時(shí)輸出電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出處理顯示為40.0。即在0~40℃的溫度變化過程中，電壓變化對應(yīng)溫度變化。數(shù)碼管上的數(shù)值就是對應(yīng)于所測量的實(shí)際溫度值。測量過程中可通過獨(dú)立按鍵，設(shè)置測量溫度上下限數(shù)值（上限>下限），設(shè)置成功后，系統(tǒng)測量實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)前溫度高于上限值或低于下限值，通過蜂鳴器報(bào)警。3.調(diào)研的目的和總結(jié)隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變量。列如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行即監(jiān)測控制。然而，用常規(guī)的控制方法，潛力是有限的，難以滿足較高的性能要求。采用單片機(jī)來對它們進(jìn)行溫度監(jiān)測控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度的提高被監(jiān)測溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的監(jiān)測控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的控制問題。不論是生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度的變化對生活、生產(chǎn)的某些細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)都會(huì)造成不同程度的溫度，所以適時(shí)地對溫度進(jìn)行監(jiān)測控制具有重要的意義。第二部分設(shè)計(jì)說明1.理論分析1單元模塊設(shè)計(jì)電源模塊相當(dāng)于房屋的基石，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的可靠性。因此，我們通過大量查閱資料，方案比較，選擇了合適的電源。該系統(tǒng)使用干電池供電。單片機(jī)需要5V電源，A/D需要穩(wěn)定5V電源。總體來說，我們采用集成三端穩(wěn)壓芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源需求。集成三端穩(wěn)壓器主要有兩種：一種是線性穩(wěn)壓芯片，另一種是開關(guān)型穩(wěn)壓芯片。線性穩(wěn)壓芯片輸出紋波小，電路簡單，但功耗較大，效率較低，典型芯片為LM7805；開關(guān)穩(wěn)壓芯片則功耗小，效率高，但是輸出紋波大，電路復(fù)雜，典型芯片為LM2596。對于單片機(jī)來說，單片機(jī)本身功耗低，但是它對電源要求相對較高。經(jīng)過選型實(shí)驗(yàn)對比，LM2940性能較優(yōu)。LM2940為最大輸出1A低壓差線性穩(wěn)壓器件。能為單片機(jī)及A/D芯片提供穩(wěn)定的5V電壓。圖3.1電源模塊設(shè)計(jì)原理圖2.設(shè)計(jì)方案（構(gòu)思、分析、確定）2.1.電橋方案采用鉑電阻，利用電阻與溫度的非線性關(guān)系，用電橋?qū)崿F(xiàn)溫度升高引起的電阻值變化對應(yīng)于電壓的關(guān)系。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送入鎖存器所存，再經(jīng)譯碼器輸出后，通過數(shù)碼管顯示。電橋測溫電路放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路LED顯示 譯碼器 鎖存器 圖2.1測溫整體方案一框圖2.2.基于單片機(jī)的方案見圖2.2，利用熱敏電阻電壓與溫度的變化為線性，我們將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，通過A/D轉(zhuǎn)換輸出后進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，通過軟件控制，將電壓對應(yīng)于溫度的數(shù)值通過查表的方式得出結(jié)果。在LED上顯示結(jié)果。NTC熱敏電阻A/D轉(zhuǎn)換電路 按鍵設(shè)置上下限單LED顯示 片機(jī)蜂鳴器報(bào)警 圖2.2測溫整體方案二框圖2.3.方案比較與方案選擇方案一中鉑電阻與溫度的關(guān)系是非線性的，輸出結(jié)果不能達(dá)到我們所要求的精度。溫度的上下限設(shè)置電路復(fù)雜。方案二基于單片機(jī)，電路簡單，消耗的功率相對較小，調(diào)試容易，控制性及可靠性均優(yōu)于方案一。因此選擇采用方案二。3單片機(jī)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)3．1單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能COMS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。主要特性：與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲(chǔ)鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線.兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 五個(gè)中斷源圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖3.2溫度采集與量化模塊該系統(tǒng)溫度采集利用NTC（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻（CWF2-502F3950），A/D轉(zhuǎn)換利用ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。NTC（NegativeTemperatureCoeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料．電阻溫度特性可以近似地用下式表示：R=R0exp{B(1/T-1/T0)}:R:溫度T(K)時(shí)的電阻值、Ro:溫度T0、(K)時(shí)的電阻值、B:B值、*T(K)=t(oC)+273.15式中：QUOTE分別表示NTC在溫度T（K）和額定溫度QUOTE（K）下的電阻值.電阻-溫度關(guān)系表溫度（℃）電阻（Ω）溫度（℃）電阻（Ω）溫度（℃）電阻（Ω）014230113601.9213005.4312438.7411900.1511388.2610901.3710438.389997.7499578.41109181118799128436.83138091.73147762.78157449.16167159.04176864.7186592.4196332.49206084.32215847.31225620.89235404.53245197.72255000264810.9274630.01284456.83294291.28304132.69313980.83323835.38333696.03343562.49353434.5363311.78373194.1383081.22392972.92402869ADC0804簡介：ADC0804是一款早期的A/D轉(zhuǎn)換器。8位單通道，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約100us,TTL或CMOS標(biāo)準(zhǔn)接口，可滿足差分電壓輸入，具有參考電壓輸入端，內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器，單電源供電（0~5V）輸入信號電壓范圍0~5V，不需要調(diào)零。ADC0804模擬轉(zhuǎn)數(shù)字對照表圖3.3溫度采集與量化電路原理圖3.3顯示與報(bào)警模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用4位7段數(shù)碼管顯示經(jīng)單片機(jī)處理的實(shí)時(shí)溫度。利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管后三位顯示當(dāng)前溫度，通過按鍵選擇，顯示上下限溫度，上下限溫度值以數(shù)碼管第一位進(jìn)行區(qū)分，字母“H”表示顯示為上限溫度，字母“L”表示顯示為下限溫度。設(shè)置上限溫度后，系統(tǒng)將判斷當(dāng)前溫度是否超過或低于限值，如果出現(xiàn)，則蜂鳴器開始報(bào)警，直到斷電或者溫度重新回到正常范圍（不超過上限低于下限）。圖3.4.1顯示電路設(shè)計(jì)原理圖圖3.4.2報(bào)警電路原理圖設(shè)計(jì)第三部分設(shè)計(jì)成果1設(shè)計(jì)成果系統(tǒng)軟件仿真圖5.1系統(tǒng)整體Proteus仿真圖由于Proteus庫中沒有熱敏電阻仿真模型，我們利用大電阻代替熱敏電阻，通過阻值與溫度關(guān)系表，算出溫度理論值，與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。比較結(jié)果基本相同。仿真結(jié)束后，我們就開始著手硬件電路的焊接。2作品的特點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到精度±0.5℃。通過軟件算法的合理設(shè)計(jì)，及電路各部件的搭配，基本實(shí)現(xiàn)將誤差控制在±0.5℃。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生因素包括，熱敏電阻自身特性導(dǎo)致的誤差，軟件代碼算法差生的誤差，硬件電路供電穩(wěn)定性而產(chǎn)生的誤差，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差。由熱敏電阻自身特性產(chǎn)生的誤差不可避免，而且在誤差可控范圍內(nèi)，遂不加以優(yōu)化。電路的穩(wěn)定性主要是電源供電穩(wěn)定性的體現(xiàn)，我們采用穩(wěn)壓電路，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，減少因外界擾動(dòng)，電池的損耗而產(chǎn)生的誤差。數(shù)模轉(zhuǎn)換器差生的誤差在本系統(tǒng)中可以忽略，但仍然為其提供穩(wěn)定電壓。并在編程時(shí)，通過在短時(shí)間內(nèi)多次采樣進(jìn)行比較，濾除不穩(wěn)定大變動(dòng)信號，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)在誤差最小的情況下穩(wěn)定工作。3佐證材料：單片機(jī)系統(tǒng)程序#include<AT89X51.H>#include<intrins.h>#include<math.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitcs=P3^5;sbitwr=P3^6;sbitrd=P3^7;sbitkey1=P3^0;sbitkey2=P3^1;sbitkey3=P3^2;ucharcodetable1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};uchartable2[]={63,65,68,70,72,75,77,79,82,84,87,89,92,94,97,99,102,104,107,109,112,114,117,119,122,124,127,129,131,134,136,139,141,143,145,147,150,152,154,156,158};uchartemp,swei,gwei,fwei;uintk=0,Data,Data1[9];unsignedintnum,num1;floattnum;bitflag1,flag2;intHnum,Lnum;voiddelay(intz){intx;for(z;z>0;z--)for(x=123;x>0;x--);}voiddisplay(){swei=num/100;gwei=num%100/10;fwei=num%10;P0=0xfd;;P1=table1[swei];delay(3);P0=0xfb;P1=table1[gwei]+0x80;delay(3);P0=0xf7;;P1=table1[fwei];delay(3);}voidread_AD(){inti,j,temp1;for(i=0;i<9;i++){cs=0;wr=0;_nop_();cs=1;wr=1;cs=0;rd=0;_nop_();P2=0xff;Data1[i]=P2;cs=1;rd=1;}for(i=0;i<5;i++){for(j=i+1;j<9;j++) 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