毕业设计(论文)-基于数字温度传感器的单片机恒温控制器(26页).doc
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1、-毕业设计(论文)-基于数字温度传感器的单片机恒温控制器-第 20 页摘要本次设计采用单片机最小系统实现室内环境的温度检测并给出标准温度范围内的恒温控制电路。该系统由五个主要模块组成,分别是单片机控制模块、温度检测模块、显示模块、标准温度设定模块以及升温降温控制模块。其中,控制模块选择STC89C52RC作为控制核心;温度检测模块选择实际生活中常常用到的DS18B20温度传感器来检测室内的环境温度并转换成可以被控制芯片读取和处理的数字信号;标准温度设定模块采用三个按键来完成标准温度范围的上下限设置;显示模块选择1602液晶显示器显示测温模块检测出来的环境温度;选择1602液晶显示器作为显示模块
2、的芯片,温度控制模块由于不是本次的重点,本次设计只简单的给出电路的设计,分别利用电阻加热和风扇降温的方法控制温度。本次设计的软件编程部分在Keil C环境下运用C语言编写,与硬件相辅相承,系统功能得以正常实现。本次的系统设计实现简单、成本低、功能强,能够完成预期的检温控温效果,操作简单,应用广泛,经济实惠,可广泛运用于实际生活中。关键词:单片机STC89C52RC 温度传感器DS18B20 1602液晶显示器 Keil C编程环境AbstractThis design uses the single chip microcomputer minimum system to realize th
3、e indoor environment temperature detection and gives the standard temperature range the constant temperature control circuit. The system consists of single-chip microcomputer control module, temperature detection module, liquid crystal display module, standard temperature setting module and temperat
4、ure control module. Control module uses stc89c52rc MCU as the control core; temperature detection module selection of commonly used DS18B20 temperature sensor to measure the temperature of the indoor environment and converted into digital signal by SCM complete reading and processing; standard tempe
5、rature setting module uses three button to complete the standard temperature range limit set; liquid crystal display module uses 1602 LCD display temperature sensors to detect the environment temperature; temperature control module because it is not the key, the design is simply given circuit design
6、, respectively, using resistance heating and fan cooling method temperature control. The design part of the software programming in keil c environment using C language preparation, and hardware complement each other, the system can realize the normal. This design based on single chip microcomputer t
7、emperature control system to achieve a simple, low cost, strong function, can complete the expected temperature detection and control effect; has the advantages of simple operation, wide application, affordable, widely applied in real life.Key words: microcontrollerSTC89C52RC Temperature sensorDS18B
8、20 1602 LCD display Keil C Programming environment目录第1章 绪论1第2章 方案选择与设计42.1.设计任务以及要求42.2.总体方案设计42.2.1 总体方案软件流程图42.2.2 系统硬件设计方图52.3 系统重要元件选择52.3.1 单片机芯片选择52.3.2 温度传感器选择6第3章 硬件设计73.1硬件系统概述73.1.1 STC89C52RC单片机芯片73.1.2 温度传感器DS18B2083.2 系统电路设计113.2.1 主要控制电路113.2.2 DS18B20温度检测电路123.2.3 报警温度调节电路133.2.4 显示电路
9、143.2.5 升温、降温控制电路15第4章 软件设计174.1 主程序174.2 读出温度子程序174.3 温度转换命令子程序174.4 计算温度子程序184.5 显示数据刷新子程序194.6 1602的液晶显示19第5章 系统调试与仿真215.1 硬件调试215.2 软件调试215.3 调试注意事项及问题反馈215.4 系统仿真设计22致 谢24参考文献25附 录26附录1-原理图26附录2-元器件清单27附录3-仿真图28附录4-程序29第1章 绪论温度是表示物体冷热程度的物理量,也是我们在实际生活中接触最多的物理量之一,人们的日常生活,动植物的生存繁衍中温度扮演着举足轻重的角色,在工业
10、自动化、家用电器、环境保护、安全生产、纺织、机械制造、航空航天、制药、石油化工、冶金等等众多领域中对温度也有着较高的要求。在工业生产中,温度也是经常需要重视的工艺参数之一,对几乎所有工业材料的无论是物理的变化还是材质上的化学反应都有很重要的联系,因此,温度控制是工业产业链中重要的一环,针对差异大的工业生产条件或者截然不同的生产方式对温度应达到的相应指标的要求,实际生活生产中采用的升温、降温、恒温控制方法也多种多样。在科学技术被人们越来越完善而迅猛前进的今天,我们对我们周边不管是生活还是工业生产中的温度控制也提出了越来越高的标准和要求。尽管温度控制对人们来说极其重要,但是目前为止对温度控制领域的
11、开发探索还不是非常完善,因此是,设计出一套能够完整实现检测、控制温度的系统对于现实问题具有重要的意义。这一次的课题设计是基于单片机的温度控制系统的设计,这里检测的对象是室内环境的温度,主要目标是正确检测目标环境的温度。在目前人们的日常生活中,有许多需要温控系统存在的地方,比如温室,水池,电源房间等等都需要精确的温度检测以及控制。以往的温度控制可能往往由人工手动完成,而不能对温度做到精确的控制。所以本次设计基于对温度的自动检测和控制,解放了人力,并且能够做到更加精确,而且应用广泛,便于携带,功能强大,是一件实用而且实惠的温控设计。国外对检温控温技术的开发,从20世纪70年代就开始了。起初最早使用
12、的是模拟式的组合仪表,对现场信息进行检测收集,并进行显示、记录和控制。过了10年的探索研究,在80年代末期,科学家们研制出了分布式的温控系统。在科技如此发达的今天,科学家们已经开始研究利用计算机控制系统来采集温度参数实现多因子综合控制系统。而今国际上,温度测控技术由于其重要性被各个国家重视得以迅猛发展。上个世纪80年代末,我国开始重视起温度测控在生活生产中的作用,并开始了研究。在总结了发达国家测温控温的经验教训以及成果的基础上,我国的科研人员逐渐掌握了室内温度微机控制,然而这种技术在技术层面较为落后,控制因素比较单一。在发展过程中,我国主要由理解吸收、实际操作的简单运用正在走向更广泛的应用以及
13、复杂环境的综合应用的道路上。与发达国家发展的高度自动化的操作控制系统相比,我国的温度测控系统在技术层面上仍以单片机为控制核心,参数单一、系统回路单一,差距依然存在并且较大。除此之外,对于测控系统的实际应用也仅仅停留在小规模阶段,还没有出现真正意义上的工厂化程度的大规模批量运用于生产之中,存在着比如水平低、资源少、可靠性差种种不足。当前的国际形势中。新式的温度传感器正在进行模拟到数字、集成到智能的技术革新。依据传感器与被测对象的接触方式,一般将温度传感器分为两类:一类是接触式温度传感器。这一类的温度传感器工作原理在于其检测部分与被测对象需要有良好的热接触,利用热传导、对流原理达到热平衡,依此得到
14、现实数据中的温度参数。这种测温方式可以实现高精度的检测,并且可以对物体内部的温度分布做出检测;然而它的缺点在于难以检测动态的、小热容量的以及一些对检测元件有腐蚀作用的特殊材质的被测对象,将产生极大的误差,对功能实现产生不可预计的后果。另一类是非接触式温度传感器。这一类的温度传感器的测温元件与被测对象没有接触,辐射热交换原理是这一类温度传感器常用的原理。它的主要优势在于不受感温元件耐温的限制,从而对最高可测的温度没有上限,对于1800以上的高温,都采用非接触式测温技术。由于红外技术的完善,由可见光向红外线扩展成为辐射测温的趋势,700以下都可以使用,精确度也很高。相比之下,非接触的方法可以测量接
15、触式测温所不能精确测量的被测对象比如动态小物体或者小热容量的物体,并且同样可以测量温度场的温度分布。缺点是受环境的影响比较大。温度传感器可以将任意的信号编程为电信号,使得人们可以使用计算机实现自动检测、自动控制,但是温度漂移、非线性等等问题都是它们不可完全避免的,所以我们不仅需要了解各种传感器的内部结构、工作原理以及它们的指数指标,而且要明白传感器需要接上合适的接口电路才能处理、显示、控制信号,而且我们应当对传感器实际运用的范例做出分析才能更深刻的理解传感器的原理。才能将传感器更好更适用的应用于日常信息的采集和处理的一体化。另一方面,传感器的被测对象来自于生活生产中的各个领域,每个领域都开发研
16、制出了适用自己的传感器,因此许多类别不同,功能不同的传感器大量的涌现。如前面所说,温度是生活生产中不可忽视,重要的生产要素,因此温度传感器是一类的重要的传感器,发展速度快,应用范围广,具有很大的潜力。但是目前社会上的温度监测系统面临着体积大、精度不够、价格昂贵以及只检不控等等问题。因此本次设计主要针对这些问题,设计出一种体积小、精度较高、低成本的可检温控温的系统。温度传感器发展至今,应用最为广泛的有热电阻型、热电偶型、光纤型以及DS18B20等等。相比较于其他几种温度传感器,DS18B20的主要优势在于高精度、相对较低的价格、简单的组织、没有零点漂移影响等等。单片机作为学习期间重点学习的微处理
17、器芯片,本次设计还是使用他作为控制器。由于在课程学习期间已经着重学习了其内部结构、工作原理、程序设计等等,这里只对其简单的原理以及目前对它的科研状况进行简单的阐述。单片机的电路属于集成式的芯片,它的集成技术规模很大,作为一种体积小而且功能完善的微型计算机系统,它包含了许多功能不同的模块,包括用于处理数据的中央处理器CPU、用于存储数据的随机存储器RAM和只读存储器ROM、输入输出端口I/O以及定时/计数功能等等。在实际的生活生产中,单片机芯片起到了重要的作用,应用之广泛,功能之强,都是它不可或缺的原因。其本身也在不断的进行着自我更新换代,由1980时期开始的简易结构一直发展之目前的300M高速
18、单片机,它在未来对工业领域应用的影响将不可估量。单片机作为一种高度集成的微处理器,不单单局限于某一种特定的数值逻辑运算功能,而是将整个计算系统,有效有序的集成到了一块硅片上。在计算机产业飞速发展的今天,我们通过对单片机的系统学习,可以帮助我们更加全面深刻的理解计算机的原理结构,对我们未来的发展有着积极地作用。综上所述,本次设计的系统关键需要实现的功能以及需要解决的问题主要在于,利用各个模块(单片机控制模块、温度检测模块等等)完成检测环境的温度并给出控制电路。总体研究思路为先用温度传感器检测出室内温度,输入单片机中通过与标准温度区间的差值来控制对电阻丝加热时间的长短,从而实现恒温控制的功能。因此
19、,选用什么样的单片机,选用哪种温度传感器成为了本次研究设计首要考虑的问题。第2章 方案选择与设计2.1 设计任务以及要求1单线数字温度传感器原理研究2单片机原理与应用3数据采集的抗干扰滤波研究4C或汇编语言软件程序设计5硬件电路设计(原理图、PCB)2.2 总体方案设计2.2.1 总体方案软件流程图图2.1 软件设计流程图2.2.2 系统硬件设计方图图2.2 系统硬件电路方框图2.3 系统重要元件选择本次系统设计采用单片机作为控制系统的核心,在温度检测模块中通过温度传感器检测被测环境的温度,与用户设定的温度范围作比较,利用升温降温模块控制温度。本次设计需要选择的主要部件有作为控制系统的单片机芯
20、片、检测温度的温度传感器、显示电路模块芯片,对于显示电路,由于以前在做课程设计的时候使用过几次,所以这次设计也继续使用1602液晶显示模块芯片。所以需要选择适当的单片机芯片作为本次系统的控制核心,并选择合适的温度传感器来检测环境温度。接下来对这两者的选择做出论证。2.3.1 单片机芯片的选择方案一:选用上课学习期间一直使用的AT89C51芯片作为控制模块的单片机,AT89C51拥有4K的闪存,工作电压低,消耗功率低,性能高,完全兼容传统标准MCS-51指令系统。但是在实际运用中,不具备ISP在线编程技术(即在正常工作中,可以直接对其进行编程操作。)。在对电路进行实际调试时,常常可能出现需要对程
21、序的错误进行修改,或者需要对程序作出新的修改或者加入新的功能,想要拔插单片机芯片时可能会产生不可预计的不良后果,芯片可能会失效。方案二:采用STC89C52RC单片机作为硬件控制核心。使用STC89C52RC作为核心控制模块的单片机芯片。与AT89C51一样,功率消耗低,性能高,同样使用MCS-51的经典内核,不同之处在于它拥有8K字节的系统可编程闪存、512字节的RAM空间以及灵巧的8位CPU,工作电压为3.4-5.5V,作为一款国产的单片机芯片完全满足本次设计系统的要求。综上所述,对照这两种方案,本次设计采取方案二,即使用STC89C52RC作为控制模块的核心芯片。2.3.2 温度传感器的
22、选择方案一、选择使用热敏电阻传感器。当温度变化时,热敏电阻也会发生明显的变化,利用这种特性可以完成由温度变化到能量变化的过程,从而达到检温的目的要求。然而热敏电阻传感器结构相对复杂,并且很难用计算机编程达到有效控制检温的效果,复杂化了系统设计。方案二、选择使用DS18B20温度传感器,在现实生活中DS18B20作为温度传感器,因为较小的体积、价格比较低廉、较强抗外界干扰的能力、较高的精度等等优点而经常使用。他拥有特殊的测温技术,能够将检测得到的温度变为方便进行处理调节的数值信号。综上所述,对照这两种方案,本次设计采用方案二,即在温度检测模块中使用DS18B20温度传感器。第3章 硬件设计3.1
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