基于单片机温度控制器的设计黄鹏.doc
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1、南京化工职业技术学院毕业论文设计论文题目:单片机的温度控制系统设计班 级: 自动化1022 专 业: 生产过程自动化 学生姓名: 黄鹏 学 号: 指导老师: 王莉 日 期:2012年12月25日摘 要温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一,随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用,利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发,本文设计了一种基于AT89C51的温度检测及报警系统。该系统将温度传感器AD590通过模拟放大电路接在模数转化器ADC0809的输入端,然后将ADC0809的输出端接在控制器的一个端口上,对传感器温度进行采集,将采集到的温度值与设定值进行
2、比较,当低于设定的上限温度时,通过打开加热电路来使温度自然冷却。文中给出了系统实现的硬件原理图及软件流程图。经实验测试表明,该系统测量精度高、抗干扰能力强、报警及时准确,具有一定的参考价值。该系统设计和布线简单,结构紧凑,体积小,重量轻,抗干扰能力强,性价比高,扩展方便,在大型仓库,工厂,智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。关键词:AD590;ADC0809;AT89C51;CD4511。AbstractTemperature detection and control of industrial production processes typical of one of th
3、e applications, with sensors in production and living in the more widely used, Li Yong of new single-bus digital temperature sensor to achieve on the test and control the temperature more rapidly development, the paper design based on AT89C51 temperature detection and alarm system. The system will A
4、D590 temperature sensor connected via analog amplifier module input converter ADC0809, ADC0809 and then the output termination of a port on the controller, temperature sensor acquisition, will be collected and set the temperature value constant comparison, when the temperature exceeds the upper limi
5、t set by closing the heating circuit to make the temperature of natural cooling. This paper presents the hardware implementation of the system schematic diagram and software flow chart. The experimental test shows that the system with high precision, strong anti-interference capability, alarm timely
6、 and accurate, with some reference value. The system design and layout is simple, compact structure, small size, light weight, anti-interference ability, cost-effective, easy expansion, in large warehouses, factories, construction and other areas of intelligent multi-point temperature measurement in
7、 a wide application prospect.Key words: AD590;ADC0809;AT89C51;CD4511.目 录第一章 温度控制器绪论11.1课题背景11.2温度检测系统的国内外状况2第二章 整体系统方案32.1系统整体方案和结构32.2系统硬件接线图4第三章 系统硬件电路设计53.1主机控制电路53.2温度采集电路73.3模数转换电路93.4数码显示电路133.5 键盘输入电路与加热控制电路15第四章 程序设计184.1 主程序设计184.2温度检测模块204.3数值转化模块224.4 BCD显示模块244.5比较加热模块264.6键盘中断程序27总 结32参
8、考资料33致谢34第一章 温度控制器绪论1.1课题背景测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数,运用科学计算的方法,综合各种先进技术,使每个生产环节都能够得到有效的控制,不但保证了生产的规范化、提高产品质量、降低成本,还确保了生产安全。所以,测量控制技术已经被广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和纺织等行业。随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展,其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出,所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关,并且渗透到生活的方方面面。单片机的特点是体积较小,也就是其集成特性,其内部结构是普通计算机系统的简化,增加一些外围电路,就能够组成一个完整的小系
9、统,单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能,通过使用一些科学的算法,可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业中应用中,可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率,而且单片机无需占用很大的空间。随着温度检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多,在微机系统中使用的传感器,必须是能够将非电量转换成电量的传感器,目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等,每种传感器根据其自身特性,都有它自己的应用领域。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,主要用于对测温比较准
10、确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89C51。1.2温度检测系统的国内外状况温度是一个非常重要的物理量,因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中,得到了广泛应用。在工业生产过程中,很多时候都需要对温度进行严格的监控,以使得生产能够顺利的进行,产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制,保证生产的自动化、智能化能够顺利、安
11、全进行,从而提高企业的生产效率。温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代,但是微型计算机的体积、价位、可靠性,都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求,因此,嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上,从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末,经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉
12、和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。同时温度也是生活中最常见的一个物理量,也是人们很关心的一个物理量,它与我们的生活息息相关,有着十分重要的意义,在工业生产中,温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏,严重的会影响到生产安全。在日常生活中,温度过高或过低同样会造成一些不良影响。第二章 整体系统方案2.1系统整体方案和结构本温度控制系统,是基
13、于单片机的控制系统,单片机采用AT89C51为内核,其有低功耗,高性能CMOS 8位单片机,4KB的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,是功能强大的微型计算机的,可为许多嵌入式控制系统提供高性价比的解决方案。系统的工作过程为:通过键盘输入温度数,,然后将设定的温度存入内存单元并显示在共阴极数码显示管上。然后用AD590 作为温度传感器,将其采集到的温度量转换为模拟电流量,然后经过模拟放大电路,使其变为ADC0809可以接受的电压量,然后再输入到模数转换器ADC0809中,经
14、过模数转换后的数字量再输入到89C51中,经过89C51数据处理后,判断与键盘输入的温度是否相同,高于设置温度的话关闭加热器,如果低于设置温度的话,开加热器对水进行加热。整个系统的模块图,如图1:模数转化电路数码显示电路温度采集电路AT89C51加热控制电路键盘输入电路图2-1 系统结构图2.2系统硬件接线图图2-2 硬件接线图第三章 系统硬件电路设计3.1主机控制电路本系统采用AT89C51单片机作为主控电路,管脚及其封装如图3:图3-1 89c51封装图AT89C51具有如下特点:40个引脚,4kBytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个
15、外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,片内时钟振荡器。此外AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。本控制系统的连接引脚的方案如下:(1)单片机最基本的电路就是能够使单片机正常的启动和工作的电路,包括电源VCC端接+5V电压,VSS接地。EA端由于该引脚低
16、电平时是访问片外存储器,本系统不需要扩展片外存储器,所以要保持高电平,接电源电压+5V。(2)时钟电路对于单片机系统而言是必须的由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件构成,而这些器件又必须按时间顺序完成。所以在管脚的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和俩个谐振电容,电容采用2个20pF电容,采用12M的石英晶体。这样就可以构成89C51的基本时钟电路,时钟频率为12M。(3)复位电路是对单片机进行初始化操作,使单片机处于一个确定的初始状态。而要89c51复位得在RESETY引脚上加5ms的高电平信号就可以了。当石英晶体频率为12M Hz,复位电路参数为10f的电解电容和10k的电阻。如图
17、4为单片机的起振电路和复位电路的连接图时钟电路 复位电路图3-2(4)本系统中需要单片机输入输出的模块有4个模块分别是:模数转换模块,键盘输入模块,数码显示模块,输出控制模块。但是89C51的输入输出口就4个。其中P3口用来做第二功能,P3第二功能中需要用到外部中断和片外读写端。所以键盘输入电路和输出控制电路需共用一个I/O口,由于P1口内部用上拉电阻代替了场效应管T1,做输出时口时无需外接上拉电阻,做输入口是与P0一样,所以本系统用P1口作为共用口。数模转换用P0口,数码显示用P2口。ALE当不访问外部存储器时,该端以时钟频率的1/6输出固定的正脉冲信号,所以用其做数模转换模块的ADC080
18、9 的时钟频率输入端,89C51的ALEAD0809的CLOCK。P3口用于第二功能,由于本系统采用中断键盘扫秒方式,其中P3.3(INT0)用于跟键盘并联。P3.2(INT1)用于ADC0809转换完成后通过EOC向单片机发送控制信号。P3. 6(WR)进过非门接入到ADC0809的Start和ALE引脚上,P3.7(RD)经过非门接入到ADC0809的OE端。3.2温度采集电路 AD590是美国ANALOG DEV ICES 公司的单片集成两端感温电流源。如图5为AD590,温度传感器的引脚,封装和逻辑图形。引脚图 封装图 符号图形图3-3其主要特性如下: (1) 流过器件的电流(A) 等
19、于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数。Ir/T=1式中,Ir流过器件(AD590) 的电流,单位为A;T热力学温度,单位为K。 (2) AD590的测温范围为- 55+150。 (3) AD590的电源电压范围为430 V,可以承受44 V正向电压和20 V反向电压,因而器件即使反接也不会被损坏。 (4)输出电阻为710M。(5)精度高,AD590在- 55+150范围内,非线性误差仅为0.3。本系统控制的水温为0-100度之间,所以选用AD590便可以,所需要的驱动电压范围大在4-30V之间,这里我们选择12V电压,用于驱动AD590,AD590的输出为电流且大小为A,而ADC0809
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