【正文】 .......................................... 28 光電偶合器 MOC3021 ...................................................................................... 31 溫度控制模塊電路圖 ........................................................................................ 32 3 系統(tǒng)軟件設計 ................................................................................................................. 33 系統(tǒng)主程序 ............................................................................................................... 33 溫度采集子程序 ....................................................................................................... 34 顯示子程序 ............................................................................................................... 34 溫度設定子程序 ....................................................................................................... 34 控制算法 ................................................................................................................... 35 4 溫度控制系統(tǒng) Proteus 仿真 ........................................................................................... 37 仿真說明 ................................................................................................................... 37 仿真結果 ................................................................................................................... 37 結論 ........................................................................................................................... 39 參考文獻 ............................................................................................................................. 40 致 謝 ................................................................................................................................. 41 附錄Ⅰ 程序清單 ............................................................................................................... 42 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 簡介 及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制 ， 在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié) .水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作，例如 冶金、機械 、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等 ， 對工件的 水 處理溫度要求嚴格控制 。對于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內(nèi)可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。 單片機對溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法 。 從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機以來， 80 年代單片機技術進入快速發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速 、高性能方向發(fā)展。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機將微處理器、存儲器、定時 /計數(shù)器、 I/O 接口電路等集成在一個芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個小型化的微機系統(tǒng)。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統(tǒng)分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)結構、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結構設計和制造工藝等的結合 ，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 隨著電視監(jiān)視器材、 計算 機技術的日益 發(fā)展 ，圖形監(jiān)視系統(tǒng)在電視系統(tǒng)或監(jiān)控場所得到了廣泛地 應用 。用圖形來實時顯示被控對象（攝像機、終端設備等）在操作過程中的狀態(tài)，具有清晰明了、形象直觀且可以及時處理反饋信息。它比數(shù)字儀表包含的信息量大得多，因此使現(xiàn)場監(jiān)控人員的工作方式得到了改進，效率也由此得到了很大的提高?，F(xiàn)場電視監(jiān)控系統(tǒng)由實時控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)及管理信息系統(tǒng)組成。實時控制系統(tǒng)完成實時數(shù)據(jù)采集處理、存儲、反饋的功能；監(jiān)視系統(tǒng)完成對各個監(jiān)控點的全天候的監(jiān)視，能在多操作控制點上自動或手動切換多路圖像，能遙控前端設備，能基于單片機的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設計 2 使攝像鏡頭自動對焦等；管理信息系統(tǒng)完成各類所需信息的采集、接收、傳 輸、加工、處理，是整個系統(tǒng)的控制核心。 目前 的圖形實時監(jiān)控軟件通常用 VC 或 VC++開發(fā)，它具備編譯各種可視化程序的功能，可以使計算機通過監(jiān)控界面達到對被控對象的各種實時操控。 因此 ， 本畢業(yè)設計 選擇設計一個水溫控制系統(tǒng) ， 采用單片機 進行 控制的水溫自動控制電路， 使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示， AT89C51 單片機優(yōu)秀的實時控制功能、靈活的編程能力有機的結合起來 ， 并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法，使系統(tǒng)具有控制精度高的特點，對實現(xiàn)對 水溫的自動控制，具 有重大的現(xiàn)實意義。 不但能用于學校的實驗教學及其它一些研究課題的開發(fā) ,同樣能用于工廠多點溫度的控制 ,提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。 課題研究的內(nèi)容及要求 本次的畢業(yè)設計的題目是單片機 水 溫控制系統(tǒng)設計。它是多種技術知識的結合，不僅涉及到軟件的設計，而且還將應用電子技術與單片機的應用技術有機結合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點。電路板的設計技術和機械加工工藝的巧妙結合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細等特點，能為它在其它領域的廣泛應用打下良好的基礎。因為經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應用場合原來就有 測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設計的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎上進行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方法。 課題的主要研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機控制的 水 溫控制系統(tǒng)的設計，主要是介 紹了對水箱溫度的顯示 ， 實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18B STC89C52 單片機及 LCD 的 硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，而爐內(nèi)溫度控制部分，由 DS18B20 檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在 LCD 中顯示。控制器是用 STC89C52單片機，用 設定的 算法對檢測信號和設定值的差值進行調(diào)節(jié)后輸出 PWM 控制信號給執(zhí)行機構，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點的溫度測控系統(tǒng)，沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 3 可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片 DS18B20 都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并 存入其 ROM 中，以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個 DS18S20 芯片。從 DS18S20 讀出或?qū)懭?DS18S20 信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而且不需要額外電源。同時 DS18B20 能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設定，超過設定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接，再加上溫度控制 部分和人機對話部分來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。 本系統(tǒng) 的功能 本系統(tǒng) 實現(xiàn)其具體控制功能如下： （ 1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用 1602LCD 液晶 來顯示水的實際溫度。 （ 2）能夠設定水的溫度值，設定范圍是 30℃ ～ 90℃ 。 （ 3）用單片機 STC89C52 控制，通過按鍵來控制水溫的設定值 ，并保持恒定不變。 （ 4）誤差≤ 1℃ 本文的主要內(nèi)容 本文中具體做了如下幾方面工作： （ 1） 水溫 控制系統(tǒng)硬件的設計 水溫 控制系統(tǒng)硬件設計主要包括 STC89C51 單片機、溫度傳感器模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊 的介紹 。 （ 2） 水溫 控制系統(tǒng)軟件的設計 借助 Keil C51 開發(fā)工具， 以 C 語言為開發(fā)語言， 開發(fā)了單片機系統(tǒng)的溫度檢測與控制程序模塊、 對溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進行控制， 鍵盤 導入設定的溫度，使其與實際溫度進行運算并輸出 。 （ 3） 水溫 控制系統(tǒng) 的仿真 以 Proteus 為基礎，畫出電路圖加載各模塊， 加載程序并模擬實際電路的運行狀態(tài) 并進行仿真 。 基于單片機的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設計 4 方案 1 該案由單片機、模擬溫度傳感器 AD590、運算放大器、 AD 轉換器、 LCD 顯示電路、集成功率放大器、報警器組成。 該方案采用模擬溫度傳感器 AD590 作為測用運算放大器交給 信號進行適當?shù)姆糯?，最后通過模數(shù)轉換器將模擬模擬信號轉換成數(shù)據(jù)信號，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用 LCD 顯示，當溫度值超過設定值時開始報警。如圖 1 所示： 圖 1 方案一 溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方案 2 該方案使用了 STC89C51 單片機作為控制核心，以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測量元件， 通過鍵盤模塊對溫度上、下限設置 。顯示電路采用 LCD1602 模塊，如圖 2 所示： 模擬溫度 傳感器 運算 放大器 A/D 轉換 鍵盤 單 片 機 LCD 顯示模塊 集成功放 報警器 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 5 圖 2 方案二 溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方案論證 1． 方案一 的論證 ： 采用模擬溫度傳感器，轉換結果需要經(jīng)過運算放大器傳給處理器。它控制雖然簡單，但電路復雜，不容易實現(xiàn)對多點溫度測量和監(jiān)控。由于采用了多個分立元件和模數(shù)轉換器，不容易出現(xiàn)誤差，測量結果不是很準確，因此本方案并不可取。 2． 方案二 的論證 ： 采用智能溫度傳感器 DS18B20，它直接輸入數(shù)字量，精度高，電路簡單，只需要模擬 DS18B20 的讀寫時序，根據(jù) DS18B20 的協(xié)議讀取轉換的溫度。 此方案硬件電路簡單，但程序設計復雜一些，但是在課題外對 DS18B字符型液 晶顯示有所了解，而且曾經(jīng)在網(wǎng)上看過此類程序設計，并且我們已經(jīng)使用開發(fā)工具 KEIL 用 C 語言 對系統(tǒng)進行了程序設計，用仿真軟件 PROTEUS 對系統(tǒng)進行了仿真，達到了預期的效果。由此可見，此方案的可行性，體現(xiàn)了技術的先進性，經(jīng)濟上也沒有任何問題。 綜上所述，本課題應當采用方案二對系統(tǒng)進行設計。 溫度傳感器 DS18B20 STC 89C52 單片機基本控制系統(tǒng) LCD 顯示 鍵盤 雙