【正文】 ...................14 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 16 第一節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ....................................................................................................... 17 第二節(jié) 人機(jī)交互與串口通信單元設(shè)計(jì) ........................................................................... 18 一、輸入電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 18 二、顯示電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 18 三、串口通信電路 ............................................................................................................ 19 第三節(jié) 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì) ................................................................................................. 20 一、鍵盤單元 ……………………………………………………………………… ...… ..20 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 二、 溫度控制及超溫警報(bào)單元 .........................................................................................22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 23 第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 ....................................................................................... 23 第二節(jié) 系統(tǒng)主程序流程圖 ............................................................................................... 24 第三節(jié) 溫度采集子程序流程圖 ....................................................................................... 25 第四節(jié) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖 ....................................................................................... 26 第五節(jié) 動態(tài)顯示子程序流程圖 ....................................................................................... 27 第六節(jié) 控制執(zhí)行子程序流程圖 ....................................................................................... 28 結(jié) 論 ........................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 30 致 謝 ........................................................................................................................................... 31 附 錄 ........................................................................................................................................... 32 一、 程序代碼 ................................................................................................................. ...... 32 二 、 英文文獻(xiàn) ........................................................................................................................37 三 、英文翻譯 ........................................................................................................................40 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中 ,如何提高溫度控制對象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對象慣性大 ,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重 ,存在很多不確定的因素 ,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型 ,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳 ,甚 至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實(shí)用，但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動因素不明確時 ,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，因其內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡單，而且減少了溫度測量轉(zhuǎn)換時的精度損失，使得測量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 緒論 第一節(jié) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(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方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實(shí)際問題。針對這種實(shí)際情況 ，設(shè)計(jì)一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。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；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。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 的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高?？梢?，溫度的測量和控制是非常重要的。 單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。 第二節(jié) 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)。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第三節(jié) 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本設(shè)計(jì)是對溫度進(jìn)行實(shí)時監(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，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以 下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 第一節(jié) 單片機(jī)的介紹 一、單片機(jī)的特點(diǎn) ①高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的 CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 ②控制功能強(qiáng) 為了滿足對對象的控制要求，單片機(jī) 的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件 :分支轉(zhuǎn)移能力，I/O 口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 ③ 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為 ～ ，而工作電流僅為數(shù)百微安。 ④ 易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入 /輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 ⑤ 優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開始使用 RISC 流水線和DSP 等技術(shù)。單片機(jī)的 尋址能力也已突破 64KB的限制，有的已可達(dá)到 1MB和 16MB，片內(nèi)的 ROM 容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá) 2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高 [1]。 二、單片機(jī)系統(tǒng)的基本組成 將 CPU、存儲器、 I/O 接口電路集成到一塊芯片上，這個芯片稱為單片機(jī)。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)作為一片集成了微型計(jì)算機(jī)基本部件的集成電路芯片，與通用計(jì)算機(jī)相比，自身不帶軟件，不能獨(dú)立運(yùn)行；存儲容量小，沒有輸入、輸出設(shè)備，不能將系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件存儲到 自身的存儲器中并加以運(yùn)行，它自身沒有開發(fā)功能。所以，必須借助開發(fā)機(jī)來完成開發(fā)任務(wù)，即相應(yīng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試以及將調(diào)試好的程序固化到自身的存儲器中。 第二節(jié) 系統(tǒng)功能的確定和器件選取 一、單片機(jī)的選擇 由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中， MCS51 系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。 單片機(jī)的誕生標(biāo)志著 計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個分支。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運(yùn)算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從 8 位、 16 位迅速過渡到 32 位、 64 位，并且不斷提高運(yùn)算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運(yùn)算的能力，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由