【正文】 學(xué)號(hào)： 長(zhǎng)春科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 基于 51單片機(jī)智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 任忠?guī)? 學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 2021 級(jí) 2 班 指導(dǎo)老師： 陳東淼 （ 講師 ） 2021 年 5 月 10 日 0101090205 摘 要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中最常見(jiàn)的參數(shù)之一，對(duì)溫度的精確測(cè)量和控制具有重要意義。為 此，本文以 AT89S51 單片機(jī)為處理核心進(jìn)行了智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì) 使用DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫，通過(guò) RS232 串口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)各溫度點(diǎn)的實(shí)時(shí)測(cè)溫及根據(jù)上位機(jī)的溫度設(shè)定值完成對(duì)其中一點(diǎn)溫度的控制。 此系統(tǒng)具有測(cè)溫電路簡(jiǎn)單、連接方便、轉(zhuǎn)換速度快、為上位機(jī)監(jiān)控部分可實(shí)時(shí)傳送溫度信號(hào)、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，具有較廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： AT89S51；智能溫度測(cè)量控制； DS18B20； RS232 Abstract Temperature is one of the most familiar parameters in the industrial production and daily life. Therefore, this paper designs the underbit machine of multipoint temperature monitoring system with the 89S51 SCM as the processing core. It elaborates hardware and software design method in detail. The system uses the DS18B20 digital temperature sensor to measure multipoint temperature. Through the RS232 serial port it can exchange data between the SCM and PC. Each point of temperature can be measured on time and one point of it can be controlled according to the temperature settings transmittd by upbit machine. Based on the advantages that this system has the simple temperature measurement circuit, the convenient connection, the quick change speed, the realtime transmission of temperature signals for upbit machine, the high precision control , therefore, it will have very good application value. Keywords: AT89S51。 multipoint temperature measure and control。 DS18B20。 RS232 引 言 ，溫度控制的應(yīng)用越來(lái)越多。 溫度是 與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)的一個(gè)物理 ,因此產(chǎn)生了各種各樣的溫度測(cè)方法，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi) ,對(duì)溫度的測(cè)控十分廣泛。在很多工業(yè)應(yīng)用的場(chǎng)合下，環(huán)境非常惡劣，人工直接操作儀表很不現(xiàn)實(shí) ,采用有線數(shù)據(jù)通信的方式也有限制，在數(shù)據(jù)記錄上也需要人工抄寫，因此需要一種無(wú)線隔離的操作方式。而在實(shí)際溫控過(guò)程中既要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,又要求快速性。下面僅就在社會(huì)生產(chǎn)和生活中用處比較廣泛的幾處應(yīng)用加以闡釋。 （ 1）在電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，為防止系統(tǒng)損壞或性能降低，大都安裝了用于監(jiān)視危險(xiǎn)溫度的傳感器，在多個(gè)熱點(diǎn)的系統(tǒng)中需要進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。 微處理器（ CPU）和數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）為高速芯片，可能產(chǎn)生過(guò)熱即危險(xiǎn)溫度。另外一個(gè)熱源是安裝在機(jī)箱后部散熱器上的功率器件。風(fēng)扇是用來(lái)散熱的，但它的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)造成過(guò)熱。在每一處都有放置一個(gè)溫度傳感器可以單獨(dú)監(jiān)視每一處溫度，任一處溫度超出了安全范圍，系統(tǒng)就可以通過(guò)減低時(shí)鐘速度或關(guān)掉系統(tǒng)電源等手段防止發(fā)生問(wèn)題。 （ 2）建筑節(jié)能是世界建筑技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)， 我國(guó)目前在該領(lǐng)域的技術(shù)還是相當(dāng)落后。使用一種基于總線的和一線制數(shù)字的溫度傳感器測(cè)控系統(tǒng) ,可以應(yīng)用在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中 ,既能最大限度地達(dá)到節(jié)能的目的 ,又能很好地滿足人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境智能化的要求。單總線數(shù)字式溫度傳感器有著獨(dú)特的單總線接口 ,可以在一條線上接多個(gè)傳感器 ,從而克服了模擬溫度傳感器與微機(jī)接口時(shí)的燈轉(zhuǎn)換等缺點(diǎn)。它具有測(cè)溫精度高、抗干擾能力強(qiáng) 、成本低、體積小等特點(diǎn)。其具有良好的通用性 ,可以解決建筑的溫度測(cè)控問(wèn)題 ,并利用總線的特殊優(yōu)勢(shì)解決了遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)量問(wèn)題 ,網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性好。 （ 3）金屬粉末注射成型技術(shù) (Metal Injection Molding) 是近年來(lái)粉末冶金學(xué)科和工業(yè)中發(fā)展比較突出的領(lǐng)域。其基本工藝過(guò)程是：將微細(xì)的金屬或陶瓷粉末 與有機(jī)黏結(jié)劑均勻混合成為具有流變性的物質(zhì)，采用先進(jìn)的注射機(jī)注入具有零件形狀的模腔形成坯件，采用新技術(shù)脫除黏結(jié)劑，并經(jīng)過(guò)燒結(jié)使其高度質(zhì)密成為制品，必要時(shí)還可以進(jìn)行后處理。 因此，溫度控制精度的高低直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，研究和設(shè)計(jì)高性能的溫度控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。使用數(shù)字式 DS18B20 溫度測(cè)控系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用到連續(xù)燒結(jié)爐的多點(diǎn)溫度控制，還可以應(yīng)用到其他工業(yè)對(duì)象的溫度控制，比如冶煉高爐，工業(yè)窯爐等；而且成本低，可靠性高。 （ 4） 某大型飛機(jī)洞庫(kù)線道長(zhǎng) ,環(huán)境復(fù)雜 ,由于其存儲(chǔ)有重要的軍事物資 ,對(duì) 其溫度、濕度、油分子濃度、火警等信號(hào)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要的任務(wù)。使用溫度監(jiān)控系統(tǒng)采取了微機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) ,不但節(jié)省了布線費(fèi)用 ,而且由于布線簡(jiǎn)單 ,降低了系統(tǒng)巡檢的故障率 ,提高了其精度及可靠性。多點(diǎn)溫度綜合監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)某飛機(jī)洞庫(kù)使用證明 ,其布線簡(jiǎn)單 ,提高了系統(tǒng)抗干擾能力 ,使用成本比購(gòu)買傳統(tǒng)的單個(gè)溫度表及需長(zhǎng)距布線節(jié)省數(shù)萬(wàn)元 ,且便于更新?lián)Q代 ,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距傳輸與信息化管理。 (5)為滿足日益增長(zhǎng)的蔬菜市場(chǎng)需求，提高人民的生活水平，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量采用溫室進(jìn)行蔬菜等農(nóng)作物培育。其中溫度監(jiān) 測(cè)是控制農(nóng)作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，由于不同溫室中的農(nóng)作物生長(zhǎng)所需要的溫度不同且要求穩(wěn)定在一定的溫度范圍內(nèi)。僅僅是依靠人工管理存在溫度調(diào)節(jié)不及時(shí)、不準(zhǔn)確，影響作物生長(zhǎng)及人力資源浪費(fèi)等問(wèn)題。 溫室智能溫度控制系統(tǒng)采用基于 DS18B20 和 LPC2132，具有多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)控制、對(duì)異常情況進(jìn)行記錄并可調(diào)用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的優(yōu)點(diǎn)，能滿足作為溫室溫度監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)要求。并且采用的單總線溫度傳感器 DS18B20 可以直接輸出數(shù)字量，不需 要 A/D 轉(zhuǎn)換，與微處理器容易接口，能夠有效的解決硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜的問(wèn)題 產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。為了保證生產(chǎn)過(guò)程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約能源，對(duì)加熱用的各種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動(dòng)或爐內(nèi)物體而變化；或者要求有的電爐的爐溫根據(jù)工藝條件，按照某個(gè)指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。因此，對(duì)溫度不僅要不斷地測(cè)量，而且要進(jìn)行控制。電阻爐爐溫的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可歸納為以下幾個(gè)過(guò)程： (1)自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)升溫速度進(jìn)行控制的升溫過(guò) 程。 (2)恒 速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率Δ１進(jìn)行。 (3)保溫段，即要求在某一過(guò)程中爐溫基本保持不變。 (4)恒速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率Δ２進(jìn)行。 (5)自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)降溫速度進(jìn)行控制的升溫過(guò) 程。 而每一段都有時(shí)間的要求，如下圖所示： 爐溫變化過(guò)程 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)行功能不斷增強(qiáng)，運(yùn)行速度不斷提高，不但可用它來(lái)構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，也可以用它來(lái)完成工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。電阻爐溫度控制系統(tǒng)的組成如下圖所 示： 溫度控制系統(tǒng)框圖 圖中的控制器即是單片機(jī)，它按比例控制規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)控制程序。比例調(diào)節(jié)器的輸出量經(jīng)過(guò) D/A 變成晶閘管控制量，來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制電阻爐的加熱強(qiáng)度。 溫度測(cè)量元件采用線性度好且時(shí)間常數(shù)小的 AD590，采集后經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換把溫度轉(zhuǎn)換成與其成正比的數(shù)字量。送入單片機(jī)與給定的溫度比較如果高于給定溫度上限則以上限值給 D/A來(lái)控制晶閘管導(dǎo)通角 ,如果低于給定溫度下限則以下限值給 D/A 來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角 ,從而控制電爐的溫度在正常范圍里 .下面各章將分別介紹溫度控制系統(tǒng) 的各部分組成及功能。 控制器（ mcu） （控制算法） 晶閘管控 制 電阻爐 D/A 溫度采集 A/D 實(shí)際溫度 設(shè)定溫度 + 目 錄 一．主要器件的使用和介紹 ........................................... 1 （一）、單片機(jī) ..................................................... 1 （二）、功能圖 ..................................................... 6 （三）、 DAC0832 .................................................... 6 （四）、 ADC0804 .................................................... 9 （五）、 LM741 運(yùn)算放大器 .......................................... 11 （六）、單片機(jī)鍵盤和鍵盤接口 ...................................... 11 （七）、 LED 顯示器接口 ............................................ 11 二．實(shí)際電路 ...................................................... 13 （一）、電路的制作 ................................................ 13 （二）、電路的調(diào)試 ................................................ 18 三．功能說(shuō)明 ...................................................... 18 （一）、采集部分 .................................................. 18 （二）、控制部分 .................................................. 19 四、結(jié)束語(yǔ) ........................................................ 20 五．致謝詞 ........................................................ 21 六．參考文獻(xiàn) ...................................................... 22 附錄一 元件明細(xì)表 ................................................ 23 附錄二 系統(tǒng)總程序 ................................................ 25 附錄三 英文資料及其譯文 .......................................... 29 附錄四 翻譯中文 .................................................. 38 附錄五 電路原理圖 ................................................ 44 信息工程學(xué)院 基于 51單片機(jī) 智能溫度控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 42 頁(yè) 一．主要器件的使用和介紹 （一）、單片機(jī) 單片機(jī)清晰實(shí)物圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 概述：