【正文】 學號： 長春科技學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 基于 51單片機智能溫度控制器系統(tǒng)設計 姓 名： 任忠?guī)? 學 院： 信息工程學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) 班 級： 2021 級 2 班 指導老師： 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的參數(shù)之一，對溫度的精確測量和控制具有重要意義。為 此，本文以 AT89S51 單片機為處理核心進行了智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)的下位機設計，詳細闡述了系統(tǒng)的硬件及軟件設計方法。該設計 使用DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器進行多點測溫，通過 RS232 串口實現(xiàn)單片機與 PC機之間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)各溫度點的實時測溫及根據(jù)上位機的溫度設定值完成對其中一點溫度的控制。 此系統(tǒng)具有測溫電路簡單、連接方便、轉(zhuǎn)換速度快、為上位機監(jiān)控部分可實時傳送溫度信號、控制精度高等優(yōu)點，因此，具有較廣泛的應用前景。 關鍵詞： AT89S51；智能溫度測量控制； 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 ，溫度控制的應用越來越多。 溫度是 與人們的生產(chǎn)生活密切相關的一個物理 ,因此產(chǎn)生了各種各樣的溫度測方法，在工業(yè)領域內(nèi) ,對溫度的測控十分廣泛。在很多工業(yè)應用的場合下，環(huán)境非常惡劣，人工直接操作儀表很不現(xiàn)實 ,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，因此需要一種無線隔離的操作方式。而在實際溫控過程中既要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,又要求快速性。下面僅就在社會生產(chǎn)和生活中用處比較廣泛的幾處應用加以闡釋。 （ 1）在電子設備設計中，為防止系統(tǒng)損壞或性能降低，大都安裝了用于監(jiān)視危險溫度的傳感器，在多個熱點的系統(tǒng)中需要進行多點溫度測量。 微處理器（ CPU）和數(shù)字信號處理器（ DSP）為高速芯片，可能產(chǎn)生過熱即危險溫度。另外一個熱源是安裝在機箱后部散熱器上的功率器件。風扇是用來散熱的，但它的長時間運轉(zhuǎn)也會造成過熱。在每一處都有放置一個溫度傳感器可以單獨監(jiān)視每一處溫度，任一處溫度超出了安全范圍，系統(tǒng)就可以通過減低時鐘速度或關掉系統(tǒng)電源等手段防止發(fā)生問題。 （ 2）建筑節(jié)能是世界建筑技術(shù)發(fā)展的大趨勢， 我國目前在該領域的技術(shù)還是相當落后。使用一種基于總線的和一線制數(shù)字的溫度傳感器測控系統(tǒng) ,可以應用在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中 ,既能最大限度地達到節(jié)能的目的 ,又能很好地滿足人們對室內(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特的單總線接口 ,可以在一條線上接多個傳感器 ,從而克服了模擬溫度傳感器與微機接口時的燈轉(zhuǎn)換等缺點。它具有測溫精度高、抗干擾能力強 、成本低、體積小等特點。其具有良好的通用性 ,可以解決建筑的溫度測控問題 ,并利用總線的特殊優(yōu)勢解決了遠距離多點測量問題 ,網(wǎng)絡傳輸實時性好。 （ 3）金屬粉末注射成型技術(shù) (Metal Injection Molding) 是近年來粉末冶金學科和工業(yè)中發(fā)展比較突出的領域。其基本工藝過程是：將微細的金屬或陶瓷粉末 與有機黏結(jié)劑均勻混合成為具有流變性的物質(zhì)，采用先進的注射機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)過燒結(jié)使其高度質(zhì)密成為制品，必要時還可以進行后處理。 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，研究和設計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 溫度測控系統(tǒng)不僅可以應用到連續(xù)燒結(jié)爐的多點溫度控制，還可以應用到其他工業(yè)對象的溫度控制，比如冶煉高爐，工業(yè)窯爐等；而且成本低，可靠性高。 （ 4） 某大型飛機洞庫線道長 ,環(huán)境復雜 ,由于其存儲有重要的軍事物資 ,對 其溫度、濕度、油分子濃度、火警等信號進行綜合監(jiān)測是一項重要的任務。使用溫度監(jiān)控系統(tǒng)采取了微機與現(xiàn)場總線技術(shù) ,不但節(jié)省了布線費用 ,而且由于布線簡單 ,降低了系統(tǒng)巡檢的故障率 ,提高了其精度及可靠性。多點溫度綜合監(jiān)測與報警系統(tǒng)經(jīng)某飛機洞庫使用證明 ,其布線簡單 ,提高了系統(tǒng)抗干擾能力 ,使用成本比購買傳統(tǒng)的單個溫度表及需長距布線節(jié)省數(shù)萬元 ,且便于更新?lián)Q代 ,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠距傳輸與信息化管理。 (5)為滿足日益增長的蔬菜市場需求，提高人民的生活水平，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量采用溫室進行蔬菜等農(nóng)作物培育。其中溫度監(jiān) 測是控制農(nóng)作物生長的關鍵因素，由于不同溫室中的農(nóng)作物生長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、不準確，影響作物生長及人力資源浪費等問題。 溫室智能溫度控制系統(tǒng)采用基于 DS18B20 和 LPC2132，具有多點溫度監(jiān)測控制、對異常情況進行記錄并可調(diào)用歷史數(shù)據(jù)進行分析的優(yōu)點，能滿足作為溫室溫度監(jiān)測控制系統(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雜，軟件調(diào)試復雜的問題 產(chǎn)或科學實驗中，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)過程正常安全地進行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動強度，節(jié)約能源，對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，按照某個指定的升溫或保溫規(guī)律而變化，等等。因此，對溫度不僅要不斷地測量，而且要進行控制。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過程： (1)自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對升溫速度進行控制的升溫過 程。 (2)恒 速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率Δ１進行。 (3)保溫段，即要求在某一過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進行。 (5)自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對降溫速度進行控制的升溫過 程。 而每一段都有時間的要求，如下圖所示： 爐溫變化過程 隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，其運行功能不斷增強，運行速度不斷提高，不但可用它來構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，也可以用它來完成工業(yè)過程的閉環(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，它按比例控制規(guī)律來設計控制程序。比例調(diào)節(jié)器的輸出量經(jīng)過 D/A 變成晶閘管控制量，來改變晶閘管的導通角，從而控制電阻爐的加熱強度。 溫度測量元件采用線性度好且時間常數(shù)小的 AD590，采集后經(jīng)過 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來控制晶閘管導通角 ,如果低于給定溫度下限則以下限值給 D/A 來控制晶閘管的導通角 ,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 實際溫度 設定溫度 + 目 錄 一．主要器件的使用和介紹 ........................................... 1 （一）、單片機 ..................................................... 1 （二）、功能圖 ..................................................... 6 （三）、 DAC0832 .................................................... 6 （四）、 ADC0804 .................................................... 9 （五）、 LM741 運算放大器 .......................................... 11 （六）、單片機鍵盤和鍵盤接口 ...................................... 11 （七）、 LED 顯示器接口 ............................................ 11 二．實際電路 ...................................................... 13 （一）、電路的制作 ................................................ 13 （二）、電路的調(diào)試 ................................................ 18 三．功能說明 ...................................................... 18 （一）、采集部分 .................................................. 18 （二）、控制部分 .................................................. 19 四、結(jié)束語 ........................................................ 20 五．致謝詞 ........................................................ 21 六．參考文獻 ...................................................... 22 附錄一 元件明細表 ................................................ 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 信息工程學院 基于 51單片機 智能溫度控制器系統(tǒng)設計 第 1 頁 共 42 頁 一．主要器件的使用和介紹 （一）、單片機 單片機清晰實物圖 單片機最小系統(tǒng)電路圖 概述：