【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒論 溫度控制器的應(yīng)用前景現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。進入21世紀后，溫度控制器正朝著智能化、高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度控制器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到2℃。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器，～℃。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。新型溫度控制器的測試功能也在不斷增強。另外，溫度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。單片機系統(tǒng)是21世紀一項高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達108～109元件/片，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應(yīng)用帶來劃時代的進步。目前，國際上一些著名的IC廠家已開始研制單片機測溫系統(tǒng)，所以單片機控制下的溫度控制器具有很好的發(fā)展空間。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列單片機的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。以往，在實際測控系統(tǒng)中，多采用熱敏電阻器或熱電偶測量溫度。這種溫度采集電路有時需要冷端補償電路，這樣就增加了電路的復雜性；而且電路易受干擾，使采集到的數(shù)據(jù)不準確。本文設(shè)計了一種基于AT89C52單片機與DS18B20的溫度控制器設(shè)計。它是以AT89C52單片機為控制內(nèi)核，采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度，通過利用AT89C52單片機、單總線技術(shù)及對硬件電路的設(shè)計，測溫控制系統(tǒng)直接將數(shù)字量輸出到單片機，無須經(jīng)過變換電路，同時通過RS232串行口與上位PC機連接，從而使系統(tǒng)具有遠程溫度控制能力和遠程報警能力。這種方案可大大地提高工作效率和控制精度，有助于自動化水平的提高[1][2]。 主要工作和論文安排 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容(1)基本要求用MCS51單片機設(shè)計一個溫度控制器。要求具有對環(huán)境溫度進行實時測量，當外界溫度高于設(shè)定最高溫度時，啟動風扇降溫；當外界溫度低于指定最低溫度時，將發(fā)出報警聲。(2)主要內(nèi)容溫控器采用AT89C52作為核心處理器件，把經(jīng)過DS18B20現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入AT89C52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送數(shù)碼管顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進行比較，然后由單片機輸出信號去控制蜂鳴器和風扇。進行溫度控制程序的設(shè)計應(yīng)考慮如下幾個問題：①實時采集溫度；②溫度顯示：采用2位LED顯示當前溫度；③按鍵處理；④與上位PC機通信程序；⑤越限報警和處理：將采集到的溫度值與預(yù)先設(shè)置值進行比較，若當前溫度值越限，則產(chǎn)生報警信號。軟件設(shè)計主要有：主程序、初值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、液晶顯示子程序和輸出控制子程序等。初值設(shè)定子程序完成對溫度初值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀取子程序完成對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取，并通過數(shù)碼管顯示子程序顯示溫度值；輸出控制子程序則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對輸出口的控制。(3)擴展功能①具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。②采用適當?shù)目刂品椒▽崿F(xiàn)當設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。 論文主要工作簡述本人的主要工作有：(1)溫度控制器的控制方案設(shè)計和優(yōu)化。(2)基于單片機DS18B20溫度控制器的硬件設(shè)計與調(diào)試。(3)溫度采集的設(shè)計。(4)溫度控制器的軟件設(shè)計。 論文內(nèi)容安排第一章 主要介紹基于單片機溫度控制器的發(fā)展和基本原理及其項目的意義。第二章 研究了溫度控制器的原理以及可靠性方案的考慮。第三章 簡要介紹了溫度控制器的硬件組成、特點及其控制流程，詳細論述了硬件設(shè)計、硬件設(shè)備選型以及實驗或理論設(shè)計的結(jié)果。第四章 詳細設(shè)計講解了各模塊的流程圖和各個子程序。第五章 對該控制器進行了系統(tǒng)仿真。2 單片機的溫度控制器設(shè)計方案選擇 總體方案論證根據(jù)題目的要求，我們提出以下兩種方案。方案1：。此方案是采用傳統(tǒng)的熱敏電阻來測溫，采集到的信號經(jīng)過放大器和A/D轉(zhuǎn)換器將信號處理為8031可識別的信號。由于熱敏電阻精度、重復性和可靠性都比較差，系統(tǒng)易受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)復雜的控制算法使控制精度做得較高[3][4]。 系統(tǒng)原理框圖方案2：。此方案采用8051作為核心處理器件，把經(jīng)過DS18B20現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入8051的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送數(shù)碼管顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進行比較，然后由單片機輸出信號去控制加熱器。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使設(shè)計能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)較復雜的控制算法使控制器還具有控制精度高的特點[1][5]。比較上述兩種方案，方案2明顯的改善了方案1的不足及缺點，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此本設(shè)計電路采用方案2。 系統(tǒng)原理框圖 單片機的選擇方案1：采用8031芯片，其內(nèi)部沒有程序存儲器，需要進行外部擴展，這給電路增加了復雜度。 方案2：采用AT89C52單片機，屬于C51單片機的系列，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性[5～7]是：（1）片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含4K字節(jié)的Flash程序存儲器；（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含128字節(jié)的RAM；（3）具有32根可編程I/O口線；（4）2個16位定時/計數(shù)器；（5）一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)；（6）一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；（7）具有可編程串行URAR通道；（8）低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；（9）具有三級加密程序存儲器；（10）AT89C52工作電源電壓為5V；（11）AT89C52最高工作頻率為33MHz。比較這2種方案，綜合考慮單片機的各部分資源，因此此次設(shè)計選用方案2。 溫度采樣部分方案1：采用熱敏電阻，可滿足0℃～95℃的測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性和可靠性都比較差，對于檢測精度小于1℃的溫度信號是不適用的。方案2：采用溫度傳感器DS18B20，結(jié)構(gòu)簡單，不需要外接電路，可用一根I /O數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)，并且具有體積小，分辨率高，轉(zhuǎn)換快的特點。溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DS18B20供電，而無需額外電源。經(jīng)上述比較，方案2明顯優(yōu)于方案1，故選用方案2。方案1：采用LED數(shù)碼管顯示，LED亮度高、可視角度高和刷新速率快，能提供寬達160176。的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，也可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號，多幅顯示屏還可以進行聯(lián)網(wǎng)播出。方案2：采用LCD數(shù)碼管顯示,但是可視偏轉(zhuǎn)角度過小，容易產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象，液晶顯示器的亮度和對比度不是很好。經(jīng)上述比較，方案1明顯優(yōu)于方案2，故選用方案1。3 溫度控制器的硬件設(shè)計 溫度控制器硬件設(shè)計原理。控制器由AT89C52單片機、溫度檢測電路、控制電路等組成。 系統(tǒng)原理框圖 溫度控制器硬件接線原理圖。控制器的工作原理：工作時，溫度由集成溫度傳感器DS18B20采樣，得到的是單片機能接受的數(shù)字信號，此信號經(jīng)單片機計算與溫度的給定值比較得到溫度的偏差,通過控制器運算得到控制量，此控制量經(jīng)固態(tài)繼電器控制加在被控對象上的電阻絲的電壓的通斷時間，以達到控溫目的。溫度測量采用最新的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20是美國DSLLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DS18B20供電，而無需額外電源。因而，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。降溫控制系統(tǒng)采用低壓直流電風扇。當溫度高于設(shè)定最高限溫度時，啟動電風扇降溫，當溫度降到最高限溫度以下后，風扇自動停止運轉(zhuǎn)[8～10]。溫度控制器的溫度顯示和溫度的設(shè)定直接采用綜合實訓板上的顯示和鍵盤。當環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低溫度限溫度值時，也采用綜合實訓板上的蜂鳴器進行報警。用0、1鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵；3鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。0鍵：作為最高限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認設(shè)定完成。1：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最低限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認設(shè)定完成。2：+1功能鍵，每按一次將溫度值加1，范圍為1～99℃。3：1功能鍵，每按一次將溫度值減1，范圍為99～1℃。 元器件選擇 AT89C52單片機AT89C52是整個設(shè)計的核心處理器，單片機首先把通過傳感器測到的現(xiàn)場溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號去控制加熱器的工作,從而實現(xiàn)溫度控制[3][11]。該型號單片機包括：（1）一個8位的微處理器(CPU)。（2）片內(nèi)有8K字節(jié)的程序存儲器(ROM)和128/256字節(jié)的RAM。（3）四個8位并行I/0接口P0～P3，每個并行口既可作為輸入，也可作為輸出。（4）兩個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。（5）五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。（6）一個全雙工以TR(通用異步接收發(fā)送器)的串行I/0口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信。（7）片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。： AT89C52的引腳圖以下是部分引腳功能說明：VCC——電源電壓GND——地P0口——P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。P1口——P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P2口——P2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I