【正文】 LED數(shù)顯溫度控制器設(shè)計方案1 引言 研究的背景與意義無論是在日常生活中，還是在工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度控制都起著非常重要的作用。本次畢業(yè)設(shè)計選題的目的主要是讓生活在信息發(fā)達時代的我們，把所學(xué)的知識應(yīng)用于生活生產(chǎn)當(dāng)中，熟練掌握系統(tǒng)總體設(shè)計的流程，方案的論證，選擇，實施與完善。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的生產(chǎn)部門及生產(chǎn)環(huán)節(jié)對溫度控制精度的可靠性和穩(wěn)定性等有了更高的要求。由于苛刻的生產(chǎn)環(huán)節(jié)對溫度要求較高，而傳統(tǒng)的溫度控制器控制精度卻普遍不高，已經(jīng)不能滿足其要求。當(dāng)今社會，溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)，它的測量與控制系統(tǒng)在生產(chǎn)與生活的各個領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色，大到工業(yè)煉金，環(huán)境檢測，分離物質(zhì)，機房電力，糧倉，凍庫，衛(wèi)生醫(yī)療等方面，小到家庭空調(diào)，冰箱，電飯煲，太陽能熱水器等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，溫度控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用也使得這方面研究意義非常的重要。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 雖然溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)己經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來說，總體發(fā)展水平仍然不高，同美國、日本、德國等先進發(fā)達國家相比，仍有著較大的差距。20世紀(jì)70年代，國外就對溫度控制技術(shù)有研究。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末就出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在正在開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。我國研究溫度測控技術(shù)較晚，20世紀(jì)80年代開始，在吸收發(fā)達國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國工程技術(shù)人員才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術(shù)，這項技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施的計算機應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。2 設(shè)計的內(nèi)容及性能指標(biāo) 本設(shè)計主要是介紹了單片機控制下的溫度報警系統(tǒng)，詳細介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：單片機實時檢測溫度傳感器DS18B20的狀態(tài)，并將DS18820得到的數(shù)據(jù)進行處理。上電后數(shù)碼管顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度，通過按鍵可設(shè)置高低溫報警值，當(dāng)檢測到的溫度高于設(shè)置的報警值的時候，蜂鳴器報警同時報警燈閃爍。并具有掉電保存功能，數(shù)據(jù)保存在單片機內(nèi)部EEPOM中，進入設(shè)置界面后如果沒有鍵按下系統(tǒng)會在15秒后自動退出設(shè)置界面。3 系統(tǒng)方案比較、設(shè)計與論證該系統(tǒng)主要由溫度測量和溫度設(shè)置及系統(tǒng)狀態(tài)顯示三部分電路組成，下面介紹實現(xiàn)此系統(tǒng)功能的方案。 主控制器模塊 采用STC89C52單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。STC89C52單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設(shè)計也綽綽有余，更可貴的是STC89C52單片機價格非常低廉。 溫度測量采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量實際溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器STC89C52構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。采用51單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC 機通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 設(shè)置溫度 采用鍵盤輸入設(shè)置溫度，鍵盤則可以用4個按鍵，一個復(fù)位鍵，一個功能設(shè)定鍵，一個加減一個減鍵。四個鍵比較常用，而且用到的接口得到了極好的利用，僅需要4個接口。 顯示模塊 用LED數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)值的顯示，LED數(shù)碼管顯示相對來說比較直觀、明亮，可以用動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種方法編程實現(xiàn)，數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡單，顯示效果簡潔明了而得到了廣泛應(yīng)用。LCD雖然其顯示清晰，顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速。但對于此系統(tǒng)我們不需要顯示豐富的內(nèi)容，而且LCD液晶價格貴，因此我們選擇用數(shù)碼管顯示。 電源選取 采用干電池供電。干電池價格低廉、攜帶方便、運用靈活，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。報警設(shè)備的論證與選擇 采用聲、光同時報警，既可以利用不同顏色的等對應(yīng)不同的狀態(tài)判別出此時的溫度處于的狀況，又可以使工作人員在一定距離范圍內(nèi)監(jiān)測到溫度異常進行及時處理。4 系統(tǒng)器件選擇.溫度傳感器的選擇 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。 圖2 外部封裝形式 圖3 傳感器電路圖5 硬件實現(xiàn)及單元電路設(shè)計主控制最系統(tǒng)電路如圖4所示。圖4 單片主控電路 顯示模塊電路顯示采用四位數(shù)碼管顯示，當(dāng)位選打開時，送入相應(yīng)的段碼，則相應(yīng)的數(shù)碼管打開，關(guān)掉位選，打開另一個位選，送入相應(yīng)的段碼，則數(shù)碼管打開，而每次打開關(guān)掉相應(yīng)的位選時，時間間隔低于20ms，從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時顯示的一樣。顯示電路如圖5圖5 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路三極管8550來驅(qū)動4位數(shù)碼管，不僅簡單，而且價格便宜。圖6 驅(qū)動電路 溫度傳感器(DS18B20)電路 DS18B20基本介紹DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，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，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理器處理。DS18B20進行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到1mA，當(dāng)幾個溫度傳感器掛在同一根I