【正文】 基于STC單片機(jī)的溫度調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著微機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，單片機(jī)的應(yīng)用同樣正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，但僅僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。本次設(shè)計的主題是基于STC單片機(jī)的溫度調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計，此次設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)主要是對以STC單片機(jī)為主控制單元和以溫度測量單元構(gòu)成的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行研究。該系統(tǒng)將設(shè)定溫度上下限，并顯示檢測溫度，監(jiān)測數(shù)據(jù)。如果溫度超過設(shè)定參數(shù)上限和下限溫度，報警系統(tǒng)將由實(shí)驗時的設(shè)置和以自動控制方式實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到一定范圍內(nèi)溫度的監(jiān)測與控制。系統(tǒng)設(shè)計了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)、測溫電路、實(shí)時時鐘電路、LCD液晶顯示電路、超溫報警電路以及通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，DS18B20通信程序、按鍵處理程序、LCD顯示程序以及數(shù)據(jù)存儲程序等。以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平，經(jīng)過試驗結(jié)果得知本次設(shè)計的系統(tǒng)是準(zhǔn)確的，可行的。關(guān)鍵詞　溫度采集；DS18B20；STC單片機(jī)；測試程序；超溫報警電路Based on STC single chip microputer temperature control system designAbstractAlong with the puter measurement and control technology of the rapid development and wide application, the application of SCM is to keep at the same time, traditional control testing update on Crescent benefits. In realtime detection and automatic control system of singlechip applications, often as a singlechip core ponent to use only singlechip is not enough knowledge, but also the specific hardware structure and the specific features of application software objects bine to make perfect.The theme of this design is based on the STC singlechip temperature control system experiment of temperature control system based on STC control unit and the temperature measuring unit consisting of a single bus digital temperature sensor DS research 18B20. The system can be expected to detect the preset temperature, display time and save monitoring data. An alarm will be given by system if the temperature exceeds the upper and lower limit value of the temperature which can be set discretionarily and then automatic control is achieved, thus the temperature is achieved monitoring intelligently within a certain range.The system design of the hardware circuit and the related applications. The hardware circuit including STC12C5A60S2MCU minimum system, a temperature measurement circuit, clock circuit, LCD display circuit, alarm circuit and a munication module circuit. System program, including the main program, a DS18B20 munication program, key program, LCD display program and data storage procedure. Microcontroller as the core temperature acquisition and control system development and application has greatly improved the production life of the temperature control level, at the same time through the test results show that the design of the system is accurate,and feasible.Keywords　 Temperature acquisition。 DS18B20。 MCU of STC。 Test program。 Temperature alarm circuit不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景及研究意義 1 國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 1 課題研究內(nèi)容 2第2章 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 4 設(shè)計要求 4 系統(tǒng)總體方案論述 4 主控單片機(jī) 4 溫度傳感器 6 LCD顯示器 6 系統(tǒng)調(diào)試所用軟件簡述 7 KEIL軟件簡介 7 KEIL軟件調(diào)試過程 8 KEIL使用時注意事項 9 本章小結(jié) 9第3章 主控單片機(jī)及溫度傳感器 10 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介 10 STC12C5A60S2系列單片機(jī)的主要特點(diǎn) 10 STC12C5A60S2系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 11 STC12C5A60S2單片機(jī)的管腳 12 STC12C5A60S2單片機(jī)的應(yīng)用 13 STC12C5A60S2單片機(jī)I/O口工作模式設(shè)定 13 STC12C5A60S2單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換 14 DS18B20 溫度傳感器 15 DS18B20傳感器的特性 15 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 15 DS18B20的工作原理 16 DS18B20的使用中注意事項 20 本章小結(jié) 21第4章 系統(tǒng)總體設(shè)計 22 電源輸入部分 22 鍵盤及顯示電路 23 鍵盤電路設(shè)計 23 顯示電路設(shè)計 26 測溫模塊 29 DS18B20的工作時序 29 超溫報警電路 31 溫度檢測 32 調(diào)試結(jié)果及分析 33 本章小結(jié) 33結(jié)論 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄A 37附錄B 45附錄C 52千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論 課題背景及研究意義溫度控制系統(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?？刂祁I(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。本設(shè)計就是基于單片機(jī)STC12C5A60S2溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過本次課程實(shí)踐，我們更加的明確了單片機(jī)的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。 國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機(jī)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(shí)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。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(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)施計算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)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(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。成熟的溫控產(chǎn)品主要以”點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化，自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少，因此不適合用此種方法作加熱爐的溫控系統(tǒng)。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的加熱爐溫度控制方式，如：模糊控制。這個控制技術(shù)大大提高了控制精度，不但是控制變得更簡單，而且是產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。不過，模糊控制系統(tǒng)動態(tài)性能好，單穩(wěn)定性較差，而且很難使兩種性能都達(dá)到理想要求。目前普遍采用模糊線性復(fù)合控制器發(fā)揮了模糊控制和線性控制的優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計的系統(tǒng)取得了較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。但是模糊線性復(fù)合控制同時也存在一些問題：線性錢饋復(fù)合控制的系統(tǒng)性能對參數(shù)變化比較敏感；模糊線性雙模控制存在開關(guān)切換問題；在線性控制的誤差通道并聯(lián)模糊控制器系統(tǒng)和模糊控制器與線性控制器并聯(lián)系統(tǒng)盡管得到了較好的效果，但并不能從根本上解決模糊控制器穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能之間的矛盾問題。 課題研究內(nèi)容用戶通過鍵盤輸入系統(tǒng)設(shè)定溫度上限值與下限值，溫度信息由集溫度測量和A／D轉(zhuǎn)換于一體的DS18B20溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機(jī)，此信號經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，通過LCD將溫度顯示出來；當(dāng)測得的溫度越限時，蜂鳴器報警。基于STC12C5A60S2單片機(jī)，DS18B20將檢測到的溫度信號數(shù)字信號，并將信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理。最后的溫度值顯示在液晶顯示器上。這些步驟是用來實(shí)現(xiàn)溫度檢測。采用鍵盤接口芯片HD 7279的設(shè)定溫度值，通過單片機(jī)保持一定的溫度，并用液晶顯示器顯示設(shè)定溫度控制。此外，時鐘芯片DS 1302是用來顯示時間和外部的6264是用來保存數(shù)據(jù)。如果溫度超過上限和下限溫度，報警將由蜂鳴器鳴叫報警。這樣就可以控制輸出設(shè)備，實(shí)時調(diào)節(jié)溫度的變化，使其逐漸趨于給定值且達(dá)到控制的目的。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由溫度檢測電路、按鍵掃描與系統(tǒng)框圖中的顯示電路、報警電路、輸出控制電路等部分組成。①溫度檢測及控制電路部分本系統(tǒng)中溫度檢測電路選用美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)。該器件在使用中不需要外圍元件，與單片機(jī)交換信息僅需要一根I／O線。本系統(tǒng)中 DQ管腳為數(shù)據(jù)線與STC的P1．3連接。DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而提高了干擾能力。在 DS18B20內(nèi)部，提供0．125℃的 高分辨率的計算，溫度以16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存于溫度寄存器中。當(dāng)用戶需的時候，DS18B20將通過單線接口串行發(fā)送數(shù)據(jù)。②人機(jī)對話部分的設(shè)計人機(jī)對話部分包括顯示、鍵盤和報警三部分。在本設(shè)計中P0口和P1口的部分位，作為動態(tài)顯示器的顯示輸出口。段碼由O口并行輸出到4位LED顯示器，位碼由P1．P1．P1．P1．7輪流輸出。本系統(tǒng)中由于設(shè)定溫度只需溫度+ 、溫度和確認(rèn)鍵3個鍵，故采用獨(dú)立式按鍵。在開機(jī)后輸入設(shè)定溫度值即可。當(dāng)系統(tǒng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時，P2．5口送出的低電平經(jīng)反向器驅(qū)動蜂鳴器鳴叫報警。主要是DS 18B20的子程序的編寫。DS 18B20的主要數(shù)據(jù)原件有：64位激光Lasers ROM，溫度靈敏原件和非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。DS 18B20可以從總線獲取電源，當(dāng)信號線位高電平時，將能量貯存在外部電容器中；當(dāng)單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。此外，還可外接5V電源，給 DS 18B20供電，DS 18BB20的供電方式靈活，利用外接電源還可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。第2章 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 設(shè)計要求