【文章內(nèi)容簡介】 用的溫度控制方式，監(jiān)測工具多采用舷窗上的水銀溫度計，再結(jié)合人工加溫或降溫處理。其并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)以及執(zhí)行流程。產(chǎn)能被嚴重限制且無意義的浪費大量勞動力，不適合現(xiàn)代化的工廠工業(yè)生產(chǎn)的裝配。 自動控制。利用早 期晶體管和單片機技術(shù)，對設備內(nèi)溫度進行自動數(shù)據(jù)監(jiān)測記錄并控制各操作環(huán)節(jié)。但是這個時期的自動控制不能夠有機的相結(jié)合，每個系統(tǒng)各自為營都需要相應的人工操作，雖能有效的記錄并保持設備運行，但不利于大規(guī)模的生產(chǎn)裝配以及中央集中控制。 智能化控制。智能化控制技術(shù)是指整套控制設備完全由計算機操作，根據(jù)事先設定程序進行完全自動運行，并能通過集中的中央控制室對各類設備進行統(tǒng)一調(diào)控，實現(xiàn)干燥設備的生產(chǎn)運行的自動化管理。 【 2】 單片機溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 本設計在設計單片機系統(tǒng)上主要有如下幾方面的工 作： 確定系統(tǒng)的總體功能設計方案。 進行智能傳感器的硬件電路設計。 進行軟件端的程序調(diào)控。 根據(jù)上述軟硬件的設計與調(diào)控制作出實際模型。 對設計內(nèi)容整體進行系統(tǒng)闡述。 本文將信息采集技術(shù)、信息存儲技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和信息處理技術(shù)等問題互相融合，提出一套切實可行的溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)，能夠進行全方面的自動記錄、存儲、處理和讀取的功能。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 單片機溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)總體設計 4 2 單片機溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)總體設計 單片機溫度監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求分析 本次設計來源于溫度干燥系統(tǒng)，如圖 圖 由于設備 主要用于各類生鮮和中藥材的干燥，因此不能產(chǎn)生過高的溫度，否則將導致被干燥物的各項特性發(fā)生改變而失去應有的價值。同時，由于高壓電的存在，箱體必須密封，且不能隨意開箱，因此對于所需設計的監(jiān)測器材需滿足下列條件： 實現(xiàn)在密閉環(huán)境中的溫度監(jiān)測與控制。 實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的實時報警功能。 實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能。 實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)后的報警解除功能。 通過設計使監(jiān)測設備具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾性并且具有實時顯示功能。 溫度測量范圍： 0℃ —100℃。 溫度測量精度：177。 1℃。 單片機溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)的設計原則 要 求本設計系統(tǒng)具有如下幾個特點： 系統(tǒng)的可靠性 高度的可靠性是單片機應用的基本前提。在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)中，都應該將可靠性作為首要的設計標準。提高系統(tǒng)的可靠性通?？梢詮娜缦聨讉€方面進行：使用可靠性高的元器件、對供電電路采用抗干擾措施、設計電路板時布線合理、輸入輸出端的抗干擾措施要完善、進行軟硬件的濾波功能設計、系統(tǒng)的自我診斷等。 使用的便捷性 在系統(tǒng)的軟硬件設計過程中，應當充分考慮實際操作過程中的使用便捷和維護方便，盡量減少對操作人員的要求，使整套系統(tǒng)能夠方便的進行推廣。因此在設計時 ，要盡可能的減少人機交互接口（體現(xiàn)在工程按鈕的數(shù)量方面），多采用系統(tǒng)內(nèi)置的簡化方法。同時應配有自動的故障檢測程序，一旦發(fā)生使用錯誤能夠有效的提供錯誤信息，方便維修排查。 設備的性價比 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 單片機溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)總體設計 5 由于單片機系統(tǒng)正是由于其體積小，價格低，是著名的低功耗，單芯片微型計算機系統(tǒng)，可廣泛使用，價格是一個主要的因素，因此保持最佳成本效益的設計必須考慮的。在設計過程中，盡可能地降低成本，簡化外圍硬件電路，例如在系統(tǒng)允許的情況下，盡可能使用軟件而不是硬件功能等。 設備的可移植性 本次的設計僅圍繞在干燥箱內(nèi)的溫度監(jiān)測而 進行，但在單片機系統(tǒng)的開發(fā)上，因同時兼顧系統(tǒng)的可移植性。溫度監(jiān)測體系不僅僅局限于干燥領(lǐng)域，在其他許多行業(yè)中都有著舉足輕重的地位，因此，還需要考慮增加通用接口使設備具有良好的可移植性。 單片機溫度監(jiān)測系統(tǒng)的組成 本監(jiān)測系統(tǒng)以單片機控制為核心，主體采用溫度測量，通過通訊傳輸、誤差修正都技術(shù)支持，以溫度傳感器為中心元件，構(gòu)成整套的溫度檢測控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)可分為溫度監(jiān)測電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、顯示電路和蜂鳴報警電路，具體如圖 。 圖 硬件結(jié)構(gòu)示意圖 經(jīng)過篩選，硬件確定選擇 DS18B20 傳感器作為本系統(tǒng)的溫度監(jiān)測探頭，選擇單片機STC189C52 作為系統(tǒng)核心來完成各項工作。 DS18B20 是數(shù)字型溫度傳感器，功能上集成量大，可以省卻采樣電路、運放電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路的鋪設，簡化設計流程，縮短系統(tǒng)的運行時間，降低整套系統(tǒng)的工作成本。 軟件方面單片機采用匯編和 C 語言混合編程， LED 顯示部分采用 C 語言。運行過程如圖 所示。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 單片機溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)總體設計 6 圖 運行結(jié)構(gòu)示意圖 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 7 3 系統(tǒng)的硬件設計 單片機的設計 單片機的選擇 如今單片機技術(shù)發(fā)展的已相對成熟，應用非常廣泛，國內(nèi)外許多 SOC 集成電路廠商都推出了各自的單片機系統(tǒng)模塊。在如此龐大的單片機庫中， MSC51 系列單片機是一套比較成熟和簡潔的系統(tǒng)，其以卓越的性能、成熟的技術(shù)、穩(wěn)重的可靠性和低廉的價格等優(yōu)點，占據(jù)了很大一部分工業(yè)控制和自動化模塊的芯片市場，成為國內(nèi)外單片機實際應用與研究教學領(lǐng)域中的主流選擇。 單片機的出現(xiàn)意味著計算機開始向通用型計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個不同的方向發(fā)展。通用型計算機系統(tǒng)主要運用于高數(shù)據(jù)量的運算處理和大規(guī)模集中運行，不需要考慮各方面的控制功能，其總線帶寬也在不斷倍增，從面世的 8 位一直發(fā)展到如今的 3 64 位，且 128 位系統(tǒng)也在研究中，預計數(shù)年內(nèi)即將面世。其典型代表即為現(xiàn)在的桌面 windows 操作系統(tǒng)和對應的 X64 處理器。 嵌入式操作系統(tǒng)則在不斷的發(fā)展中，演變?yōu)轶w積極小、成本低廉和可靠性高的微處理系統(tǒng)，其廣泛應用于日用電器、類人機械、控制儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化和網(wǎng)絡通訊產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子設備內(nèi)最為重要的芯片模組。因此，單片機的面世極大的促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展。 考察各類型單片機系統(tǒng)后，由于 MSC 系列單片機集成了幾近全部的中央處理單元和控制單元，其處理能力強，也集成了各類方便靈活的專用寄存器，使 我們利用單片機構(gòu)造系統(tǒng)提供了極大的便利。 MSX 系列單片機將微型計算機的主要部件全部封裝為一塊處理芯片，減少各模塊間數(shù)據(jù)的傳輸距離，增大傳輸帶寬，使系統(tǒng)運行速度更快，可靠性更高以及更為強大的抗干擾性。 在 MSC 系列中， MSC51 單片機是其一個典型代表，有著價格便宜、 I/O 交互接口多、程序空間大等特點。因此，在本次設計中， 51 單片機便是最為理想可靠的選擇。 MSC51 單片機在國內(nèi)外都得到廣泛的使用，開發(fā)環(huán)境相對成熟且要求也較低，軟件資源豐富，對應的開發(fā)工具和語言選擇也有極大的便利，因此，經(jīng)過多重分析后，本次設 計最終選擇的單片機模塊是基于 MSC51 系列的 STC189C52 單片機。 【 2】 單片機最小系統(tǒng)的設計 由于目前的單片機開發(fā)系統(tǒng)受到環(huán)境的限制，目前基于 PC 端只能夠進行相對簡單的仿真單片機設計，沒有給用戶提供一個完善的通用最小系統(tǒng)。根據(jù)本設計的要求，只東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 8 需要做一個集成度非常小的最小系統(tǒng)應用在一些較小的控制單元中。其應用特點為： 內(nèi)部 I/O 接口均對用戶開放，可以自由使用。 內(nèi)部存儲器的容量受限（根據(jù)選擇只有 4096B 地址空間可用） 應用系統(tǒng)開發(fā)具有非通用性。 圖 STC189C52 單片機最 小系統(tǒng)圖 C52 最小系統(tǒng)框圖如圖 所示，設計有 4 個雙向 8 位并行 I / O 端口，分別為 和 ， ， ，其中可以用來作為數(shù)據(jù)輸入或輸出端的接口為 ，以提供附加功能的一部分控制信號。芯片的時鐘電路，用于產(chǎn)生 MSC 51 單片微型計算機的工作時必須擁有的時鐘信號，內(nèi)部電路的時鐘信號的控制的基礎(chǔ)上，嚴格按照順序指令操作。 MSC 一個高增益的反向放大器 51 內(nèi)的微控制器芯片，使用振蕩電路的組合物，為芯片引腳 XTAL1 和 XTAL2 輸出端的反向高增益放大器的輸入。兩個引腳之 間需要跳線和微調(diào)石英晶體振蕩器電路，形成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。精細調(diào)諧電路的電容器 C1 和 C2，通常使用 30 pF 的電容，電容值的選擇將影響自激振蕩頻率的高和低，振蕩器的穩(wěn)定性和快速性振動。由設定，晶體振蕩器的頻率為 12 MHz。 把 EA 腳接高電平，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，但在 PC 值超過 0FFFH（ 4096byte地址范圍）時，將自動執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。 MCS52 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)。用最簡單的外部按鈕復位電路。自動復位按鈕實現(xiàn)通過一個外部復位電路。我們選擇 12 MHz 時鐘頻率， C1 取 45181。f。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 9 溫度傳感器的設計 溫度傳感器的類型和原理 測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展主要大體經(jīng)過了三個： 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )。 模擬集成溫度傳感器 /控制器。 智能溫度傳感器。 傳統(tǒng)分立式傳感器由于技術(shù)限制已無參考價值，故不做討論。模擬集成傳感器，其技術(shù)特點是采用硅半導體，問世的時間大約在 20 世紀 80 年代，它被設置在一個集成芯片的溫度傳感器，可以完成溫度測量和模擬信號輸出功能，擁有專業(yè)的輸出 IC。 模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測 量溫度），測溫誤差小，價格低，響應速度快，傳輸距離長，體積小，低功耗等，適合遠距離測溫，溫度控制，非線性校正，僅需要做一個簡單的外圍電路。這是目前在國內(nèi)和國外最常用的，例如典型的傳感器 AD590， AD592， TMP17， LM135 等。 模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)，可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有 LM56，AD22105 和 MAX6509。某些增強型集成溫度控制器（如 TC652/653）包括 A / D 轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它由微處理器控制的，它們之間的主要區(qū)別是其自 己的系統(tǒng)里，不受外部控制。 智能溫度傳感器（也稱為數(shù)字溫度傳感器）問世于 90 年代中期。它是微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ ATE）的結(jié)晶。目前，世界上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器， A/ D 轉(zhuǎn)換器，信號處理器，存儲器（或寄存器）和接口電路。某些產(chǎn)品與多路選擇器，中央控制器（ CPU），隨機存取存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)和溫度控制有關(guān)，適配各種微控制器（ MCU） 。而且它是在硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件來實現(xiàn)的功能測試，其智 能程度還依賴于軟件的發(fā)展水平。 目前，國際上新的溫度傳感器趨勢是從模擬過渡到數(shù)字，向一體化迅速發(fā)展的智能化和網(wǎng)絡化的方向邁進。智能溫度傳感器 DS18B20 是朝著高精度，多功能，總線標準化，高可靠性和安全性，開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器，單片測溫系統(tǒng)等高科技快速發(fā)展的發(fā)展方向。因此，智能溫度傳感器 DS18B20 作為溫度測量裝置在人們的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用。 各類 溫度傳感器的方案 行業(yè)常用的接觸式溫度傳感器有三種類型，即：熱電偶，熱敏電阻和溫度傳感器集成電路。溫度傳感器的每一種都有其獨 特的溫度測量范圍，有自己的適用的溫度環(huán)境，而不是一個溫度傳感器兼具所有用途：熱電偶測量溫度和熱電阻的測量線性最優(yōu)范圍最東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 系統(tǒng)的硬件設計 10 廣的普及，熱敏電阻具有最高的測量精度。 第一類、熱電偶 （ 1） 測溫原理 : 兩種不同的導體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端結(jié)合成回路，當結(jié)合點的溫度不一致時，在電路中產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，這種電動勢稱為熱電電動勢。熱電偶是在使用溫度測量的原理，它直接用于測量介質(zhì)的溫度被稱為結(jié)束時的工作端（也稱為測量端），另一端稱為冷端補償（也被稱為端） 。冷端連接到顯示儀表中，示出熱電偶的熱電產(chǎn)生的電動勢通過 查詢熱電偶分度表，可以測量介質(zhì)的溫度。 （ 2） 測溫范圍： 一般的熱電偶可以測量的范圍是從 60~+1500℃ ，而一些經(jīng)過特殊處理的專用熱電偶可以測到的最低溫度達到 269℃ ，最高可達到 +3000℃ 。 （ 3） 常用熱電偶型號： （ 4） 實例： T型熱