【文章內(nèi)容簡介】 扇，使溫度一直保持在我們所需要的值上，避免因?yàn)檫^熱使機(jī)器損壞的情況，這就擺脫了人為控制，達(dá)到智能控制的層次。 在本次的設(shè)計(jì)中，我們綜合實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，采用 STC 公司的 51 單片機(jī) 作為本系統(tǒng)的控制核心，使用溫度檢測系統(tǒng)來檢測環(huán)境溫度，同時為了采集者的方便觀察，將數(shù)據(jù)通過 LED 進(jìn)行顯示，我們使用鍵盤作為輸入系統(tǒng)，可以輸入我們的理想目標(biāo)溫度，根據(jù)目標(biāo)設(shè)定溫度，控制器控制風(fēng)扇電機(jī)使之達(dá)到目標(biāo)溫度，當(dāng)目標(biāo)溫度達(dá)到以后，控制器將停止電機(jī)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)自動化控制，同時可減少電源浪費(fèi)。 溫度控制技術(shù) 的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 從近年來的溫控系統(tǒng)發(fā)展來看，在理論上溫度的檢測已經(jīng)比較成熟，但問題的關(guān)鍵在于實(shí)際測量和控制，在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中我們需要保證快速實(shí)時地對溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并且能 夠?qū)λ杉臏囟染珳?zhǔn)的調(diào)控，這些都是目前需要解決的問題。 溫度的調(diào)控技術(shù)主要包括溫度的采集技術(shù)和溫度的控制技術(shù)。 在溫度的測量技術(shù)史上，接觸式測溫是發(fā)展較早的，同時也是比較成熟的技術(shù)，接觸式測溫技術(shù)擁有一系列非常好的優(yōu)點(diǎn)，例如方法簡單可靠，經(jīng)濟(jì)成本低成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 廉，并且在測量真實(shí)物體的溫度時較準(zhǔn)確。但是由于傳感器器件的熱慣性的影響，測量溫度時的響應(yīng)時間長，對于一些熱容量較小的物體，接觸式難以測得精準(zhǔn)溫度，并且如果測量物體帶有腐蝕性，或物體溫度過高，或物體的移動速度過快，使用接觸式都難以準(zhǔn)確的測量物體溫度。另外有一種非接 觸式的測量溫度的方法，該方法的原理是通過物體向外輻射的能量來測量實(shí)際物體的溫度的，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以不破壞測量的溫場，可以測量腐蝕性物體，可以測量高溫物體，可以測量熱容量小的物體，可以測量快速移動的一系列物體。但同時這種方法也不是完美的，它也有一些缺點(diǎn)，此種測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且價(jià)格昂貴。因此，在實(shí)際的溫度測量時，我們不能草率的決定采用哪種溫測系統(tǒng)，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的溫測需求來進(jìn)行溫度測量的方法的選擇，在滿足測溫需求的同時盡可能降低成本。 溫度調(diào)控技術(shù)目前根據(jù)控制目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤 與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤是指溫度控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的目標(biāo)溫度曲線隨著時間的變化而變化的調(diào)節(jié)目標(biāo)溫度，這種溫度調(diào)控技術(shù)在實(shí)際的工程中是經(jīng)常遇到的，例如在生物工程中的發(fā)酵問題，化學(xué)工廠中的化學(xué)反應(yīng)中，以及在冶金工業(yè)中的溫度控制都屬于這一類；橫值溫度控制系統(tǒng)是指被控制的溫度唯一固定值，不隨著時間的變化而變化目標(biāo)溫度，同時要求溫度的幅值波動要在一定的范圍之內(nèi)，不允許超過范圍極限。 本文實(shí)現(xiàn)的技術(shù) 指 標(biāo)和功能 溫度測量及調(diào)控系統(tǒng)，利用紅外溫度傳感器測量環(huán)境溫度，將溫度采集采集到控制系統(tǒng)內(nèi)，控制器處理信息 數(shù)據(jù)， LED 顯示溫度，控制電機(jī)速度來進(jìn)行降溫，通過按鍵進(jìn)行溫度設(shè)定，進(jìn)行智能溫度控制。 本文的章節(jié)安排 本論文以五章來闡述自己所做的工作，其中各章節(jié)的大致安排如下： 第一章為緒論，主要介紹了課題的研究背景與意義、 溫度測控 的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀以及技術(shù)指標(biāo)和功能。 第二章為系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)應(yīng)該完成的功能，概括了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并給出系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 第三章為系統(tǒng)硬件簡介，主要說明了溫度測控系統(tǒng)中涉及到的硬件原理。 第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ,這是本文最重要的部分。主要內(nèi)容有溫度采集，并進(jìn)行溫度顯示，以及溫度設(shè)置和溫度調(diào)節(jié)等。 第五章為系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果，主要展示了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的整體功能。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 虛擬信號發(fā)生器 功能簡介 根據(jù)實(shí)際需要，本系統(tǒng)主要完成以下功能 : 利用紅外溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù) 通過 LED 進(jìn)行溫度顯示 通過鍵盤進(jìn)行溫度設(shè)定 通過 PWM 驅(qū)動調(diào)節(jié)風(fēng)扇，進(jìn)行溫 度控制 虛擬信號發(fā)生器 的總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的整體思路是：本系統(tǒng)以 51 單片機(jī)為控制核心，將紅外溫度傳感器檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機(jī)進(jìn)行處理，同時利用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行溫度的顯示。同時采用 PWM 脈寬調(diào)制方式來改變直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。并通過一個按鍵實(shí)現(xiàn)智能控制和固定轉(zhuǎn)速切換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本章小結(jié) 本章只是從總體的思路上進(jìn)行 了一個大體的介紹，分析了其中每個部分的功能 溫度顯示 LED 按鍵溫度設(shè)定 電動風(fēng)扇調(diào)節(jié)溫度 PWM 電機(jī)驅(qū)動 STC89C51RC 紅外傳感器溫度采集 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 作用，為今后的具體涉及做好了基本的框架，其中并沒有涉及到過多的技術(shù)內(nèi)容，下面將從硬件和軟件兩部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 第三章 系統(tǒng)硬件簡介 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)規(guī)劃 溫度傳感器的選擇 在本設(shè)計(jì)中，溫度傳感器的選擇有以下四種方案： 方案一：將熱敏電阻作為溫度檢測的核心，熱敏電阻的阻值會隨著物體溫度的變化而變化，在經(jīng)過信號通過功率放大器電路將信號放大，進(jìn)而可產(chǎn)生較大的電壓信號最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將電壓 信號模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)處理。 方案二：采用模擬式的集成溫度傳感器 LM35 作為溫度檢測的核心元件，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將微弱電壓變化信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)處理。 方案三：采用溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集的核心器件，通過單片機(jī)與其進(jìn)行串口通信可采集數(shù)字溫度數(shù)據(jù) 方案四：采用紅外溫度傳感器 TN901,通過串口通信可以采集溫度數(shù)據(jù)。 對于方案一，采用熱敏電阻作為溫度檢測元件，有價(jià)格便宜，元件易購的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對溫度的細(xì)微變化不太敏感，在信號采集、放大以及轉(zhuǎn)換的過程中還會產(chǎn)生失 真和誤差，并且由于熱敏電阻的 RT 關(guān)系的非線性，其自身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路來修正，但這不僅將使電路變得更加復(fù)雜，而且在人體所處環(huán)境溫度變化過程中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。 對于方案二，雖然模擬式集成溫度傳感器 LM35 的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)化等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變得很小，但由于其檢測溫度結(jié)果以電壓形式輸出，需要使用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此過程較為繁瑣。并且由于 LM35 對溫度變化產(chǎn)生的電壓變化較小，系統(tǒng)易受干擾。故該方案不 適合本系統(tǒng)。 對于方案三，雖然數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，通過串口可以采集到數(shù)字量數(shù)據(jù)，但如果將 DS18B20 應(yīng)用在高精端儀器的溫度采集，并且對溫度調(diào)節(jié)的實(shí)時性較高的系統(tǒng)中， DS18B20 溫度傳感器的性能就無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。因此該方案不適合本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 對于方案四，特點(diǎn) TNm 紅外溫度計(jì)模塊采用高靈敏度、高精度、的功耗的設(shè)計(jì)，保證了采用的優(yōu)良特性 。 MEMS 熱電堆可以準(zhǔn)確的測量出環(huán)境溫度，采用溫度補(bǔ)償技術(shù)在 TNm 紅外溫度計(jì)模塊 上。 ZyTemp 開發(fā)出獨(dú)有的集成了所有硬件的集成電 路的組成了紅外片上系統(tǒng)。應(yīng)用該創(chuàng)造 性的紅外片上系統(tǒng)（ SoC）技術(shù)， TNm 紅外溫度模塊具有很高的集成度和性價(jià)比。 ZyTemp39。s 的產(chǎn)品可以承受 10℃ 的熱沖擊。我們的產(chǎn)品擅長在寬范圍溫度變化環(huán)境中保 持精度。例如：傳統(tǒng)的紅外測溫儀溫度變化帶來的誤差達(dá)到 ℃ ，需要 30 分鐘的穩(wěn)定 時間；而 ZyTemp39。s TNm 產(chǎn)品誤差僅僅是 ℃ ，僅需要 7 分鐘的穩(wěn)定時間 .TNm 產(chǎn)品只需要 3 伏電源供電，而多數(shù)其他紅外溫度計(jì)需要 9 伏電壓供電 ZyTemp 保證溫度標(biāo)準(zhǔn)溯源倒 NIST 或者國際測 量實(shí)驗(yàn)室 . 所有的 TNm 產(chǎn)品經(jīng)過溯源 的紅外溫度標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)，校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的序列號保存在模塊上 EEPROM 內(nèi)。 紅外溫度傳感器 TN901 的溫度測量范圍大，精確度高，響應(yīng)時間快，抗干擾能力強(qiáng)，并且 TN901 屬于數(shù)字量信號傳感器，可以通過 SPI 串口采集出數(shù)據(jù)信號，避免了 A/D 轉(zhuǎn)換部分，因此本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用紅外溫度傳感器 TN901。圖 31 為紅外溫度傳感器 TN901 的最小單元模塊。 圖 31 TN901 最小單元模塊 控制核心的選擇 在本設(shè)計(jì)中采用 STC89C51RC 單片機(jī)作為控制核心，通過軟件編程的方法進(jìn)行溫度檢測和判斷，并在其 I/O 口輸出控制信號。 STC89C51RC 單片機(jī)工作電壓低，性能高，片內(nèi)含 8k 字節(jié)的只讀程序存儲器 ROM 和 512 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器 RAM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)，性價(jià)比高，適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 溫度顯示器件的選擇 在本次設(shè)計(jì)中溫度顯示器的選擇方案共有兩套，分別是： 方案一：應(yīng)用動態(tài)掃描的方式，采用 LED 共陰極數(shù)碼管顯示溫度。 方案二：采用 LCD 液晶顯示屏顯示 溫度。 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 對于方案一，該方案成本很低，顯示溫度明確醒目，即使在黑暗空間也能清楚看見，功耗極低，同時溫度顯示程序的編寫也相對簡單，因而這種顯示方式得到了廣泛應(yīng)用。但不足的地方是它采用動態(tài)掃描的顯示方式，各個 LED 數(shù)碼管是逐個點(diǎn)亮的，因此會產(chǎn)生閃爍，但由于人眼的視覺暫留時間為 20MS，故當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼不會感覺到閃爍，因此只要描頻率設(shè)置得當(dāng)即可采用該方案。 對于方案二，液晶顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，其不僅能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊的元件價(jià)格昂貴 ，顯示驅(qū)動程序的編寫也較復(fù)雜，從簡單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。 調(diào)速方式的選擇 方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 來控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度值輸出相應(yīng)數(shù)字量到 DAC0832 中，再由 DAC0832 產(chǎn)生相應(yīng)模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而通過無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。 方案二：采用單片機(jī)軟件編