【正文】 key, this is the embodiment of humanputer interaction. Reasonable design with strong practicability by the temperature control system described in this paper, only need to change the corresponding ponents can be applied to various fields of temperature control. Key words:Temperature control 。 Humanputer interaction 山東英才學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 3 1 緒論 概述 溫度是一個非常重要的衡量指標，無論是在產(chǎn)品生產(chǎn)還是在化工方面對溫度的要求都比較高，只有在所規(guī)定的溫度范圍內(nèi)才能使這些過程正常進行。不 僅如此，溫度在人們的日常生活中也變得越來越重要，炎熱的夏天人們都喜歡生活在溫度較低的環(huán)境下，而到了寒冷的冬天人們又都喜歡生活在溫度較高的環(huán)境下，空調(diào)、加熱器、冰箱等產(chǎn)品都是適應人們的需要以及社會的發(fā)展所研發(fā)出來的產(chǎn)品，所以溫度成為當今社會研究討論的一個熱門話題。它們的結(jié)構(gòu)特點如下： （ 1） 熱電偶：該溫度傳感器是具有簡單的結(jié)構(gòu)，使用起來十分 方便；在對待測對象進行測量時，其可以達到很高的精度；其測量的溫度范圍很寬，可以很好地進行遠距離的傳輸并且具有較低的損耗；改溫度傳感器自帶電源，方便特殊場合下的測量。該溫度傳感器的缺點就是不能用于較高溫度的測量。熱敏電阻的體積小并且集成度很高，因此它的靈敏度也很高，同時它可以在較高的 溫度下進行工作。而且其熱電特性有很大的非線性，使用起來很大的不便。該溫度傳感器主要是對控制對象進行檢測、控制、補償?shù)炔僮鳌? 溫度控制的發(fā)展與現(xiàn)狀 隨著文明社會的進步以及科研技術(shù)的飛速發(fā)展，各種控制系統(tǒng)正在向微 型化、自動化和智能化方面發(fā)展，各種生產(chǎn)和生活都離不開溫度的測量與控制，所以目前科研專家正在研究設計更精密的溫度測量控制系統(tǒng)，來滿足社會各方面的需求。 在對溫度進行測量時，按是否接觸測溫方式主要分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩種方式。非接觸測溫方式是通過輻射來實現(xiàn)對溫度進行測量的，它不會破壞所測的溫度場，可以測量耐熱性比較小的物體以及更適合測量運動物體的溫度，其測量溫度所需要的時間也很短。隨著現(xiàn)代信息科學新技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代檢測技術(shù)、傳感器應用技術(shù)、測控系統(tǒng)應用技術(shù)的結(jié)合使得溫度控制系統(tǒng)的研究趨于更加靈活、方便、高效。如下圖 11 所示為目前較為先進的溫度控制系統(tǒng)。這種微型計算機控制系統(tǒng)較以往方式的優(yōu)越性有很多，如：適應能力、簡單的操作能力、無噪聲污染、精度高、強大的功能等。因此，在以后的發(fā)展中，我們需要加大對溫度控制系統(tǒng)的研究與設計的力度。 章節(jié)安排 第一章為本研究課題的緒論，對溫度進行了整體的概述，闡述了溫度控制的發(fā)展與現(xiàn)狀，概括的介紹了本文的主要工作及章節(jié)安排。 熱電偶檢測 被控對象 觸 發(fā) 器 單 板 計 算 機 A/D 變換器 放大 濾波 D/A 變換器 電 阻 絲 山東英才學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 第三章為本課題的硬件設計，主要是對各功能模塊以及各 功能模塊的接口線路的連接進行詳細的研究與設計 第四章為本研究課題的軟件設計，主要是對各功能模塊進行編程工作，以便在實物中可以實現(xiàn)所要求的功能。 最后為本課題研究的總結(jié)部分，主要是對本課題設計的整體性的評價，以及自己在設計中的感受。本系統(tǒng)要求設計一個基于 89C52單片機的溫度控制系統(tǒng)，那么我們應該首先確定控制模塊所用到的單片機，溫度控制系統(tǒng)必然離不開溫度的檢測，那么就要選擇符合本系統(tǒng)要求的以及能更好地實現(xiàn)溫度采集與轉(zhuǎn)換功能的溫度傳感器，然后用該溫度傳感器實時檢測待測對象的溫度，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給單片機，在顯示屏上顯示所測得的溫度進而驅(qū)動報警電路和加熱電路或者放熱電路工作。 系統(tǒng)性能要求及 特點 系統(tǒng)性能要求 （ 1）該溫度控制系統(tǒng)可以用四位 LED 顯示器顯示 0～ 100℃溫度值； （ 2）該溫度控制系統(tǒng)可以通過鍵盤人為的預置溫度的上限和下限，并且系統(tǒng)能夠通過加溫或降溫自動將溫度調(diào)節(jié)到所設定的范圍內(nèi)； （ 3）該溫度控制系統(tǒng)可以利用可控硅對溫度進行調(diào)節(jié)； （ 4）該溫度控制系統(tǒng)要求為其閉環(huán)控制系統(tǒng)； （ 5）該溫度控制系統(tǒng)要求其控制精度為 ℃。根據(jù)需要來選擇圖樣大小。根據(jù)測溫范圍，該溫度控制系統(tǒng)選擇 DS18B20 進行溫度采集，由于該溫度傳感器輸出的直接是數(shù)字信號，不需要A/D 轉(zhuǎn)換器等轉(zhuǎn)換元件，節(jié)省了內(nèi)部資源 的占用空間，同時也減少了傳輸過程中的損耗和時間，在很大程度上提高了溫度測量的精度。 為了提高該溫度控制系統(tǒng)的通用性，主要芯片都是選擇典型、常用的芯片，為能夠應用到各個領域打下了良好的基礎。 山東英才學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 模擬控制電路主要由模擬集成電路、運算放大器、電容和電壓比較器等組成。在自動控制系統(tǒng)中 ，系統(tǒng)采集信號的速率越快越好，這樣樣有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度，同時，信號的采集速率與控制系統(tǒng)的響應特性有關(guān)。 單片機控制電路，顧名思義其核心器件就是單片機，在結(jié)構(gòu)上它把中央處理器（ CPU）、輸入接口和輸出接口電路等功能集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上，計算機所擁有的功能模塊它都有，簡單的說就是一個微型計算機。利用單片機進行系統(tǒng)設計，具有簡單、易操作等功能，使系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊得到充分利用，其控制算法是利用軟件編程實現(xiàn)的，可以在很大程度上提高了系統(tǒng)的性能。通過單片機控制系統(tǒng)的硬件設計與軟件調(diào)試，設計出一個精度高，并且能夠?qū)崟r對溫度檢測與控制的溫度系統(tǒng)。因此，軟件是整個控制系統(tǒng)的靈魂。精度的提高主要是通過軟件編程實現(xiàn)的，所以我們要合理地進行軟件編程。 （ 3）在穩(wěn)定性方面：軟件設計的重要指標之一是可靠性，如果系統(tǒng)想要能夠穩(wěn)定的運行，其必須具有一定的抗干擾能力，就是當軟件收到外界的干擾時，系統(tǒng)能夠恢復并且正常工作。 現(xiàn)代發(fā)展中，開發(fā)單片機主要用到兩種語言：匯編語言和 C 語言。結(jié)構(gòu)化的語句能使程序調(diào)理清晰，并且層次分明，便于進行調(diào)試和修改。同其他高級語言一樣，C 語言不依賴于任何控制元件 ,其所編寫源程序具有很好的復制性。 山東英才學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 10 3 硬件設計 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) 通過對溫度智能控制系統(tǒng)方案的研究與設計，研究設計出溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總體設計框圖如圖 31 所示，主要由主控制模塊、溫度采集模塊、按鍵輸入模塊和顯示模 塊等部分組成。將所測得的溫度值與預設值進行對比，當檢測到的溫度低于預設溫度的下限時，單片機控制蜂鳴器及時發(fā)出報警，并控制可控硅電路進行自動加熱操作；當檢測到的溫度高于預設溫度的上限時，單片機控制蜂鳴器及時發(fā)出報警，并控制風扇電路進行自動降溫，從而維持系統(tǒng)的正常運行，最終達到智能調(diào)節(jié)溫度的目的。方案總體設計框圖如圖31 所示。隨著微型化對人們觀念的影響逐漸加深以及科研技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，各式各樣的單片機被研發(fā)出來，這些單片機適用于不同的場合，因此具有不同的功能。 單片機介紹 本系統(tǒng)選用 STC 公司生產(chǎn)的一種 52 系列單片機中的 STC89C52，是該公司推出的一種較之以往的功耗較低、運行速度更快、抗干擾能力更強的單片機，它與 MCS51指令代碼和引腳完全兼容，同時它還具有 51 系列單片機所沒有的功能，也就是說，STC89C52 單片機是 51 系列單片機的升級版， 12 時鐘 /機器周期和 6 時鐘 /機器周期可以任意選擇， STC89C52 單片機的主要特點有： （ 1）工作電壓為 5V 或者 3V； （ 2）其工作頻率的范圍為 040MHz （ 3）用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)； （ 4）有 32 個通用 I/O 口； （ 5）不需要專用的編程器； （ 6）具有 EEPROM 功能和看門狗功能； STC89C52 單片機的功能非常強大，各個端口的功能如下： P0 口是 8 位雙向 I/O 口線，既可以用來作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，又可以用來作為通用的 I/O 口使用。 P1 口的 8 個引腳都是 8 位準雙向 I/O 口線，通常是作為通用的 I/O 口使用的，但是 P1 口中的 和 還具有第二功能，如表 321 所示。 P3 口的 8 個引腳都是 8 位準雙向 I/O 口線，除了作為通用的 I/O 口使用以外，這 8 個引腳也具有第二功能如表 322 所示。單片機的復位操作是通過該引腳保持兩個機器周期的高電平信號來實現(xiàn)的。當中央處理器訪問外部存儲器時，地址鎖存器輸出的信號用來控制鎖存口所輸出的低 8 位地址，這樣就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和低位地址的分時復用。 PSEN：該引腳是 片外 ROM 讀選通信號端。 EA/VPP：這兩個引腳是外部程序存儲器地址允許輸入端和編程電壓輸入端。 主控模塊設計 主控模塊的設計主要是對單片機最小系統(tǒng)的設計，單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖323 所示，所謂的單片機最小系統(tǒng)，就是單片機系統(tǒng)能夠正常工作時所用到的最少的元器件，該單片機最小系統(tǒng)主要由單片機芯片、晶振電路和復位電路三大模塊組成。在單片機最小系統(tǒng)中晶振的震蕩頻率為可 ，在不同的環(huán)境條件下可以采用不同頻率的晶振，晶振的振蕩頻率對單片機的處理速度有直接影響，它們之間成正比例的關(guān)系 :晶振的振蕩頻率越大單片機處理的速度越快。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT it l eN u m b e r Re v is i onS iz eBD a t e : 5 M a y 2 0 15 S he e t o f F il e : F : \ 畢業(yè)論文 \ 電路圖 \ 總設計電路原理圖 \ z t . d d b D ra w n By :1234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7RE S TP 3. 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7X1X2G N DRX DT X DIN T 0IN T 1T0T1WRRDV C CP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7E A / V D DA L EP S E NP 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 2. 3P 2. 2P 2. 1P 2. 0STC89C52RCU 2 3S T C 89 C5 2C2 62 2p FC3 02 2p F1 2 3J 20+C2 71 0u F+C2 91 0u FY5RESET21R3 01 0KR2 61 0KV C CV C C 圖 323 單片機最小系統(tǒng) 溫度采集模塊的選型及設計 溫度 傳感器的選用 溫度傳感器，是溫度檢測與控制必不可少的元件，在工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)及人們的生活山東英才學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 14 中發(fā)揮著非常重要的作用。以下就是溫度傳感器的選用需要考慮的因素： （ 1）是否需要記錄所測溫度； （ 2）所需測量溫度的范圍； （ 3）測量溫度是對精度的要求； （ 4）所需溫度傳感器的大小； （ 5）被測對象的溫度是否隨時間變化； （ 6）待測溫度的環(huán)境是否會損害溫度傳感器； （ 7）測量溫度時距離和傳送的遠近； （ 8）價格是否合理，操 作是否方便。 溫度傳感器介紹 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的接口簡單，它可以通過一個單線接口發(fā)送和接收信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，比如數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 可以與單片機通過一個接口進行直接通信，不需要其他任何轉(zhuǎn)換器就可以讀取所測得的溫度數(shù)據(jù)，這樣使結(jié)構(gòu)比較趨向簡單化，節(jié)省了單片機的內(nèi)部資源，而且具有較高的可靠性。溫度傳感器 DS18B20 憑借其轉(zhuǎn)換速度快、體積小、接口簡單等優(yōu)點，被廣泛地應用到各種溫度控制領域。該器件用如下方式可以獲取量：當信號處于高電平時把能量存儲在內(nèi)部所自帶的電容里，當信號處于低電平時消