應用電子技術畢業(yè)設計（論文）基于單片機的溫度控制器設計

1、作品制作說明課題溫度控制器學 院電子信息工程學院專業(yè)（方向）應用電子技術班 級電子091D學 號姓 名完成日期2011年12月19日指導教師溫度控制器摘要本設計為溫度控制器，通過溫控元件實時采集溫度并在1602上顯示。預可通過按鍵的設定溫度的上限與下限，當溫度超過上限或低于下限時，如果傳感器能正常工作那么繼電器工作，然后對水泥電阻加熱，如果溫度比預設的溫度高了，那么繼電器停止對水泥電阻的加熱，如果溫度低于預設的溫度，那么繼電器就繼續(xù)對水泥電阻加熱，另外此電路還設定了其他的功能。例如：電路中還可以設置當前的時間和實時觀看每一個時間段的溫度顯示的情況，電路中的極限值是由鍵盤來調(diào)節(jié)的，溫度是由液晶1

2、602顯示，如上所術制作出溫度控制器，要求電路工作良好。下面是該電路的元器件的簡介。本設計最重要的是讓我們用學過的知識來做一個實物，通過鞏固所學知識以及提高我們實際的能力，為將來進入社會，走崗位打下堅實的基礎。關鍵字：液晶1602 傳感器 單片機Temperature controllerAbstractThe design of temperature controller, through the temperature control device real-time acquisition of temperature and in 1602 on the display. The b

3、uttons can set temperature when the temperature exceeds the upper limit and the lower limit, upper limit or lower than the lower limit, if the sensor can work so the relay to work, then the cement resistance heating, if the temperature is lower than a preset temperature is high, so the relay stops o

4、n cement resistance heating, if the temperature is lower than the preset temperature, then the relay continue to cement resistance heating, the circuit also set other functions. For example: circuit can also set the current time and real-time watch every time the temperature display case, circuit li

5、mit value is adjusted by the keyboard, the temperature is determined by the liquid crystal display 1602, as for production of temperature controller, request circuit works well. Below is the circuit components. This design is most important to let us use the learned knowledge to do a kind, through t

6、he consolidation of the knowledge and enhance our practical ability, for the future into the community, go to post to lay next solid foundations.Keywords: LCD 1602 sensor chip目 錄1摘 要.12 引言 .33方案設計 . .53.1方案的對比論證.64 系統(tǒng)硬件的電路設計.6 4.1 電路的總體原理框圖.7 4.2 電路的工作原理.7 4.3鍵盤的設置.7 4.4 溫度采集電路的設計.84.5 DS18B20特點介紹.1

7、04.6 電源部分的設計.104.7 DS1302簡介.115 所選單片機的簡介 .125.1 STC89C52D單片機的特點.125.2單片機引腳及其功能.136 電路板的焊接與測試.146.1電烙鐵的使用.146.2對焊接的要求 測試結果.146.3 電路板的測試.15 總結.16參考文獻.17致謝.18附錄一.19附錄二.202.引言：隨著生產(chǎn)生活的需要，自動化控制越來越起到至關重要的作用。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中很普遍的過程控制，人們需要對各種加熱爐，熱處理爐，反應爐等鍋爐中溫度進行測量與控制。特別是冶金，化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用，其溫度的控制效果直接影

8、響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的，工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時滯性、大慣性和時變性的特征，同時要實現(xiàn)溫度控制的快速性和準確性，對于對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的意義。對于不同的場所、不同的工藝、不同的產(chǎn)品所需要的溫度范圍不同、精度也不同，則采用的溫度測量元件以及溫度測量方法和控制方法都有所不同；產(chǎn)品工藝不同、溫度控制的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。因此對溫度的控制方法要多種多樣。隨著電子技術和微型計算的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。利用微機對溫度進行測控的技術也隨之而產(chǎn)生。現(xiàn)有的溫度傳感器大多為(熱

9、電偶）體積大，應用復雜，多為模擬信號，已經(jīng)不在適合現(xiàn)代工業(yè)的靈活性要求了。本設計是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，為閉環(huán)系統(tǒng)，工作的可靠性高、精度高。本設計主要圍繞單片機進行設計，從實際應用出發(fā)，選取了體積小、精度相對較高的數(shù)字式溫度傳感器件DS18B20作為溫度采集裝置，以單片機89C52作為主控芯片，1602作為顯示輸出，實現(xiàn)了對溫度的實時測量，當溫度超出設定范圍系統(tǒng)將會自動調(diào)節(jié)加熱或者降溫系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了實時恒溫控制。3.方案設計溫度的控制方法多種多樣，諸如PLC控制，模擬PID調(diào)節(jié)和數(shù)字PID調(diào)節(jié)等等。從經(jīng)濟性和操作的可行性，本設計選擇單片機控制與PLC控制進行對比選擇。方案一：利用單片機實

10、現(xiàn)溫度控制此方案以STC89C52單片機為CPU進行控制，系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場溫度采集（DS18B20)、實時溫度顯示(LCD1602)、報警電路提示、核心（STC89C52）單片機。DS18B20直接采集數(shù)據(jù)并以數(shù)字的形式傳到處理器，處理器會檢查現(xiàn)場溫度并將其與用戶設定的溫度進行比對，采取相應的措施（LED發(fā)光二極管閃爍），以提示用戶溫度和所需溫度不同，需采取相應的措施，直至溫度達到設定的范圍內(nèi)，LED發(fā)光二極管不再閃爍，從而實現(xiàn)溫度的控制。方案二：利用PLC實現(xiàn)溫度控制利用PLC實現(xiàn)恒溫控制，采用PLC控制實現(xiàn)電熱絲加熱全通、間斷導通和全斷加熱的自控方式，來保持溫度的恒定。智能型電偶溫度表將置

11、于被測對象中，熱電偶的傳感信號與恒定溫度的給定電壓進行比較，生成溫差，自適應恒溫控制電路根據(jù)差值大小控制電路的通斷。3.1 方案的對比論證方案一采用單片機實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，成本低，而且具有較高的可靠性，對于系統(tǒng)動態(tài)性能與穩(wěn)定要求不是很高的場合非常的合適，采用DS18B20作為溫度傳感器，直接得到數(shù)字信號，通過單片機對偏差進行運算，若溫度不在所調(diào)節(jié)的溫度范圍之內(nèi)會以單燈閃爍的形式提醒用戶，用戶采取措施達到控制溫度目的。方案二采用PLC進行控制，PLC的成本比單片機高出太多，而且還要提供良好的工作環(huán)境，對周邊設備的要求也很高。綜合各種因素，本設計將采用單片機來實現(xiàn)恒溫控制。4.系統(tǒng)硬件電路的設計4.1

12、電路總體原理框圖（如圖1） 如圖1（電路原理框圖） 本系統(tǒng)以STC89C52為核心，系統(tǒng)啟動，首先通過DS18B20檢測溫度，將信號傳至單片機，在LCD 1602上顯示，并且將其數(shù)值與設定值進行比對，溫度高于設定值或者溫度低于設定值的時候，單片機會輸出信號使報警指示燈閃爍，從而提醒用戶溫度異常采取措施 使溫度上升或者下降到用戶所調(diào)節(jié)的范圍之內(nèi)，達到溫度的控制。4.2電路的工作原理上電后通過傳感器對溫度的測量，然后利用按鍵調(diào)節(jié)溫度的上下限，當電路工作后，繼電器閉合對電阻加熱，如果所顯示的溫度超過了上限或低于下限值的時候那么繼電器開關打開或（閉合）停止加熱（繼續(xù)加熱）。另外此作品利用的是44的鍵盤

13、來控制，作品在除了對環(huán)境溫度的測量外，我組還加入了可以調(diào)節(jié)時間的功能，更加的拓展了此產(chǎn)品的功能。4.3.鍵盤的設置鍵盤上的按鍵是總共有16個，其中有2個沒有用到。按鍵上第1個到第10個顯示的是09的值.按鍵11是用來記錄每一個時間段的溫度和時間的顯示，當我們沒按一次按鍵的時候就會顯示的是每一階段的時間和溫度，每一個記錄的時刻都可以看到，總共有五個階段可以記錄。這樣就可以方面我們的觀察，用起來更為方便。按鍵13是可以調(diào)節(jié)時間（年月日），當我們按下這個按鍵后就可以看到時間顯示的地方，然后可以用到其他的數(shù)字按鍵來調(diào)節(jié)這個顯示的時間，時間調(diào)節(jié)的順序一致是從左往右的進行。如果調(diào)節(jié)錯誤那就必須運用其他的建

14、來恢復界面從新來調(diào)節(jié)，這也是一個設計的弊端。按鍵14最主要是用來調(diào)節(jié)溫度的顯示，運用數(shù)字鍵來調(diào)節(jié)他的上下限的值。按鍵16是上電的時候液晶顯示的是主界面，第一次按這個鍵盤的時候顯示時間年、月、日、時分秒，按下第二次按鍵顯示當前所測的溫度，按下第三次此按鍵是顯示之前所設置的溫度的上下限值，再按一次的話，就會返回剛剛上電的界面。如圖2是44的鍵盤： 如圖2（電路鍵盤）4.4溫度采集電路的設計選擇溫度傳感器，首先應該考慮溫度傳感器的測量精度和測量范圍，精度符合使用要球，所以我們直接選擇數(shù)字，避免在收到模擬信號后再將其轉化成數(shù)字信號，那樣會擴大測量誤差，影響精確度。如圖3 DS18B20：如圖3（DS1

15、8B20）如圖4 DS18B20內(nèi)部結構圖：如圖4 (DS18b20內(nèi)部結構圖)低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。4.5 DS18B20特點介紹（

16、1）獨特的單線接口方式，與單片機通信只需一個引腳，DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（2）在使用中不需要任何外圍元件。（3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5 V。（4）通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。（5）用戶可自設定非易失性的報警上下限值。（6）支持多點組網(wǎng)功能，通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的線上，簡化了分布式溫度檢測的應用，實現(xiàn)多點測溫。（7）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（8）告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預設告警界限的

17、器。4.6電源部分的設計電源的部分我組采用的是12v的交流電壓，他的作用就是給單片機提供5v電壓和給電阻加熱。如圖5：如圖5（電源電路原理圖） 各組成部分的功能如下：1) 電源變壓器：將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成9V交流電壓。2) 整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟逊较蚝痛笮《甲兓?0Hz的交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。3) 濾波電路：利用儲能元件電容器C兩端的電壓不能突變的性質(zhì)，把電容與整流負載并聯(lián)，可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。4) 穩(wěn)壓電路：利用7805穩(wěn)壓到5V的直流電壓。4.7 DS1302簡介DS1302 是美國

18、DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302，DS1307,PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘

19、電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。5.所選單片機的簡介STC89C52系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX810專用復位電路。5.1 STC89C52RC單片機的特點1) 增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU。2) 工作電壓：5.5V3.4V（5V單片機) / 3.8V2.0V（3V單片機

20、）。3) 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通單片機080MHz，實際工作頻率可達48MHz。4) 用戶應用程序空間：4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K字節(jié)。5) 片上集成1280字節(jié) / 512字節(jié)RAM。6) 通用I / O口（32 / 36個）復位后，P1/P2/P3/P4為準雙向口/弱上拉（普通8050 I / O口）P0口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7) ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器/仿真器，可通過串口（P3.0 / P3.1）直接下載用戶程序，8K程序三秒即可

21、完成一片。8) EEPROM功能。9) 看門狗。10) 內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（D版才有），晶振低于20M時，可省外部復位電路。11) 共三個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器T0還可以當成兩個8位定時器使用。12) 外部中斷四路，下降沿中斷或低電平中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。13) 通用異步串行口（UART）,還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。14) 工作溫度范圍：075度 / - 40+85度。5.2單片機引腳及其功能（1）引腳圖：STC89C52單片機有40個引腳，這40個引腳分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶振線四部分。其引腳如圖3所

22、示。 圖3(STC89C52引腳圖)（2）引腳功能說明VCC：供電電壓。VSS：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和

23、校驗時，P1口作為第八位地址接收。P1.0 T2（計時器3外部輸入）；P1.1 T2EX（計時器3控制位）。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

24、P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

25、RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。6.電路板的焊接與調(diào)試6.1電烙鐵的使用 （1）反握法是用五指把電烙鐵的柄握在掌內(nèi)，此法適用于大功率電烙鐵，焊接散熱量大的被焊件。（2）正握法此法用于較大的電烙鐵，彎形的烙鐵頭也用此法。 （3）握筆發(fā)用握筆的方法握電烙鐵此法適用于小功率電烙鐵。6.2 對焊接的要求 （1）焊點要有足夠的機械強度，保證被焊件在受（2）焊接可靠，具有良好的導電性，必須防止虛焊。虛焊是指焊料與被焊件表面沒有形成合金結構，只是簡單的依附在被焊金屬表面。（3）焊點表面要光滑，點表面有良好的光澤。6.3 電路板的調(diào)試 本次設計電路板的調(diào)試中也不是

26、很順利，電路板焊接好了元件以后，首先仔細檢查電路板有無焊錯的地方，特別要注意有極性的電子元件一旦焊接反既有之險，剛開始我們第一次調(diào)試的時候正是由于電容急性的焊反，導致電容燒壞了，經(jīng)過失敗的教訓以后，總結了經(jīng)驗我們就用萬用表仔細檢查電路的每一個部分，確保無誤后接通電源后把程序燒在單片機中，按下開關開始顯示，通過按鍵看顯示的情況，就能看出電路的正常與否了，雖然經(jīng)過了很長時間的調(diào)試，也經(jīng)歷了很多的困難，但是我組從來沒有想過放棄的念頭，還是很堅持的把整個作品完成，而且檢查出了每一個模塊的問題，最終還是成功了。 總結通過這次制作溫度控制器過程我在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。我們組制作的作品主要是對室溫的測量！系統(tǒng)以單片機 STC89C52 為核