基于單片機(jī)溫度監(jiān)控設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1第二部分設(shè)計(jì)說明6第三部分設(shè)計(jì)成果9第四部分結(jié)束語11第五部分致謝12第六部分參考文獻(xiàn)13第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.主要任務(wù)溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要準(zhǔn)確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。具有硬件組成簡單、成本低廉、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于操作和管理等優(yōu)點(diǎn)。能在實(shí)際工程中得到廣泛的應(yīng)用。我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)來代替人工測(cè)量，這樣既能省時(shí)又可以省力。本文以AT89C51單片機(jī)作為控制器和DS18B20作為溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為研完對(duì)象，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度系統(tǒng)的控制，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)不僅具有操作簡單、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以有效提高被控溫度下的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。在本文中對(duì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)、硬件組成以及接口電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并分析了在對(duì)溫度系統(tǒng)進(jìn)行控制的過程中單片機(jī)控制的應(yīng)用，從而提出了針對(duì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可行性和有效性。2.設(shè)計(jì)的思路、方法在對(duì)溫度系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，傳感器是對(duì)溫度測(cè)量的主要載體，利用傳感器將溫度信息傳輸?shù)椒糯箅娐?，將其轉(zhuǎn)換到毫伏級(jí)電壓信號(hào)后，將相應(yīng)的弱電壓信號(hào)逐漸放大到單片機(jī)可以處理的可控范圍之內(nèi)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸出到主機(jī)中。在利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集的過程中，為了有效地提高測(cè)量精度，在采樣時(shí)同時(shí)要對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)過濾。與此同時(shí)，經(jīng)數(shù)字濾波的信號(hào)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的標(biāo)度，從而將溫度指數(shù)顯示在LED屏上，實(shí)際溫度與設(shè)定溫度相差在不同范圍內(nèi)做出不同的提示。不大于1℃時(shí)，綠燈亮；不大于3℃時(shí)，紅燈亮；大于1℃且小于3℃時(shí)，綠燈閃爍。LED顯示實(shí)時(shí)溫度。在對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)的目的是為了對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地控制，以便解決工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫度無法實(shí)現(xiàn)控制的難題。針對(duì)這種狀況，溫度值顯示可以采用十進(jìn)制的數(shù)碼來實(shí)現(xiàn)，從而方便人們對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，提前輸入人工設(shè)定的溫度范圍，以便當(dāng)溫度超出控制范圍時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能，保持溫度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫的目的。3.與本課題相關(guān)的資料（影片、圖片等）。圖1-1系統(tǒng)硬件組成框圖圖1-2AT89C51引腳圖圖1-3DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1-4DS18B20的引腳圖4.調(diào)研的目的依據(jù)現(xiàn)階段單片機(jī)的使用狀況來看，單片機(jī)主要是屬于一種微型計(jì)算機(jī)，其將I:PU,ROM以及RAM接口和相應(yīng)中斷系統(tǒng)中多個(gè)部件集中在一起，從而組成了整體式的器件。單片機(jī)不但具有體積小，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，而且其功能也非常多樣，通過外加電源以及晶振的共同作用，可以非?？焖俚貙?duì)信息進(jìn)行處理和控制。因而在現(xiàn)代化工業(yè)中，單片機(jī)針對(duì)溫度系統(tǒng)的控制得到了廣泛的應(yīng)用，也大大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在高新科技領(lǐng)域中，由超大規(guī)模集成電路發(fā)展而來的微型單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、性價(jià)比高等特性，在生產(chǎn)過程中，單片機(jī)主要是應(yīng)用在對(duì)勞動(dòng)條件改善方面，可以有效提高資源的利用效率，防止了一些意外事故的發(fā)生，還能起到節(jié)約資源的作用，從而使企業(yè)獲得較作。將降軟件編制方法和流程進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的工程，大力發(fā)展與電子技術(shù)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步提高電子技術(shù)的編制效率。鼓勵(lì)并積極組織各研究部門、各大高校、工廠、各行各業(yè)應(yīng)用部門甚至是業(yè)余人員投入到電子技術(shù)的研究開發(fā)當(dāng)中，并建立完善的電子技術(shù)專利等相關(guān)制度，尊重并保護(hù)人們所取得的研究成果。通過組織用戶協(xié)會(huì)使人們進(jìn)行應(yīng)用技術(shù)的廣泛交流。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國社會(huì)對(duì)電子技術(shù)專業(yè)人才需求也隨之增大，高校作為人才培養(yǎng)的重要基地應(yīng)該對(duì)自身的教學(xué)課程作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，制定適合社會(huì)發(fā)展規(guī)律的教學(xué)模式、內(nèi)容、方法，為社會(huì)輸送更多的電子技術(shù)專業(yè)人才，并不斷提高我國電子技術(shù)專業(yè)的理論水平，為電子技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。5.總結(jié)電子技術(shù)作為現(xiàn)今社會(huì)新技術(shù)革命的成果之一，其潛在價(jià)值已經(jīng)越來越受到全世界的關(guān)注和重視。因此，必須正確積極地看待和推動(dòng)電子技術(shù)的發(fā)展，并加強(qiáng)電子技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和實(shí)踐的投入，充分發(fā)揮電子技術(shù)的作用。相信隨著科技的高速發(fā)展和人們要求的不斷提高，電子技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，必將帶動(dòng)電子技術(shù)的穩(wěn)定長足進(jìn)步與發(fā)展。基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)及可以有效實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫度控制的要求，現(xiàn)階段，應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制的方式主要有與高精度傳感器結(jié)合、人機(jī)交互信號(hào)測(cè)量以及硬件式閉環(huán)控制;這幾種方式都可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，但是因采用與高精度傳感器結(jié)合的方式可以克服后兩種方式帶來的缺點(diǎn)，因而在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用地最為廣泛。基于單片機(jī)溫度系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)具有非常重要的作用。第二部分設(shè)計(jì)說明1.理論分析溫度的測(cè)量和控制在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，隨著人們生活水平的大幅提高，對(duì)溫度測(cè)量控制的精度和范圍也有著更高的要求。在工業(yè)企業(yè)中，如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題，這類控制對(duì)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、失控等現(xiàn)象。PID控制方式控制穩(wěn)定且精度高，但是控制對(duì)象的模型難以建立，并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí)，參數(shù)調(diào)整較復(fù)雜。本文采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該傳感器具有微型化、封裝簡單、低功耗、高性能抗干擾能力、測(cè)量范圍廣、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，可使系統(tǒng)測(cè)量更加精確，電路更加簡單。可應(yīng)用于家用電器、汽車、冷庫等領(lǐng)域。2.設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)將檢測(cè)點(diǎn)的溫度采集之后發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，并通過4X4矩陣按鍵進(jìn)行溫度上限和下限的設(shè)定。當(dāng)溫度超過設(shè)定值范圍后，單片機(jī)將發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)升溫裝置或降溫裝置，使溫度恒定在一定的范圍。系統(tǒng)主要包括溫度采集模塊、4X4行列式矩陣按鍵模塊、主控模塊、溫度控制模塊、測(cè)溫控溫顯示模塊等，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。圖2-1程序結(jié)構(gòu)框圖3.正文系統(tǒng)溫度測(cè)量部分采用DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、測(cè)量范圍廣、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)處理，它具有三引腳T0-92小體積封裝形式，溫度測(cè)量的范圍為一55一+125℃,測(cè)溫分辨率可達(dá)到0.0625℃。該系統(tǒng)采用4X4行列式矩陣按鍵輸入，其中除了0~9這10個(gè)相應(yīng)數(shù)字溫度按鍵外，還設(shè)計(jì)了溫度重設(shè)按鍵、確定按鍵、零下溫度選擇按鍵和小數(shù)點(diǎn)按鍵等用來控制溫度。該系統(tǒng)采用的是非編碼式鍵盤，按鍵的識(shí)別采用的是全局掃描法。主控模塊設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片。該芯片是一款高性能的CMOS8位微處理器，自帶4KB閃存，產(chǎn)品性價(jià)比高，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。該系統(tǒng)中主控芯片AT89C51不斷的對(duì)采集到的溫度信號(hào)與輸入的控制溫度進(jìn)行比較，若超出設(shè)定范圍則啟動(dòng)升溫或降溫裝置，直至溫度到達(dá)設(shè)定的范圍區(qū)間內(nèi)。該系統(tǒng)溫度控制電路中，單片機(jī)通過三極管的通斷控制繼電器，達(dá)到控制電熱器的目的。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)經(jīng)過74LS04非門電路后變?yōu)楦唠娖?，使NPN型三極管導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱器接通，電熱器加熱，溫度慢慢升高。當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)發(fā)送高電平信號(hào)經(jīng)過74LS04非門電路后變?yōu)榈碗娖?，使NPN型三極管截止，繼電器使電源與制冷系統(tǒng)接通，制冷系統(tǒng)工作，溫度慢慢降低。當(dāng)繼電器突然斷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流，反接在三極管兩端的二極管可將反向電流分流，達(dá)到保護(hù)三極管的作用。設(shè)計(jì)顯示部分采用2個(gè)4位8段共陽極數(shù)碼管7SEG-MPX4-CA。一個(gè)數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，另外一個(gè)數(shù)碼管用于顯示設(shè)定溫度。為了節(jié)省I/O口，本設(shè)計(jì)通過74LS04雙2線一4線譯碼器連接兩個(gè)數(shù)碼管的位碼。設(shè)計(jì)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，通過Keil公司開發(fā)的Vision3編譯器用C51語言編寫，主要包括溫度檢測(cè)，按鍵驅(qū)動(dòng)和溫度控制等。其中溫度檢測(cè)包括DS18B20初始化子程序、DS18B20讀取子程序、DS18B20寫子程序、DS18B20轉(zhuǎn)換溫度子程序、DS18B20溫度采集子程序、采集溫度數(shù)碼管顯示子程序等；按鍵驅(qū)動(dòng)包括矩陣按鍵驅(qū)動(dòng)子程序、按鍵顯示子程序等;溫度控制包括輸入鍵值處理子程序、溫度對(duì)比控制子程序等。主程序流程圖如下圖所示。圖2-2程序流程圖4.作品特點(diǎn)本文設(shè)計(jì)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度，采用4X4矩陣按鍵自由設(shè)定溫度上限和下限，采用AT89C51單片機(jī)處理采集的溫度數(shù)據(jù)和發(fā)送控制溫度信號(hào)，將環(huán)境溫度和設(shè)定溫度通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。設(shè)計(jì)的樣機(jī)系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)溫精度和控溫精度均高達(dá)0.1測(cè)溫范圍為一55一125}C,并可在一55一128℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度控制。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，主要是要求在一定的溫度范圍內(nèi)保證溫度恒定，并要求一定的精度，因此該系統(tǒng)可應(yīng)用于家用電器、工業(yè)、汽車、冷庫等許多領(lǐng)域。第三部分設(shè)計(jì)成果設(shè)計(jì)成果圖3-1溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)Proteus軟件仿真圖2.作品的特點(diǎn)（1）CPU具有一定的處理速度。實(shí)現(xiàn)對(duì)多路傳感信號(hào)的檢測(cè)。并實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)通訊，監(jiān)測(cè)報(bào)警顯示。（2）擁有較大的程序存儲(chǔ)空間。由于應(yīng)用程序都要在程序存儲(chǔ)器中，另外有些特殊的重要數(shù)據(jù)也需要存儲(chǔ)，能夠滿足系統(tǒng)的需要，也可以通過擴(kuò)展存儲(chǔ)器來解決。（3）體積小實(shí)用方便、靈活。3.佐證材料圖3-2溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)圖圖3-3顯示模塊設(shè)計(jì)圖圖3-4報(bào)警模塊

第四部分結(jié)束語1.總結(jié)通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求分析，提出了整體設(shè)計(jì)框架，并選擇了AT89S51單片機(jī)芯片和智能數(shù)字化傳感器DS18B20。針對(duì)系統(tǒng)性能的要求作了硬件電路設(shè)計(jì)，主要包括溫度測(cè)量電路、數(shù)據(jù)顯示電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，當(dāng)出現(xiàn)了不同的溫度LED會(huì)發(fā)出不同的反應(yīng)。本系統(tǒng)只針對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，而實(shí)際上可控制的參數(shù)有很多。所以系統(tǒng)還可以進(jìn)一步進(jìn)行功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度、土壤的肥力等其他參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)控。2.分析和完善由于在固定溫度下對(duì)各環(huán)境參數(shù)準(zhǔn)確性要求不高，故本設(shè)計(jì)在能夠滿足系統(tǒng)要求的前提下，測(cè)量和控制精確度還有進(jìn)一步提高的余地。如果系統(tǒng)應(yīng)用與精確度較高的場(chǎng)合，可從傳感器的選擇、電路的設(shè)計(jì)完善等方面進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量和控制的精確度。本系統(tǒng)只針對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，而實(shí)際上可控制的參數(shù)有很多。所以系統(tǒng)還可以進(jìn)一步進(jìn)行功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度、土壤的肥力等其他參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)控。由于數(shù)據(jù)通信采取的方式，本系統(tǒng)測(cè)量和控制的距離范圍并不是很大。如果需要更遠(yuǎn)的控制距離，可改進(jìn)信號(hào)線路的傳輸方式，下一步開發(fā)中我們可以利用igbee技術(shù)或者GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。無疑這會(huì)增加系統(tǒng)的成本。

第五部分致謝首先，在本課題的最后我想要衷心感謝我課題的導(dǎo)師老師。本篇設(shè)計(jì)從開始選題到設(shè)計(jì)過程中所遇到的問題解決，到最后設(shè)計(jì)的完成，都離不開老師的悉心指導(dǎo)。老師以他淵博的知識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度指導(dǎo)我順利完成設(shè)計(jì)，無論是資料的收集、題目的選定還是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，老師都給予了我極大的幫助、支持和鼓勵(lì)。值此設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向謝老師致以最崇高的謝意!同時(shí)，還要感謝我的舍友們。在我設(shè)計(jì)的完成過程中，無論是技術(shù)知識(shí)上所遇到的難題還是編寫格式上的錯(cuò)誤，他們都給予了我熱情的幫助和支持。沒有他們的支持，設(shè)計(jì)的進(jìn)度也不會(huì)那么順利。

第六部分參考文獻(xiàn)【1】基于DsI8B2o的單總線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].魏玲.2007.P42-P