《基于单片机温度控制系统的设计》

1、基于单片机温度控制系统的设计天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文）题目：基于单片机温度控制系统的设计完成期限：1月8日至5月10日学习中心：选择一项。专业名称：选择一项。学生姓名：此处键入学生姓名学生学号：此处键入学生学号指导教师：此处键入教师姓名摘要无论是在现代化的城市生活中，还是在落后的乡镇生活中， 温度都扮演着极其重要的角色，我们几乎所有的日常生活都与温 度息息相关。白18世纪工业革命发展以来，工业的发展与人类掌 握对温度的控制有着密切的联系，都离不开对温度的掌握。随着单片机技术的飞速发展，单片机的一系列优点越发惹人 注目，其工作稳定可靠等优点已经被很多企业接受。本设计基于 AT89C51单片机和温度传感器实现温度控制系统，不但控制简便 而且周效率控制，大大提周温度控制系统的灵活性，扩大基于单 片机温度控制系统的适用范围。本设计在具体介绍温度控制系统整体的设计方案之后，详细 介绍了温度控制系统硬件设计、温度控制系统软件设计和相关接 口的电路设计，讨论基于单片机温度控制系统的相关应用，最后 总结本设计的合理性和有效性。关键词：单片机； 温度传感器； 温度控制目录第一章绪论61.1

2、温度控制系统概况 61.2国内外研究现状 61.3课题的主要工作 7第二章总体设计 92.1总体设计方案 92.2功能描述102.3温度控制系统硬件电路框图 10第三章温度控制系统硬件设计 123.1硬件设计方案123.2单片机系统介绍 123.3温度信号采集模块的设计 173.3.1温度传感器的选择 173.3.2信号放大电路 193.3.3 A/D转换电路 203.4键盘控制电路的设计 213.5液晶显示电路的设计 233.6蜂鸣器警报电路的设计 243.7加热模块电路的设计 25第四章系统软件设计 274.1软件设计方案274.2温度控制部分程序的设计 284.3键盘部分程序的设计 294.4数据采集模块程序设计 304.5液晶显示部分温度程序的设计 31第五章总结与展望33参考文献34附录36致谢42第一章绪论1.1温度控制系统概况本课题主要是基于单片机的温度控制系统的设计和研究，研 究中的控制对象为温度。温度在我们的日常生活中很常见，也是 很熟悉的东西，很多场所都需要控制温度来提供生产，比如火力 发电厂、浴室、植物的培植室等场所的温度控制。纵观电气时代 以来的人类发展史，很多

3、温度控制都只是人工操作的，且不够重 视，也因此发生了很多意外。随着电子技术的快速发展，智能化 实现对温度的控制已经能够实现。本课题以AT89C51芯片为核心，对温度传感器感测到的温度进行分析、数值显示和数据存储，从 而有效实现单片机对温度的智能控制。1.2国内外研究现状相对而言，国外比中国对温度控制系统的研究要早的多。国 外从20世纪70年代开始，经过模拟组合的方式，采集信号并发出指令和存贮。80年代开始进行分布式控制方式的研究1。现代世界各国的温度控制系统发展的非常迅速，很多国家开始实现由 半白动化向完全白动化的方向发展。中国对于温度控制系统的研究起步较晚，很大部分都只是借 鉴一些发达国家的成熟技术，真正白己研究的东西并不多。整体 的温度控制技术设施简单，控制因素单一。当然中国的温度控制 技术正在由简单到实用化、综合性应用方向发展，虽然中国温度 控制和温度测量技术远没有达到工厂化的程度，与欧美一些发达 国家相比还存在很大差距，可是近几年国家开始重视白动化设备 控制系统的研究，很多科研人员开始着手白动化控制设备的研 究，制定很多成功的案例。可是理论研究始终停留在理论研究的 层次，无法适

4、用于工厂生产，很多研究方案，要么太过理论化、 理想化，要么太过复杂，费用太过昂贵。同样，近年来温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制 ，依然是当前需要解决的 问题2。因此，设计一款比较实用的温度控制系统十分有必要， 关于基于单片机的温度控制系统的设计和研究课题也十分有意 义。本研究主要是对温度的实时检测和有效控制。首先设定密闭 空间温度，经过温度传感器感测密闭空间温度，由信号放大电路 将温度信号放大，然后经过 A/D转换电路转换将转换信号传递给 AT89C51芯片，假如感测器感测到密闭空间温度高于设定温度，系 统立即停止加热，使温度达到密闭空间设定值温度；假如感测器 感测到密闭空间温度低于设定温度，系统立即启动加热器，对密 闭空间升温，使密闭空间温度升高。任意一模块不工作或工作出 错，蜂鸣器会发出报警信号，从而达到智能化目的。液晶显示器 能够实时显示密闭空间温度。课题研究主要包括如下一些方面：(1) AT89C51单片机的选择；(2) 温度传感器的选择及温度传感器信号处理电路的设计；(

5、3) 液晶显示器电路的设计；(4) 蜂鸣器报警模块的设计；(5) 加热模块控制电路的设计；(6) 键盘电路的设计。第二章总体设计课题研究主要包括六个部分：AT89C51单片机、温度传感器及信号处理电路、液晶显示器电路、蜂鸣器报警模块、加热模块控 制电路和键盘电路。其中，如何有效实现温度控制系统的控制， 关键在于温度传感器的选择和驱动电路的设计，键盘电路能够实 现对温度上限值和下限值的输入。2.1总体设计方案本研究主要包括两个方面的研究：硬件设计和软件设计。想 要实现完整的功能，必须选择合适的元器件，对于整体设计的硬 件部分主要包括驱动电路的设计，软件部分主要包括程序的编 写。本系统采用热电偶温度白动控制系统，具体系统设计流程图 如图2-1所示：2.2功能描述(1) 经过温度传感器感测密闭空间温度，将感测到的温度信号经过信号处理电路，传递给单片机接口，控制系统AT89C51单片机对整个控制系统进行解析；(2) 当人在键盘上输入温度设定值后，AT89C51芯片接收输入信号，单片机开始控制加热模块，判断是否对系统进行加热，假如没有设定值，系统不给密闭空间加热，密闭空间温度不变化；(3) 本系

6、统带有报警装置，假如温度控系统的任意一模块不工作，即密闭空间在控制的情况下，偏离设定值过大，系统便会发生报警；(4) 液晶显示器会显示密闭空间不同的温度值，因为键盘上的温度设置值不同，整个系统控制的密闭空间温度也不同。2.3温度控制系统硬件电路框图本研究能够实现单片机对密闭空间内温度的有效控制的功能，经过单片机对温度的智能控制，从而实现温度智能化控制的目的。系统结构框图如图 2-2所示温度信号匚二信号处理电路液晶显示电路键盘电路AT89C51控制蜂鸣器警报模块加热模块控制图2-2系统结构框图第三章温度控制系统硬件设计3.1硬件设计方案根据设计需求构建原理图，选择合适的控制芯片，分别实现 对温度传感器的选择及温度传感器信号处理电路的设计；液晶显 示器电路的设计；蜂鸣器报警模块的设计；加热模块控制电路的 设计；键盘电路的设计。其中主要包括电路的设计，电子器件的 选择。当前在现有的设计中，温度传感器的选择及温度传感器信 号处理电路的设计、液晶显示器电路的设计和加热模块控制电路 的设计参考线路图样本较多，选择难度不大，而蜂鸣器报警模块 的设计难度较大，如何选择误差，让大众更容易接受，比较有技

7、术含量。3.2单片机系统介绍在整个系统的控制中，采用 AT89C51单片机处理芯片对课题的 设计对象进行控制，AT89C51主要有一下一些特性3:(1 ) AT89C51芯片面向的控制对象为 8位CPU；(2) AT89C51芯片内有4KB Flash ROM的程序存储器；(3) AT89C51芯片内有128B的片内数据存储器；(4) 可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路;(5) 在AT89C51芯片中有2个16位的7E时/计数器；(6) 芯片中共有 32条能够单独编程的I/O接口，4个并行I/O 接口；(7) AT89C51芯片中有2个中断优先级，5个中断源；(8) 在AT89C51芯片中还可有掉电保护模式和低功耗的闲置；AT89C51单片机除了以上一些特征外，而且物美价廉，外围电 路相对而言较为简单。在实际应用中，此款单片机的工作频率比 较低，可是对于整个设计系统，此工作频率足以满足整个系统的 控制。AT89C51单片机有32个I/O端口，这样便于整体设计，如 图3-1所示为单片机控制系统。IDrlLrDrE uon UQUea rpFr F p p- r“n*心

8、 iej A. 11 pr.4M. U FMq政 in Z-且 i , mH gr -a.irrpi wrm= 1na.drrDrzur r iFTPIT ,PT图3-1单片机控制系统在如图3-1所示的单片机控制系统中，AT89C51单片机拥有两个外部中断、两个 16位的定时器和两个可编程串行UART的单片机。因此 AT89C51单片机作为中心控制模块完全满足设计需求，从而满足整个控制系统。AT89C51单片机的引脚如图3-2所示AT89C51单片机引脚说明：VCC:单片机电源GND:单片机接地引脚P0端口： P0端口为8位漏级开路双向I/O端口。此端口为输 出端口，其中端口的每一位都能带动8个TTL逻辑电平。当P0端口输出信号为“ 1”时，表示高阻抗输入。当访问外部程序和数据 存储器时，P0端口为低8位地址/数据复用。此种情况，P0端口表示内部上拉电阻。当操作时假如用flash编程，贝ij P0端口也能够用来工作：在程序验证的过程中，需要上拉电阻，输出指令字 节。P1端口： P1端口有内置上拉电阻，8位双向I/O端口，P1端口 可驱动4个TTL逻辑电平。当P1端口输出信号为“ 1”时

9、，将输出 电流Ill。而且与其它单片机不同之处是，P1.0和P1.1能够作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输出（P1.1/T2EX ）, 具体情况如表3-1所示。表3-1 P1.0和P1.1的其它功能引脚号功能特性P1.0T2 （定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出P1.1T2EX定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制当Flash编程和校验的过程中，P1端口会接收低 8位地址字 节。P2端口： P2端口有内置上拉电阻 8位双向I/O端口，P2端口 可驱动4个TTL逻辑电平。当P1端口输出信号为“ 1”时，由于端 口被内部上拉电阻拉高，此端口便有了输入端口的功能，当此端 口为输入端口时，较低的引脚将输出电流为ILL。AT89C51单片机片内存储器售后一般处于擦除状态，即每个地址单元内容均为 FFH因此人们可随时对其编程4-5。当访问外部存 储器或者经过 16位的地址访问外部大量的存储设备时，P2端口会输出8位的地址。在此种情况下，P2端口会发送1,在使用8位的地址访问外部大量的存储设备时，P2端口会输出P2端口锁存器的部分内容。在 Flash校验的过程中，P2端口会接收8位地址 和一些其它的控制信号。P3端口： P3端口有内置上拉电阻 8位双向I/O端口，P3端口 可驱动4个TTL逻辑电平。当P3端口输出信号为“ 1”时，由于端 口被内部上拉电阻拉高

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