电力变压器温度监控冷却系统
摘要
本设计针对电力变压器冷却系统中使用常规控制系统时存在的控制回路复杂、可靠性低、风机保护方式简单、油温测量精度低、控制误差大、无法进行远程通讯等问题，设计了一套智能化变压器温度监控系统。本系统以PIC16F877单片机为核心，实现了对变压器油温的实时采集、LED显示、数据无线传输，并参考油温变化对风机的运行状况进行实时控制。风机侧完善的保护装置为CPU提供准确的风机故障信号，提高了系统运行的稳定性。
关键词：单片机、变压器冷却系统、风机故障、油温采集
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
绪论 (5)
第一章设计任务及要求 (6)
第一节毕业设计的任务 (6)
第二节毕业设计的要求 (6)
第二章系统的设计方案 (8)
第一节系统工作的一般原理 (8)
第二节智能温度监控系统的设计方案 (8)
2.1 方案一 (9)
2.2 方案二 (10)
2.3 方案三 (12)
第三节设计方案的确定 (13)
第三章硬件电路设计 (16)
第一节单片机的选型 (16)
第二节振荡器配置选择 (18)
2.1 晶体振荡器/陶瓷谐振器方式 (18)
2.2 RC振荡器 (20)
第三节温度采集电路模块设计 (22)
3.1 温度检测电路 (22)
3.2 光电耦合隔离放大电路 (24)
第四节按键输入和显示电路部分设计 (29)
4.1 按键输入电路模块设计 (29)
4.2 显示电路部分设计 (29)
第五节无线通信系统的设计 (33)
第六节主回路部分设计 (38)
6.1 风冷机的保护简要介绍 (38)
6.2 输出驱动电路设计 (38)
第七节直流电源的设计 (46)
第四章软件部分设计 (50)
第一节软件需求分析 (50)
第二节各模块的流程图 (52)
绪论
近年来，随着我国电力事业的飞速发展，电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。电力变压器是电力系统运行的核心设备之一，因此，电力变压器安全可靠的运行是电力系统正常运行的根本保障。随着变压器容量的增大，变压器的损耗同样会增大，单靠箱壁和散热器已不能满足散热要求，需采用子循环风冷或强迫油循环风（水）冷，使热油经过强风（水）冷却器，冷却后再用油泵送回变压器。大容量的变压器已经采用导向冷却，在绕组和铁心内部，设有一定的油路，使进入油箱内的冷油全部通过绕组和铁芯内部流出，这样带走了大量的热量，可以提高散热效率。变压器冷却系统决定了变压器的正常使用寿命及能否正常运行，因此变压器的冷却系统对变压器的安全经济运行又极其重要的意义。在发电厂或变电所，风冷式变压器采用多组风机降温，控制变压器的油温在额定范围之内，保证变压器正常工作。为了提高电力系统运行的可靠性和延长变压器的使用寿命，应该对变压器的油温进行实时监控。
目前，还有许多变压器采用由电接点式温度计采集、显示变压器油温，控制风机的启动和停止，实现变压器的温度控制，在实际运行中，由于风机启动时全部投入，同时全部停止，冲击电流较大，严重影响了电机的使用寿命。且由于无法和控制室联系，所以无法实现变压器的无人控制，增加了运行成本。变压器温控器总存在一些问题，如测温误差大、抗干扰能力差等，这些都是在工程界非常棘手的问题。而早期的温度控制器，由于体积大、操作复杂、抗干扰能力差，给工程现场的使用也带来了很大不便。随着单片机技术的不断发展，温度控制器正向单片集成化、智能化的方向迅速发展。针对电力变压器在运行过程中存在的问题，可以采用的智能温度控制系统，实现温度的自动采集、显示、风机的顺序起停。
根据现场运行要求，本设计选用了PIC16F877单片机构成变压器温度控制系统，设备操作简单，用户可通过面板按键轻松设定控制风机起停、报警及跳闸阀值，所有设定参数掉电后均不会丢失。温度采集精度很高，并且采取了很多措施来保护电机，如过载、缺相保护等。由于工业现场的环境较恶劣，会对系统产生很大的干扰，设计采取了抗干扰措施，在集成电路的电源入口处加了滤波电容，且送入单片机的信号都经过了光耦隔离。最后通过无线通信实现远程监控，控制室通过无线通信及时掌握现场的运行情况，可任意对各种事故做出及时地反映，实现了变压器的无人控制。系统整体具有测温误差
小、分辨力高、抗干扰能力强的特点，所有器件的选择均满足工业级标准，并适合高温环境。
由于采取了以上措施，可以保证控制系统稳定工作，设计具有很好的扩展性，能满足各种型号变压器的要求。
第一章设计任务及要求
第一节设计任务
在我们的生活中，电力安全是至关重要的，而电力变压器又是电力系统的重要组成部分。电力系统中常用的油浸风冷式电力变压器多采用多组风机降温，控制变压器的油温在工艺要求的范围之内。目前现场还有相当数量的油浸风冷电力变压器由电接点式温度计采集、显示变压器油温，控制风机的启动和停止，实现变压器的温度控制，即在变压器油温大于上限温度时启动全部风机，当油温降至下限温度时停止全部风机。而实际运行中这种控制方式有不少的缺点，如风机启动时全部投入，冲击电流太大，不利于系统的稳定安全运行。
针对以上种种问题，要求本设计选用一款集成度较高的单片机，并采用无线通信技术，设计一个电力变压器温度监控系统，对现有落后的温度控制系统进行改造，满足自动化要求。
设计主要完成的工作。
本设计须完成风冷式电力变压器温度监控系统的主机部分的设计，主要包括以下工作：
（1）收集电力变压器温度控制系统的控制原理的实际资料，确定要保证变压器风冷系统正常运行及实现无人值班所需的远程通讯功能，必须采用以单片机为核心的控制系统来完成；为保证风机能可靠安全运行，必须收集一既能被单片机驱动又能保证风机可靠运行的元件。
（2）方案设计。
（3）确定系统配置及功能，并根据系统功能要求完成系统硬件设计。
（4）根据设计原则完成控制系统的软件设计。
（5）撰写设计说明书，绘制系统电路原理图。
（6）完成指定内容的外文资料翻译。
第二节设计要求
2.1 毕业设计的主要内容
（1）完成系统设计；
（2）选择合适的单片机，作为主机CPU；
（3）独自完成主机硬件、软件设计，其中硬件部分主要包括温度采集、LED显示、主控电路、无线通讯、电源电路等，软件部分主要包括流程图设计、程序设计及调试；（4）完成相关的设计图纸绘制和设计说明书撰写，通过毕业设计答辩。
2.2 设计实现的主要功能
（1）将采集到的油温在就地和远端（控制室）用LED实时显示油温，主机和从机之间的通讯采用无线通信方式；
（2）系统设置自动、手动、停止三种运行方式，正常时采用自动方式运行，主控板检修时采用手动方式运行，并且能够灵活选择运行方式。
（3）在自动方式运行下，当变压器油温超过上限时，风机全部投入；当温度低于工艺下限时，风机全部停止；当温度由高下降到上限和下限的中间值时，只投入3组风机；在投入3组风机的状态，先运行的3组风机运行1小时后（这三组风机在变压器周围间隔安装），自动切换到另外3组（这三组风机也在变压器周围间隔安装），1小时后又切换到原来的3组，如此交替运行，既延长风机的使用寿命，又能使变压器均匀降温。温度上限值和下限值可以通过硬件灵活设置，以适应不同类型和不同环境使用的变压器；变压器油温超过上限值时，风机群全部投入运行时，采用顺序启动方式依次启动，防止启动电流过大情况发生造成设备损坏；
（4）系统具有故障自诊断功能，当某一风机工作异常时如过压、缺相、过载时，系统能够在现场和控制室发出报警信号，显示故障类型和故障发生的位置，便于工作人员及时进行设备检修；
（5）系统设置正常运行、故障运行、油温超过75℃三项远传开关信号；
（6）本设计中油温的上限缺省值为55℃，下限缺省值为45℃，要求上限值和下限缺省值能够方便的通过按键调节；
（7）系统要采用必要的抗干扰措施（包括硬件和软件）。
2.3 主要技术指标
控制系统的工作电源为220V/50HZ的工频交流电，容量为31500KVA；风机有6组，
每组2个风机，均匀排列在变压器四周，每个风机功率为0.375KW；温度测量范围为0-100℃，温度采集精度为±2℃，温度控制精度为±5℃。
第二章系统的设计方案
第一节系统工作的一般原理
传统的电力变压器由人工控制风机，每台变压器有6组风冷式电动机需要控制，每组风机的保护通过热继电器实现，控制风机电源回路通过接触器，而风机启停的逻辑判断通过测量变压器的油温和变压器的过负荷实现，工作原理如图2-1所示。主电路控制元件采用了接触器，靠机械触点来实现对风机的驱动。这种方式对风机的控制只能由人工完成，风机同时全部投入，同时全部停止，启动时冲击电流很大，会对器件造成损伤。当温度在45℃-55℃时，通常采用全部投入的方式，不利于节能，也不利于设备的维护。控制器系统采用继电器、热继电器、接触器逻辑电路控制，控制逻辑显得很复杂，在运行过程中会出现接触器的触点长时间接触及多次开断造成触点烧毁问题。风机缺乏必要的过压、过载、缺相保护，实际运行中降低系统运行的可靠性，增加运行成本。
图2-1传统风冷机工作原理图
第二节智能温度监控系统的设计方案
本设计以PIC16F877单片机为核心完成系统的设计，要求对油温进行实时采集，将采集结果送入MCU进行处理，然后按照工艺要求进行相应的控制，实现对变压器温度的全自动远程和就地监控，系统要具有完善的保护功能，包括过压、过载、缺相检测和保护，还要具备故障自诊断功能，在故障出现时，给出故障信息，显示故障类型，便于工作人员及时进行检修；使用无线通信方式实现变压器控制器与中心控制室之间的数据通
信。使用户随时了解变压器及风机运行情况，实现远程温度控制。整个课题包括系统设计，主机温度信号采集与调理电路设计，主机LED显示电路设计，主控电路设计，缺相检测与保护电路设计，过载保护与检测电路设计，从机设计，从主机LED显示电路设计，无线通信电路设计，主电路设计，主机从机电源设计，系统软件流程图设计，软件编程等。
温度信号的采集在设计中是最重要的部分之一，其可以采用铂电阻电桥组成的温度检测电路，也可以使用温度传感器来实现。
2.1 方案一:
温度检测电路通过预埋在变压器中的铂电阻传感器获得油温信号[3]，经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端，PIC单片机根据信号数据及设定的各种控制参数，按照程序自动计算与处理，自动显示变压器油温，并输出相应的控制信号，控制风机的起停，电机的保护电路包括过压，过载，缺相等。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可控制八个数码管，特别适用于需要I/O口较多的系统。信号通过无线通信芯片nRF401传输到控制室,以便对现场情况及时做出反应。
方案采用PIC16F877单片机，PIC处理器具有不同于一般微处理器的许多特性，它给出最大系统可靠性，通过减少外部元件使成本最小。另外，还提供节电工作模式及提供编码保护等。PIC16F877共有A口、B口、C口、D口、E口五组I/O口，完全可以满足本系统的要求，另外在其中嵌入一个8 输入通道的A/D模块，不需要专门的芯片进行A/D转换；CCP模块可提供外部信号的捕捉、内部比较输出、及脉宽调制PWM功能；中断源多，具有看门狗定时器和睡眠功能；还可以在线串行编程、在线调试。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可可控制八个数码管，特别适用于需要I/O口较多的系统。MAX7219为8位LED显示驱动电路，可以连续的驱动8位7段数据显示。在芯片内部集成了一个BCD译码器，段地址和位地址驱动以及一个8 8位的静态随机存储器。只需要一个外部电阻，就可以正确地驱动所有LED的段地址。
信号通过无线通信芯片nRF401传输到控制室。以便对现场情况及时做出反应。nRF401 是一个433 MHz 工业、科学、医用频段设计的真正单片无线收发芯片,它采用频移键控调制技术。nRF401 发射速率可达20 kb/ s，发射功率可调, 最大发射功率10 dBm,接收灵敏度- 105dBm，具有工作半径大、适应性强的特点。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本的印刷电路板天线。nRF401 还有待机工作方式,可以更省电和高效。此外,该芯片只需少量外围元件,使用十分方便。温度控制器系统框图如图2-2所示。
图2-2温度控制系统框图
2.2 方案二：
温度检测采用由DALLAS半导体公司生产的智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器, 采用DALLAS公司特有的单总线通信协议，只用一条数据线就可实现与MCU的通信。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。显示采用单片机的RA口扩展四片串并转换的移位寄存器74LS164驱动四只1.5寸共阳数码管，实时显示变压器的温度。复位电路采用MAXMAX6304芯片来实现单片机系统的监控电路。MAX6304是一款专用、高性能、低功耗的微处理器监控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出的CC1000单片可编程RF收发芯片。
（一）温度检测电路的设计
温度检测采用由DALLAS半导体公司生产的智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小、接口方便、传输距离远等特点。DS18B20单总线数字传感器工作温度范围是-55℃～125℃，在-30℃～85℃范围内温度测量精度为±5℃；具有温度报警功能，用户可设置最高和最低
图2-3 DS18B20引脚分布图
DOUT 24SEG DP 22SEG G 17SEG F 15SEG E 21SEG D 23SEG C 20SEG B 16SEG A 14ISET 18V+19CLOCK
13
DIN 1DIG02DIG111DIG26DIG37DIG43DIG510DIG65DIG78LOAD 12GND 4GND 9
N14
MAX7219（主）
a b
f c
g d e DPY 1234567a
b
c d e f
g
8
dp
dp N19a b
f c
g d e DPY 1234567a
b
c d e f
g
8
dp
dp N1833K
R25+5V
a b
f c
g d e DPY 1
234567a
b
c d e f
g
8
dp
dp N20CLK
LOAD
RC2
制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。它的工作频带在315、868及915MHz，但CC1000很容易通过编程使其工作在300～1000MHz范围内。它具有低电压（2.3～3.6V），极低的功耗，可编程输出功率（-20～10dBm），高灵敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封装），集成了位同步器等特点。其FSK可达72.8Kbps，具有250Hz步长可编程频率能力，适用于跳频协议；主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。 CC1000 可通过简单的三线串行接口(PDATA、 PCLK 和PALE) 进行编程，有36个8位配置寄存器，每个由7位地址寻址。一个完整的CC1000配置，要求发送29个数据帧，每个16位（7个地址位，1个读/写位和8个数据位）。PCLK 频率决定了完全配置所需的时间。在10MHz的PCLK频率工作下，完成整个配置所需时间少于60μs。在低电位模式设置时，仅需发射一个帧，所需时间少于2μs。所有寄存器都可读。在每次写循环中，16位字节送入PDATA通道，每个数据帧中7个最重要的位（A6：0）是地址位，A6是M键盘（最高位），首先被发送。下一个发送的位是读/写位（高电平写，低电平读），在传输地址和读/写位期间，PALE （编程地址锁存使能）必须保持低电平，接着传输8 个数据位（D7：0），PDATA 在PCLK 下降沿有效。当8位数据位中的最后一个字节位D0 装入后，整个数据字才被装入内部配置寄存器中。经过低电位状态下编程的配置信息才会有效，但是不能关闭电源[5]。
微控制器使用3个输出引脚用于接口（PDATA、PCLK、PALE），与PDATA相连的引脚必须是双向引脚，用于发送和接收数据。提供数据计时的DCLK 应与微控制器输入端相连，其余引脚用来监视LOCK 信号（在引脚CHP_OUT）。当PLL 锁定时，该信号为逻辑高电平。
2.3 方案三：
温度检测采用美国模拟器件公司（ADI）生产的恒流源式模拟温度传感器AD590。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小，动态阻抗低，传输距离远，体积小，微功耗等特点。AD590配以ICL7016型单片A/D转换器即可构成三位半液晶显示的温度传感器，通信采用RS-485标准。
（一）温度采集电路
AD590是由美国哈里斯（Hrris）公司、模拟器件公司（ADI）等生产的恒流源式模拟温度传感器。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小、动态阻抗响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行线性校准。
AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。该产品有3种封装形式；TO-52封陶瓷封装（测温范围是-55—+150℃）。不同公司产品的分档情况及技术指标可能会有一些差异。例如，由ADI公司生产的AD590，就有90J/K/L/M四档。这类器件的外形与小功率晶体管相仿，共有3个管脚：1脚为正极，2脚是负极，3脚是接管壳。使用时将3脚接地，可起到屏蔽作用。AD系列产品以AD590M的性能最佳，其测温范围是-55—+150℃，最大非线性误差为0.3℃，相应时间仅20μs，重复性误差低至0.05℃，功耗约为5mW。
AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗大于10MΩ，能大大减小因电源电压从5V变化到10V时，所引起的电流最大变化量仅为1μA，等价于1℃的测温误差。AD590的工作电压为+4—+30V、测温范围是+55—+150℃，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1μA。在298.15K（对应于25.15℃）时输出电流恰好等于298.15μA。这表明，其输出电流与热力学温度严格成正比。AD590配以ICL7106型单片A/D 转换器，即可构成3位半液晶显示的数字温度计。
（二）通讯电路
RS-485 采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD 将串行口的TTL 电平信号转换成差分信号A、B 两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以10Kbps 速率传输数据时传输距离可达 12m ，而用100Kbps时传输距离可达1.2km。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS-485 实现了多点互联，最多可达256台驱动器和256台接收器，非常便于多器件的连接。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。半双工通信芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX3082、MAX1482等。全双工通信的有SN75179、SN75180、MAX488～491、MAX1482等[6]。
第三节设计方案的确定
根据上一节中三个设计方案，下面对这三种设计方案进行比较：
在方案二中，温度检测采用由DALLAS半导体公司生产的智能集成温度传感器DS18B20型单线智能温度传感器，它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。但价格较高。显示采用单片机的I/O口扩展四片串并转换的移位寄存器74LS164驱动四只1.5寸共阳级数码管，实时显示变压器的温度。占用了较多的I/O口，使系统的可扩展
性受到了一定的限制[7]。复位电路采用MAX6304芯片来实现单片机系统的监控电路。MAX6304是一款专用、高性能、低功耗的微处理器监控芯片。通信采用CHIPCON公司新推出的CC1000单片可编程RF收发芯片。本设计的成本较高，但可靠性更强，适用于对可靠性要求较高且不在乎成本的场合。
在方案三中，温度检测采用美国模拟器件公司（ADI）生产的恒流源式模拟温度传感器AD590。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小，动态阻抗低，传输距离远，体积小，微功耗等特点。AD590配以ICL7016型单片A/D转换器即可构成三位半液晶显示的温度传感器。显示采用MAX7219，占用了较少的I/O口，通信采用RS485标准。此方案具有很高的可靠性，液晶具有很多优点，可以实现汉字的显示等，但设计中要求在较远的距离就可以观察到温度值，所以这里采用液晶不能满足要求。故不选用此方案。
在方案一中，单片机选用了PIC16F877，具有高性能、高可靠性、端口多等优点。温度检测电路使用内置的铂电阻来检测温度变化，硬件电路较为简单，光电隔离使用线形光耦，具有较好的性能，抗干扰能力较强，显示电路使用MAX7219只占用三个I/O 口连线较少，容易实现。通信芯片nRF401,其通信距离远，且不用编码，软件较容易实现。另外本方案还具有很好的经济性和可扩展性，可满足各种不同变压器的要求。综上所述，本方案具有较高的性价比。根据上面对三个设计方案的说明比较可以看出，方案一具有较好的抗干扰性，可扩展，经济性较好，而且采用无线通讯，具有较高的性价比。所以在本设计中采用了方案一。具体的硬件框图如下所示。
图2-5温度控制系统结构框图
如上系统框图所示，本设计以PIC16F877单片机为核心完成系统的设计，要求对油温进行实时采集，将采集结果送入MCU进行处理，然后按照工艺要求进行相应的控制，实现对变压器温度的全自动远程和就地监控，系统要具有完善的保护功能，包括过压、过载、缺相检测和保护，还要具备故障自诊断功能，在故障出现时，给出故障信息，显示故障类型，便于工作人员及时进行检修；使用无线通信方式实现变压器控制器与中心控制室之间的数据通信。使用户随时了解变压器及风机运行情况，实现远程温度控制。
温度检测电路通过预埋在变压器中的铂电阻传感器获得油温信号，经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端，PIC单片机根据信号数据及设定的各种控制参数，按照程序自动计算与处理，自动显示变压器油温，并输出相应的控制信号，控制风机的起停，电机的保护电路包括过压，过载，缺相等。显示电路采用MAX7219，其只需要三根线就可控制八个数码管，特别适用于需要I/O口较多的系统。
信号通过无线通信芯片nRF401传输到控制室。以便对现场情况及时做出反应。nRF401 是一个433 MHz 工业、科学、医用频段设计的真正单片无线收发芯片,它采用频移键控调制技术。nRF401 发射速率可达20 kb/ s。发射功率可调, 最大发射功率10 dBm,接收灵敏度- 105dBm，具有工作半径大、适应性强的特点。天线接口设计为差分天线,便于使用低成本的印刷电路板天线。nRF401还有待机工作方式,可以更省电和高效。此外,该芯片只需少量外围元件,使用十分方便。
以上只是对本方案简单地做了介绍，对于本系统的具体的硬件电路的设计说明将在下一章节中作具体的阐述。
第三章硬件电路设计
第一节单片机的选型
硬件电路是整个设计的核心，而单片机又是硬件电路的核心，所以单片机的选择显得至关重要。由于有温度检测，需要A/D转换，且需要较多的I/O口，所以单片机采用PIC 系列微控制器[8]。
PIC系列单片机具有以下几个大的特点：
（1）开发容易，周期短：由于PIC采用RISC指令集，指令少，且全部为单字长指令，易学易用，相对于采用CISC结构的单片机可节省30%以上的开发时间，2倍以上的程序空间。
（2）高速：PIC采用哈佛总线和精简指令集建立了一种新的工业标准，指令的执行速度比一般的单片机要快4～5倍。
（3）低功耗：PIC采用CMOS设计结合了诸多的节电特性，使其功耗较低，PIC百分之百的静态设计可进入休眠省电状态而不影响唤醒后的正常工作。
（4）低价实用：PIC配备有OTP型、EPROM型和FLASH型诸多形式的芯片，其OTP型芯片的价格很低。PIC还提供程序监视器和程序可分区保密的保密位等功能，提供了基于Windos98的方便易用的全系列的产品开发工具和大量的子程序库和应用例程，使产品开发更容易和更快捷。
根据设计的要求，综合多方面的因素，我选择了PIC16F87X系列的PIC16F877单片机，它与其他3种单片机性能对照表如下所示。
表3-1四种单片机性能比较表
PIC16F877单片机是高性能类—RISC CPU，一共有35条单字指令，除程序分支是双周期指令外，其他所有的指令都是单指令。工作速度：DC～20MHz时钟输入，DC～200ns 指令周期。具有高达8K字（14位字长）的FIASH程序存储器；高达368字节的数据存
储器（RAM）；高达256字节的EEPROM数据存储器。中断能力多达14个内部/外部中断源。该单片机具有8级硬件堆栈，上电复位电路（POR）及上电延时定时器（PWRT）和振荡器起振定时器（OST），带有片内RC振荡器的监视定时器（WDT）以保证可靠工作。它的可编程代码具有保护功能，省电休眠（Sleep）方式。还可选择不同的振荡器工作方式，有高速，低功耗CMOS FLASH/EEPROM技术。通过2个引脚可进行在线调试，编程只需要5V电源，通过2个引脚可进行在线调试，处理器有通道能对程序存储器进行读/写。单片机有宽范围的工作电压：2.0～5.5V，最大拉电流/灌电流可达25mA，一般符合商用级和工业级的工作温度范围。低功耗型：在4MHz时钟下，电源电压为5V时，典型工作电流值小于2ma；在32kHz时钟下，电源电压为3V时，典型工作电流值小于20μA；典型待命状态电流值小于1μA。
外围功能模块特性：
·定时器TMR0：带有8位定时器/计数器。
·定时器TMR1：带有前分频器的16位定时器/计数器，在休眠期间可通过外部晶振/时钟增量计数。
·定时器TMR2：带有8位周期寄存器.前分频器和后分频器的8位定时器/计数器。
·两个捕捉/比较/脉宽调制（PWM）模块。
·16位的捕捉输入的最大分辨率为12.5ns，16位的比较输出的最大分辨率为200ns，脉宽调制（PWM）输出的最大分辨率为10位。
·10位多通道模数转换器（A/D）。
·具有地址第九位检测的通用异步接收器和发送器（USART/SCI）。
·由外部RD.WR.和控制线CS的8位宽度的并行从动端口PSP（仅用于40/44引脚芯片）。
·用于锁定（Brown-out）复位（BOR）的锁定检测电路。
由以上对单片机的介绍可以看出，PIC单片机性能高，并且自身带有10位多通道A/D 转换器，在温度检测信号后就不需要设计专门电路来进行A/D转换，所以应用电路比较简单，因此在本设计中就选用了PIC16F877单片机。
第二节振荡器配置选择
在本次设计中，我们需要用到振荡器，下面对振荡器做个初步的了解介绍。
PIC16F87X系列芯片都能在4种不同的类型的振荡器方式下工作，用户可以通过对配置寄存器中的振荡器选择位FOSC1和FOSC0进行编程选择其中的一种工作方式[9]。
（1） LP方式：低功耗晶体振荡器方式；
（2） XT方式：晶体/陶瓷谐振器方式；
（3） HS方式：高速警惕/陶瓷谐振器方式；
（4） RC方式：阻容振荡器方式。
2.1 晶体振荡器/陶瓷谐振器方式
在LP、XT和HS方式中，都是用晶体振荡器/陶瓷谐振器接到芯片的OSC1和OSC2引脚上来建立振荡，见图3-2。PIC16F87X系列芯片的振荡器设计要求使用以平行方法切割的晶体,给出的频率才能在晶体制造厂家特性的范围之内;而用顺序方法切割的晶体，给出的频率不在晶体制造厂家特性范围之内。在这3种方式下，也可以用外部时钟源加在OSC1引脚上进行驱动，这时OSC2引脚可以直接开路，如图3-2所示。
注意：
（1）C1和C2的推荐值和测试范围内的值相同，见表4、表5为石英晶体振荡器的电容选择。
（2）采用偏大的电容值将有利于提高振荡器的稳定，但同时会增加起振时间；
（3）由于每一种陶瓷谐振器或晶体都有它自己的特性，最好要求制造厂商能提供所需要的最佳配合外部元器件的数值；
（4）为避免超过晶体驱动能力，可在HS和XT方式下加上串联电阻Rs。
图3-2 LP、XT和HS的石英/陶瓷振荡器
注：
（1）C1和C2的推荐值见表3-4和表3-5。
（2）对于AT方法切割的晶体需要接串联电阻Rs。
（3）RF随石英选择不同而变。
图3-3外部时钟输入工作方式
表 3-4陶瓷谐振器
表3-5石英晶体振荡器的电容选择
2.2 RC振荡器
对定时器要求不是很高的应用，可以采用低成本的RC振荡器方式。RC振荡器的频率是电源电压、振荡电阻、电容C的数值和工作温度函数，再加上由于制造中正常的工艺参数的变化，另外封装时引脚结构分布电容的差异也会影响振荡频率，特别是在采用的振荡电容值较小时，这种影响更明显。当然，用户还必须考虑所使用的振荡电阻和电容变化的影响，图3-6是PIC16F877芯片与外部振荡电容和电阻连接的电路图。
推荐值：3kΩ≤Rext≤≦100kΩ； Cext﹥20pF
图3-6 RC振荡器工作方式复位
PIC16F877芯片有以下几种复位方式：
（1）芯片上电复位（POR）；
（2）正常工作状态下通过在外部MCLR引脚上加低电平复位；
（3）在休眠状态下通过在外部MCLR引脚上加低电平复位；
（4）正常工作状态下监视器WDT超时溢出复位；
（5）在休眠状态下监视器WDT超时溢出复位；
（6）掉电锁定复位（BOR）。
有些寄存器的值不受任何一种复位操作的影响，当芯片上电复位时，它们的值是不确定的，并在其他形式的复位后其值保持不变。而其他大多数寄存器的上电复位、在正常工作期间用MCLR信号复位或WDT超时溢出复位，在休眠期间MCLR信号复位以及在掉电锁存复位后都会被复位成“复位状态”。但在休眠期间WDT超时溢出复位不会影响这些寄存器的值，这是因为这种复位被看成是一种正常的操作，故不应使任何寄存器的值发生变化。表3-7为不同复位方式下的上电延迟时间。表3-8为状态寄存器STATUS 中TO和PD位在不同复位方式下的不同的值，在软件中可以利用这些位来确定发生复位的方式。
表3-7不同情况下的上电延迟时间
表3-8状态寄存器STATUS的位和它们的意义
通过对以上进行分析说明，本设计选用了XT方式即晶体/陶瓷谐振器方式。石英晶体选用4MHz的ESC-40-20-1型，OSC1和OSC2的电容选择了30pF。
第三节温度采集电路模块设计
3.1 温度检测电路
温度是一种最基本的环境参数，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器；②模拟集成温度传感器；③智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正
目录 第一章课程设计要求及电路说明 (3) 1.1课程设计要求与技术指标 (3) 1.2课程设计电路说明 (4) 第二章课程设计及结果分析 (6) 2.1课程设计思想 (6) 2.2课程设计问题及解决办法 (6) 2.3调试结果分析 (7) 第三章课程设计方案特点及体会 (8) 3.1 课程设计方案特点 (8) 3.2 课程设计心得体会 (9) 参考文献 (9) 附录 (9)
第一章课程设计要求及电路说明 1.1课程设计要求与技术指标 温度控制器的设计 设计要求与技术指标： 1、设计要求 （1）设计一个温度控制器电路； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）撰写设计报告。 2、技术指标 温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯。
1.2课程设计电路说明 1.2.1系统单元电路组成 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。 1.2.2设计电路说明 主控制器：CPU是整个控制部分的核心,由STC89C52芯片连同附加电路构成的单片机最小系统作为数据处理及控制模块. 显示电路：显示电路采用4个共阳LED数码管，用于显示温度计的数值。报警电路：报警电路由蜂鸣器和三极管组成，当测量温度超过设计的温度时，该电路就会发出报警。 温度传感器：主要由DS18B20芯片组成，用于温度的采集。 时钟振荡：时钟振荡电路由晶振和电容组成，为STC89C52芯片提供稳定的时钟频率。
第二章课程设计及结果分析 2.1课程设计 2.1.1设计方案论证与比较 显示电路方案 方案一：采用数码管动态显示 使用一个七段LED数码管，采用动态显示的方法来显示各项指标，此方法价格成本低，而且自己也比较熟悉，实验室也常备有此元件。 方案二：采用LCD液晶显示 采用1602 LCD液晶显示，此方案显示内容相对丰富，且布线较为简单。 综合上述原因，采用方案一，使用数码管作为显示电路。 测温电路方案 方案一：采用模拟温度传感器测温 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。 方案二：采用数字温度传感器 经过查询相关的资料，发现在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 综合考虑，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.1.2设计总体方案 根据上述方案比较，结合题目要可以将系统分为主控模块，显示模块，温度采集模块和报警模块，其框图如下：
华北科技学院课程设计报告 简易温度监控电路设计报告 一、设计要求 (1)当水温小于50℃时，H1、H2两个加热器同时打开，将容器内的水加热； (2)当水温大于50℃，但小于60℃时，H1加热器打开，H2加热器关闭； (3)当水温大于60℃时，H1、H2两个加热器同时关闭； (4)当水温小于40℃，或者大于70℃时，用红色发光二极管发出报警信号； (5)当水温在40℃～70℃之间时，用绿色发光二极管指示水温正常； (6)电源：220V/50HZ的工频交流电供电。 二、设计作用、目的 设计并制作一个温度监控系统，用温度传感器检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定范围之内。 三、设计的具体实现 1.系统概述 设计思路：系统主要要求将温度信号转化为电压信号，再将其转化为控制信号，从而对外部加热电路进行控制，从而自动的调节水温。 设计方案：采用热敏电阻根据温度的变化来引起电压的变化，再利用比较运算放大器与设置的温度值所对应的电压进行比较，输出高电平或低电平从而对控制对象进行控制。其可分为三大部分：测温电路，比较显示电路，控制电路。
华北科技学院课程设计报告 图1 温度控制系统组成图 由上面的拓扑图可知，本温控系统主要由三部分组成，分别是测温部分,根据所测量 的温度与给定值进行比较部分，比较后的得出的信号返至加热部分，得以让加热部分调控水温，达到对水温控制的目的，同时也反应到显示部分，让其正确的表达温度的状态。 系统工作原理：想要让系统正常稳定地工作，必须要有一个关于温度的准确信号值，为了使信号输出误差很小，可以选用桥式测压电路，这样可以得出稳定的与温度相对应的电压值。关于运放的选用可以使用LM324或者TL082。关于比较部分可以用电位器来调节上下限电压，通过电压的不同来开关三极管，以达到使绿色和红色二极管根据不同温度亮灭的目的。同时也可根据第一部分输出的电压通过运算放大器的放大来控制继电器以达到控制外电路的目的。通过对电路的通盘考虑，使用LM324比较容易实现第一部分的功能，同时根据采购的局限，正热敏电阻可以使用50Ω的滑动变阻器代替，至于继电器和外部电路，可以用二级管将其代替，用二极管的亮灭来表示其是否正常工作，这样安排可以节省电路板的使用空间，而且可以有效且方便地调试工作。 比较部分 给定值 加热部分 水温 测温部分 显示部分
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
简易水温控制器设计报告 目录 一．设计要求 (2) 二．设计作用、目的 (2) 三.设计的具体实现 (3) 1.系统概述 (3) 2.单元电路设计、仿真与分析 (4) 四.心得体会及建议 (21) 五.附录 (23) 六.参考文献 (25)
简易水温控制器设计报告 一．设计要求 设计一个简易的水温控制器，在市电的情况下，能够检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定的范围之内。 （1）.当温度小于t1时，两个电阻丝同时通电加热，将容器内的水加热； （2）.当水温大于t2，但小于t1时，仅一根电阻丝通电加热； （3）.当水温大于t2时，两根电阻丝都不通电； （4）.用显示电路显示出开关通断情况； （5）.电源：220V/50HZ的工频交流电供电； （6）.根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程； （7）.利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。 二．设计作用、目的 模拟电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过课程设计，要求达到以下目的。 （1）.通过水温控制器的设计，使我们能够巩固和加深对模拟电子电路基本知识的理解，了解日常电子产品的设计与应用； （2）.培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。 （3）.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元
器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （4）.了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。 三.设计的具体实现 1.系统概述 水温控制器电路的总体框图如图所示。它由水温检测电路、比较电路、电阻丝开关电路，显示电路和电源电路5部分组成。 图1 简易水温控制电路的总体框图 水温检测电路的功能是利用温度传感器的特性检测水温的变化，在这里利用可变电阻代替热敏电阻，同时将温度信号转化为电信号。比较电路的功能是利用比较器的原理实现水温范围的确定，同时利用滞回比较器的迟滞特性来避免跳闸现象。电阻丝开关电路的功能是完成控制电路和对水温的加热。显示电路的功能是利用发光二极管将电阻丝通电与否显示出来。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。
目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
计算机硬件（嵌入式）综合实践 设计报告 温度检测系统设计与制作
一．系统概述 1. 设计内容 本设计主要从硬件和软件部分介绍了单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以AT89S52单片机为核心, 同时利用DS18B20温度传感器采集温度，采用4位LED 显示管实施信息显示。 AT89S52单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行实时采集与检测。本设计介绍的单片机自动控制系统的主要内容包括：系统概述、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、部分软件设计及主要技术性能参数。 2. 元器件选择 单片机AT89S52：1个 22uF电容：2个 电阻：1个 万能板：1个 杜邦线：若干 单排排针：若干
DS18B20温度传感器：2个 4位LED显示管：1个 二．软件功能设计及程序代码 1.总体系统设计思想框图如下： 单片机应用 软件调试 软件编程 系统测试和调试 系统集成 硬件调试 选择单片机芯片 定义系统性能指标 硬件设计 2.主程序流程图 3.DS18B20数据采集流程图
4.程序代码 ①、温度记录仪 #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> bit rec_flag=0;.",1); display(l2," ",1); eeprom_format(); display(l1,"Format Successed",1); longdelay(3); break; } if(ser_rec=='N') break; if(autobac_tim>10) break; } autobac_tim=0; break; case 'D':",1); display(l2," ",1); RDTP=512;",1); display(l2," ",1);
课程设计报告 课题多路温度检测、显示与报警系统设计小组成员 指导老师
目录 一、前言2222222222222222222222222222222222222222222222221 二、方案论证222222222222222222222222222222222222222222221 2.1测温元件的选择2222222222222222222222222222222222221 2.1.1热电偶和热电阻的选择222222222222222222222222221 2.1.2热电偶的分类22222222222222222222222222222222222 2.2采集模块的选择2222222222222222222222222222222222223 2.2.1多功能采集卡22222222222222222222222222222222223 2.2.2 USB采集卡2222222222222222222222222222222222224 2.2.3采集模块ADAM-4000系列2222222222222222222222224 2.2.4采集模块ADAM-5000系列2222222222222222222222225 三、硬件电路设计22222222222222222222222222222222222222222226 3.1系统结构方框图2222222222222222222222222222222222227 3.2采集模块与主机电路222222222222222222222222222222227 3.3采集模块与设备电路222222222222222222222222222222228 四、软件设计222222222222222222222222222222222222222222222229 4.1组态界面的设计2222222222222222222222222222222222229 4.2报警系统的设计2222222222222222222222222222222222229 4.3实时温度数据曲线的设计22222222222222222222222222211
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日
郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日
本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器
单片机课程设计 说明书 专业：机械设计制造及其自动化 设计题目：智能温控器 设计者： 指导老师： 设计时间：
一、课题名称：一个基于51单片机的智能温控器课程 设计 二、主要技术指标及工作内容和要求：本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子 器件设计，一个电源开关，两个控制温度设定按键（增大/减小），四位数码管分别显示设 定温度和实际温度，量程为0~99度，打开电源开关后设定温度初始化为26度。 1，按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT1。 2，采用铂电阻（Pt100)温度传感器进行温度测量，模数转换采用ADC0809。 3，单片机根据设定温度S和实测温度P控制继电器R的动作，死区设为2度：当P<=S-1时，控制R接通电加热回路; 当P>S+1时，控制R断开电加热回路； 当S-1 摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could 目录 一、设计任务与设计要求 (1) 二、设计原理 (1) 2.1 主要硬件介绍 (1) 2.1.1 DS18B20数字温度传感器 (1) 2.1.2 AT89C51单片机芯片 (3) 2.2 系统原理结构 (3) 三、设计方案 (4) 3.1 硬件部分 (4) 3.1.1 温度测量模块 (4) 3.1.2 LED数码管显示模块 (4) 3.1.3 按键模块 (5) 3.1.4 系统整体结构仿真图 (5) 3.2 软件部分 (5) 3.2.1DS18B20传感器程序 (5) 3.2.2键盘读取及确认程序 (7) 3.2.3DS18B20操作流程图 (8) 四、调试与性能分析 (9) 4.1 proteus仿真结果 (9) 4.2实物测试 (9) 4.2.1正常情况 (9) 4.2.2报警状态 (10) 五、心得体会 (10) 六、成品展示 (11) 七、附录部分 (12) 附件一、电路设计原理图 (12) 附件二、系统设计原始代码程序 (13) 一、设计任务与设计要求 本设计主要利用单片机AT89C51 芯片和以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20相结合来实现装置周围温度的采集，其中以单片机AT89C51 芯片为核心，辅以温度传感器DS18B20和LED数码管及必要的外围电路，构成一个结构简单、测温准确、具有一定控制功能的温度监视警报装系统。 功能要求： 添加温度报警功能，通过4个按键来设置温度的上下限值，当用DS18B20 测得的温度不在所设置的温度范围内，蜂鸣器开始鸣报。 二、设计原理 2.1 主要硬件介绍 2.1.1 DS18B20数字温度传感器 DS18B20 数字温度传感器提供9~12 位摄氏温度的测量，拥有非易失性用户可编程最高与最低触发点告警功能。DS18B20 通过单总线实现通信，单总线通常是DS18B20连接到中央微控制器的一条数据线（和地）。它能够感应温度的范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃的测量的精度是±0.5℃，而且DS18B20 可以直接从数据线上获取供电（寄生电源）而不需要一个额外的外部电源。 DS18B20 使用DALLAS 独有的单总线（1—wire）协议使得总线通信只需要一根控制线，控制线需要一个较小的上拉电阻，因为所有的期间都是通过三态或开路端口连接在总线上的（DS18B20 是这种情况）。在这种总线系统中，微控制器（主器件）识别和寻址挂接在总线上具有独特64 位序列号的器件。因为每个器件拥有独特的序列号，因此挂接到总线上的器件在理论上是不受限制的，单总线（1-wire）协议包括指令的详细解释和“时隙”。这个数据表包含在单总线系统（1-WIRE BUS SYSTEM）部分。DS18B20 的另外一个特征是能够在没有外部供电的情况下工作。当总线为高的时候，电源有上拉电阻通过DQ 引脚提供，高总线信号给内部电容（Cpp）充电，这就使得总线为的时候给器件提供电源，这种从单总线上移除电源的方法跟寄生电源有关，作为一种选择，DS8B20 也可以采用引脚VDD 通过外部电源给器件供电。 DS18B20 引脚定义： (1) GND为电源地； (2) DQ为数字信号输入/输出端； (3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地） 图2.1.1 DS18B20 引脚排列图 基于单片机的多路温湿度检测系统设计 潘磊 （天津冶金职业技术学院电气工程系，天津300400） 摘要：介绍了以C8051F120单片机和PC 机为核心的温湿度检测系统，论述了系统的组成，各模块硬件电路设计以及系统上位机、下位机的软件设计。系统下位机实时收集多路SHT71传感器采集的数据并显示上传，上位机利用VB 中MSComm 控件完成数据接收和处理，实现了对环境温湿度的现场显示和远距离控制。 关键词：温湿度检测；C8051F120；SHT71；VB 中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2013）01-0065-02 随着社会生产的不断发展进步,许多工农业生产过程以 及民用场合都需要对环境的温度和湿度进行检测并控制，比 如：粮仓、温室蔬菜大棚、通信基站、电力变电房、药厂、图书馆、 博物馆等。为此本文设计了一个系统实现对环境温度湿度的 检测控制。 1系统结构 本系统主要由电源模块、单片机系统、键盘及LCD 显示 模块、温度湿度传感器采集模块、时钟芯片模块、语音报警模 块、通信模块以及上位机系统组成。系统能够实时采集四处 检测环境的温度和湿度，并把采集数据显示在LCD 屏上，通 过键盘预先设置温湿度上下限数值，当所检测的温度或湿度 超过所设定的数值语音报警模块报警。同时，下位机上传温 度湿度数据，上位机对数据进行存储、显示以及数据分析。系 统框图如图1 所示。 图1系统框图 2系统硬件设计 2.1单片机系统 本系统选用Cygnal 公司的C8051F120单片机作为核心 处理器，此款单片机有64位I/O 口，满足本系统外设较多的需 求，减少系统I/O 扩展，也为增加检测通路和系统扩展预留接 口。单片机峰值处理速度达到100Mips ，大大提高了系统的实 时性，内部带有128KB FLASHROM 能够满足多路实时数据 的大容量存储，集成2个UART ，1个I 2C ，1个SPI 接口便于与 外围设备及上位机传输数据。 2.2温度湿度传感器采集模块 传统模拟式温湿传感器的测量精度和分辨率很低，只有 1%左右，同时要获得高精度还需要更高精度的基准电压。另 外，所测得的模拟量还要进过A/D 转换才能送入微处理器 进行处理。为避免上述问题本系统采用全校准数字输出相 对湿度和温度传感器SHT71，与单片机接口电路图如图2所 示。图2 温度湿度传感器采集模块图3LCD 显示模块为了实现多点同时测量减少采集等待时间，同时尽量少的占用I/O 口资源，本系统将SHT71的时钟线SCK 都连接到P1.0口，数据线DATA 分别连接到P1口其他4个I/O 口上，并在数据线DATA 端加入上拉电阻。通过软件程序写入命令 即可完成温湿度数据采集，但传感器输出的测量量并不是实 际值，还需进行数据转换。２０１３年第１期 （总第１２３期）２０１３（Ｓｕｍ．Ｎｏ１２３） 信息通信INFORMATION &COMMUNICATIONS 基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。 基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。 3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路 智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间: 目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第1 页（二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第3 页（三）软件设计------------------------------------------------------第3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第5 页（二）步进电机电路------------------------------------------------- 第5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页（四）晶振复位电路--------------------------------------------------第7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第7 页 四、参考文献-------------------------------------------第8 页附录：程序清单------------------------------------------第8 页 基于单片机的多路实用温度监测系统的设计与实现[摘要] 目的研究一种基于AT89S52单片机的多路温度监测系统，用于监测环境温度。方法多路温度监测系统由主控制器、温度采集电路、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路组成。系统利用单片机AT89S52做控制及数据处理器、智能温度传感器DS18B20做温度检测器、LED数码显示管做温度显示输出设备。结果系统经过测试，测温围大（-50~+110℃），测量精度高（误差在1℃以）。结论硬件电路比较简单，成本较低，读数显示直观，使用方便。 [关键词] 温度监测系统；温度传感器；单片机 0 前言 温度是一种最基本的环境参数，与人们的生活息息相关，在工农业生产和日常生活及医疗环境中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。因此，研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 温度测量的关键装置是温度传感器，温度传感器的发展经历了3 个发展阶段：传统的分立式温度传感器；模拟集成温度传感器；智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。为此，本研究设计并开发了基于AT89S52 单片机的多路温度监控系统。 1 多路温度监控系统硬件电路设计与实现 按照系统设计功能的要求，系统由5 个模块组成：主控制器、温度采集电路、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路。数字式多路温度采集系统总体电路结构框图，见图1。 图1 多路温度监控系统结构框图 由图可知，智能温度传感器（DS18B20）[1-2] 采集环境温度并进行简单的模数转换；单片机（AT89S52）[3-5]执行程序对温度传感器传输的数据作进一步的分析处理，转换成与环境对应的温度值，通过I/O 口输出到数码显示管（LED）显示；由按键输入控制选择某采集电路检测温度及显示；报警电路对设定的最高和最低报警温度进行监控报警。 1.1 温度采集电路 一般的温度采样处理电路由温度传感器、放大电路、A/D 转换电路等组成。采用分块结构的温度采样处理电路，其硬件电路结构复杂，也不便于数据的处理。采用智能温度传感器采样处理电路，能够方便地进行温度的采集及简单的数据处理。并且可以达到设计的技术指标要求。本系统选择智能温度传感器DS18B20 作为温度采集电路的核心器件，由DS18B20 及辅助电路构成温度采集电路，见图2。 基于单片机的温度控制系统设计报告 智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间: 目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第 1 页 （二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第 3 页 （三）软件设计------------------------------------------------------第 3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第 5 页 （二）步进电机电路------------------------------------------------- 第 5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页 （四）晶振复位电路--------------------------------------------------第 7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第 7 页 四、参考文献-------------------------------------------第 8 页 附录：程序清单------------------------------------------第 8 页温度控制系统毕业设计
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