计算机控制技术
成绩评定表
设计课题：基于单片机的电阻炉温度控制系统设计学院名称：电气工程学院
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：王黎
设计地点：中原路校区2号楼421
设计时间：2011.6.27～2011.7.03
计算机控制技术课程设计课程设计名称：基于单片机的电阻炉温度控制系设计专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：王黎
设计地点：中原路校区2号楼421
课程设计时间：2011.6.27～2011.7.03
计算机控制技术课程设计任务书
目录
1引言 (5)
1.1课题背景 (5)
1.2系统功能 (5)
2系统组成框图及工作原理 (6)
3系统硬件设计 (7)
3.1系统硬件设计方案 (7)
3.2温度传感器模块 (8)
3.3数据处理模块 (9)
3.4温度显示模块 (10)
3.5温度控制模块 (12)
3.6控制算法 (14)
4软件设计 (16)
4.1系统主程序 (16)
4.2温度采集子程序 (18)
总结 (19)
参考文献 (20)
附录 (21)
引言
1.1课题背景
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在许多工业场合中都是重要的环节，水温的变化影响各种系统的自动运行，例如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于超过适宜范围的温度能够报警。
单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法。从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。
本毕业设计选择研究水温控制系统，采用单片机进行控制的水温自动控制电路，使系统能简单的实现温度的控制及显示，STC89C52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来，并且通过软件编程能实现各种控制算法，使系统具有控制精度高的特点，对实现对水温的自动控制，具有重大的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发，同样能用于工厂多点温度的控制，提高工业企业自动化水平。
1.2 系统功能
本系统实现其具体控制功能如下：
（1）能够连续测量水的温度值，可用1602LCD液晶来显示水的实际温度。
（2）能够设定水的温度值，设定范围是30℃～90℃。
（3）用单片机STC89C52控制，通过按键来控制水温的设定值，并保持恒定不变。
（4）误差≤1℃。
2系统组成框图及工作原理
本温度控制系统按功能分主要包括四个模块：温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/按键模块和温度控制模块。
首先由温度传感器DS18B20，对炉内温度进行实时采样并将数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行设置，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行对比运算，根据控制算法，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。
系统原理图如图1所示，从图中可以直观地看出四个主要模块的工作过程，系统通过键盘将数据传送给单片机，并由LCD显示器显示当前水温和设定水温值，温度控制模块和温度采集模块共同形成闭环控制。
图1 系统原理图
3系统硬件设计
3.1系统硬件设计方案
系统硬件原理图如图2所示，系统集成了数据处理模块、温度显示/键盘模块、温度传感器模块、温度控制模块。
图2硬件原理图
3.2温度传感器模块
温度传感器模块采用DS18B20，主要功能是实时将水温温度数据返回单片机，将模拟信号转换为数字信号，便于数据处理与决策，由于此模块直接决定整个系统能否正常运行，所以是系统的核心模块。
3.2.1DS18B20基本知识
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
3.2.2DS18B20产品的特点
（1）只要求一个端口即可实现通信。
（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
（4）测量温度范围在－55℃到＋125℃之间。
（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
（6）内部有温度上、下限告警设置。
3.2.3DS18B20的引脚介绍
DS18B20的引脚排列见图3.2，其引脚功能描述见表1。
图3.2底视图
表1 DS18B20详细引脚功能描述
3.2.4温度采集模块电路图
本设计采用数字传感器DS18B20，DS18B20是一种可组网的单线数字温度传感器，它采用单线总线结构，集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，用一根I/O线就可
以传送数据与命令，其温度测量范围为-55℃~+125℃，精度为±0.5℃，使用中无需外部器件，可利用数据线或外部电源提供电能，供电电压范围为3.3~5.5V，通过编程实现9~12位分辨率读出温度数据。
使用时，将DS18B20的数据DQ与单片机的一位具有三态功能的双向口连接就可以实现数据传输，为保证在有效的时钟周期内提供足够电流，采用外部电源单独供电，在数据线上加一个6.8KΩ的上拉电阻。
具体接线如图3所示：
图3温度采集模块电路图
3.3数据处理模块
单片机是温度控制系统的核心部件，负责数据处理，分别控制显示模块、温度控制模块和温度采集模块，由于数据大于5K，所以选用内存量为8K的STC89C52单片机。
STC89C52引脚图如图4所示：
图4 STC89C52引脚图
3.4温度显示模块/键盘模块
此模块由显示部分和设定部分组成，显示部分采用LCD1602液晶显示器，显示2行，每行16个字符，可显示字符和数字，显示内容丰富，此部分作用是实时显示电阻炉当前温度和设定温度。
设定部分主要是键盘输入，此部分主要由三个按键组成，PLAS为加，SUBS为减，START 为开始，当系统启动时，默认设定温度为30℃，当按下PLAS时设置水温增加，按下SUBS 时设置水温减小，按下START开始加热。
3.4.1温度显示部分
LCD1602 简介
液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。本系统采用LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。
LCD1602管脚图如图5所示：
图5 LCD1602管脚图
3.4.2温度显示/键盘模块电路图
第1脚：VSS为电源地
第2脚：VDD接5V电源正极
第3脚：VEE为液晶对比度调整端，接正极时对比度弱，接负极时对比度高。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选数据寄存器、低电平时选指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。此处为P0口输出，因为P0口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动LCD液晶显示屏。
温度显示模块的电路图如图6所示：
图6 温度显示模块
3.5温度控制模块
此模块是系统的执行机构，将单片机端口输出的PWM方波通过光电耦合器精确转化成可控硅的开断，从而控制电热丝功率的变化。
3.5.1可控硅BTA16
一种以硅单晶为基本材料的P1、N1、P2、N2四层三端器件，创制于1957年，由于它
特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅T。又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅SCR。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称“死硅”）更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流将降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件。可控硅结构示意图和符号图如图7所示。
图7 可控硅结构示意图和符号图
3.5.2温度控制模块电路图
此部分电路主要由光电耦合器和可控硅组成，光电耦合器与单片机端口相连，可以根据端口信号的变化迅速做出反应，延时时间短。由于单片机的端口电压不足以驱动光电耦合器，故令其低电平触发，外加上拉电阻。
与外部电阻炉相连的部分是可控硅，与光电耦合器配合输出，以弱电控制强电，控制电阻炉的开断频率，以达到加热目的。
由主控单片机运算输出脉冲宽度可调的PWM波用于双向可控硅在1s内的导通和关断数从而调节输出给电炉的功率，这样使得水温稳定在设定值上。
接线图如图8所示：
图8 温度控制模块设计电路图
3.6控制算法
由于此温度控制系统并没有冷却装置，所以根据实际情况判断，水温不能存在超调现象，温度值必须要求从低到高逐渐逼近设定值。
当设定温度和实际温度的差值的绝对值小于10℃时，则立即跳入相应PWM值控制热阻进行加热。当设定温度和实际温度的差值的绝对值大于10℃，热阻持续加热。当设定温度小于实际温度则立即停止加热。
热电阻加热的过程中，被加热的水向上流动，导致炉子上部的温度大于下部温度，如果将传感器放在底部，则当温度到达设定温度时，冷热水充分混合之后往往大于设定温度，如果将传感器放在顶部，加热过程中顶部的水先到达指定温度，等冷热水混合之后实际温度会小于设定温度。
最终将温度传感器放在炉子的上部，但是根据水温上升的规律，设定温度和实际温度一度如果按照线性升温的话，会使温度超过设定值而产生偏差，因为加热停止的时候还会产生一部分热量，此热量还会使水温上升。所以在相差一度的时候减小PWM低电平时间会使温度值更精确，所以经过反复测试，最后设定温度和实际温度相差1℃时高电平时间设定为50ms。
在表2中T表示设定温度与实际温度之差，t表示PWM一个周期内的低电平时间。
控制算法如表2所示：
表2 控制算法表
4软件设计
4.1系统主程序
软件设计的主要思想就是DS18B20温度检测，控制加热控制组件对水温进行恒定控制，并且将温度在LCD上显示。还可通过键盘控制设定温度的增加和减少。主程序主要包括系统初始化、采样温度值、扫描键盘以及实时显示模块等。由于本设计设有键盘和显示子程序，实验结果一目了然。主程序的流程图如图 4.1所示：
图4.1主程序流程图
4.2温度采集子程序
温度测量通过DS18B20数字温度传感器测量水槽温度，将水槽温度值转化为数字量接入STC89C52单片机中。在通过与控制温度比较对可控硅进行控制。
温度采集的流程图如图4.2所示：
图4.2 温度采集流程图
总结
计算机课程设计已经完成，但是学习没有结束，在这次课程设计里面，不仅仅是设计一样东西，更多的是学习一种态度，对生活，对学习，不能只单单考虑一件事，一个方面，而是要更多的方面来思考，尽可能完善它，充实它，让它体现出一种人性化出来，让你学会一种态度，首先明确要做的是什么，然后开始思考设计思路，设计方法，然后一步一步把它实践出来，然后再看哪里不够完善，仔细修正，才能做出好的东西出来。
通过这次实践的机会，我能够初步掌握一些设计的基本思路，对单片机这门课程有了一定的认识，不能仅仅看做成一门设计编程的课本，他更多的是一种指示的意思，然你学会综合分析的思路，让你能够成站起来的一门课程，每门课程开出来总有一定的道理，它既然放在大三下学期，就是让你对未来有一定的认识，不能只是一个单一的设计人员，更多的是要综合考虑一件事物，这样才能更好的融入进去。
感谢老师提供了这次课设的机会，我们能够更好的系统的学习一门课程，能够更好的理解本专业的相关知识，也能更好的面对后面的学习与生活。由于之前也做过类似的课程设计，所以为这次设计奠定过一定的基础。但对于我来说，收获最大的算是方法和能力，分析和解决问题的能力。在整个课程设计的过程中，我发现在经验方面还是有点缺乏，理论的知识不足，有些东西与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！
参考文献
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[12] 马云鹏，陆宝春，张世琪．智能仪器中的误差处理[J]．自动化与仪器仪表，
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目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)
智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）
本科学年论文（设计） 蔬菜大棚温控系统设计 系别信管系专业电子信息工 程 届别2012级班级12级电子信息工程 学生姓名唐姣学号2012550525 指导教师刘超群职称副教授 二O一五年六月
摘要 温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。主要介绍一种基于ST89C52单片机的温室蔬菜大棚温度控制系统，系统利用DS18B20温度传感器实现对温室大棚温度的测量，通过按键设置需要报警的上下限值。实验证明，该系统具有性价比高，使用寿命长等优点，具有一定实用价值。 【关键词】温度控制；继电器；温度检测
Abstract Temperature control is the most important vegetable greenhouse management factor, the temperature is too high or too low, will affect the growth of vegetables. Mainly introduces a control system based on the temperature in of the vegetable greenhouses in SCM st89c52, system using DS18B20 temperature sensor to realize the greenhouse temperature measurement, through the key set to alarm limit value. Experiments prove that the system has the advantages of high performance ratio, long service life, etc., and has some practical value. [Keywords]Temperature control; Relay; Temperature detection
文献综述 题目基于单片机的温度控制 系统设计 学生姓名 X X X 专业班级自动化07-2 学号20070x0x0x0x 院（系） xxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师 x x x 完成时间 2011年06月10日
基于单片机的温度控制 系统设计文献综述 1．前言 温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。而且随着现代工业的发展，人们需要对工业生产中有关温度系统进行控制，如钢铁冶炼过程需要对刚出炉的钢铁进行热处理，塑料的定型及各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行实时监测和精确控制。而有很多领域的温度可能较高或较低，现场也会较复杂，有时人无法靠近或现场无需人力来监控。如加热炉大都采用简单的温控仪表和温控电路进行控制, 存在控制精度低、超调量大等缺点, 很难达到生产工艺要求。且在很多热处理行业都存在类似的问题，所以，设计一个较为通用的温度控制系统具有重要意义。这时我们可以采用单片机控制，这些控制技术会大大提高控制精度，不但使控制简捷，降低了产品的成本，还可以和计算机通讯，提高了生产效率. 单片机是指芯片本身，而单片机系统是为实现某一个控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统，这是单片机应用系统。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的
多片微机应用系统。 2．历史研究与现状 在工业生产温控系统中采用的测温元件和测量方法不相同，产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同，因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。 通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其主回路由接触器控制时因为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几度甚至十几度以上。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解决的方案： （1）主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高，常在±2℃以内，优势是采用模糊控制与PID 控制相结合，对控制范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性。 （2）采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D 转换采集温度的思路。用单片机对数字进行处理和控制,通过RS - 232 串口传到PC 机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和下限。其优势是结构简单，编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。 （3）ARM(Advanced RISC Machine)嵌入式系统模糊温度控制。利用ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统μCLinux获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机
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。
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
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。
高温箱式电阻炉温度控制器介绍 本章主要介绍电阻炉温度过程控制中，常用的位控、晶闸管调节器及变压器等几种控制方法，并对计算机和可编程控制器在电阻炉控制系统中的应用、PID控制原理也作了简单介绍。 电阻炉的温度控制，就是根据实际温度与设定温度的偏差，改变炉子的加热功率，使炉子温度在设定温度范围之内，满足加热工艺要求。加热功率的大小决定了炉子温度的高低和升温速度的快慢，加热功率的稳定性决定了宏达炉业电阻炉温度的稳定性。改变加热功率的方法很多，常见的有位式、晶闸管调节器和电炉变压器控制方式等，采用何种加热方式由炉子的结构、用途和温度的高低决定。 电阻炉的温度控制无论采用哪种控制方式，其控制过程基本是相同的，总是包括温度测量、温度控制器、加热驱动部件、电热元件以及辅助电路等 (1)温度测量。电阻炉的温度测量通常采用热电偶温度传感器和光电高温计，一般情况下采用热电偶进行接触式侧量，当温度较高时则必须选用辐射型光电测温计进行非接触时测量。 (2)温度控制器。温度控制器也就是常说的温度控制仪表，其作用是一方面显示温度传感器或变送器送来的温度信号;另一方面把测量的温度值与设定值进行比较，输出温度控制信号。在电阻炉温度控制中，如果控制精度要求不高，可采用模拟位控温度控制器，否则采用数字式智能温度控制仪表，目前后者应用较多。 (3)加热驱动部件。加热驱动部件起着功率放大的作用，把温度控制信号的变化转换为加热功率的变化，给电热元件加热，达到改变炉子温度的目的。加热驱动部件是影响温度控制方式的主要因素之一，常用的有接触器、固态继电器、晶闸管调节器以及变压器等。 (4)电热元件。电热元件是把电能转化为热能的部件，主要有非金属、金属合金及纯金属三种类型。 (5)辅助电路。辅助电路是指除加热主电路以外的电路，包括辅助装置的动作、工作状态的指示以及安全互锁保护等。
课程设计报告设计名称基于单片机的智能温控系统的设计与实现 学校陕西电子科技职业学院 学院电子工程学院 学生姓名王一飞 班级1507 指导教师聂弘颖 时间2017年10月23日
一、概述 随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制，而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。 本项目设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：被控温度范围可以调整，初始范围25<=T<=35。如果被测温度在25度到35度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于25度，则既加热，又报警；如果被测温度大于35度，则报警，不加热。 数码管显示温度，温度精确到整数。 二、方案设计 采用单片机+单总线DS18B20的方案，其中单片机采用51兼容系列 三、详细硬件设计及原件介绍 3.1 单片机最小系统 在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是：STC89C52RC,内部资源有：8KB FLASH ,512B SRAM,4个8位I/O,2个TC,1个UART，带ISP和IAP功能。是近年来流行的低端51单片机。时钟电路采用12.0M晶体，复位电路采用简单的RC复位电路。R=10K,C=10uF，详细电路见总体原理图 3.2 DS18B20简介 DS18B20是采用“1-wire”一线总线传输数据的集成温度传感器，信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线。可采用外部电源供电，也可采用总线供电方式，此时，把VDD连接在一起作为数字电源。 因为每一个DS18B20有唯一的系列号（silicon serial number）,因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上，这允许在许多地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测。 3.2 DS18B20与单片机接口
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
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
基于单片机的智能温控系统的设计与实现 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
课程设计报告设计名称基于单片机的智能温控系统的设计与实现 学校陕西电子科技职业学院 学院电子工程学院 学生姓名王一飞 班级1507 指导教师聂弘颖 时间2017年10月23日
一、概述 随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制，而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。 本项目设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：被控温度范围可以调整，初始范围25<=T<=35。如果被测温度在25度到35度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于25度，则既加热，又报警；如果被测温度大于35度，则报警，不加热。 数码管显示温度，温度精确到整数。 二、方案设计 采用单片机+单总线DS18B20的方案，其中单片机采用51兼容系列 三、详细硬件设计及原件介绍 单片机最小系统 在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是：STC89C52RC,内部资源有：8KB FLASH ,512B SRAM,4个8位I/O,2个TC,1个UART，带ISP和IAP功能。是近年来流行的低端51单片机。时钟电路采用晶体，复位电路采用简单的RC复位电路。 R=10K,C=10uF，详细电路见总体原理图
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
合肥工业大学 《计算机控制技术》课程设计 ——电阻炉温度控制系统设计 学院专业 姓名 学号_______ ________ _ 完成时间
摘要：电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。间接加热式电阻炉，就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。直接加热式电阻炉，是将电源直接接在所需加热的材料上，让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。工业电阻炉，大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛。 关键词：炉温控制；高效率；加热 一、总体方案设计 本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。 1、设计内容及要求 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220V交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。 2、工艺要求及要求实现的基本功能 本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度；电炉额定功率为20 kW；）恒温正常工作温度为1000℃，控温精度为±1%；电阻炉温度按预定的规律变化，超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性；具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±1℃；具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。 3、控制系统整体设计 电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成。系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器，再根据系统控制要求，选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。控制系统组成框图如图11-1所示。采用热电偶
综合实验报告 实验题目：智能温控风扇 学生班级: 电子14-2 学生姓名: 学生学号： 38 指导教师： 实验时间: 2016-9-15
智能温控风扇的设计 摘要 基于检测技术和单片机控制技术，设计了一种智能温控调速风扇。阐述了智能温控调速风扇的工作原理、硬件设计、软件实现的过程。系统原理简单，工作稳定，成本低，具有一定的节能效果。 通过单片机的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，系统初始化默认的设定温度为25度，如果外界温度高于设定温度电风扇进行运转，如果外界温度高于低于设定温度则风页不转动，同时显示外界的温度。可以设置所需的温度，并同时显示所设定的温度，同时按加减键退出设定功能。 电风扇的自动控制，让电风扇这一家用电器变的更智能化。克服了普通电风扇无法根据外界温度自动调节转速困难。智能电风扇的设计具有重要的现实意义。 关键词AT89C52/温度传感器/直流电机/模拟风扇
1.1 引言 生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上了空调，但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。 2 整体方案的设计思路 2.1 系统整体设计 本设计的整体思路是：利用温度传感器DS18B20检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理，在LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值，一个提高预设温度，另一个降低预设温度值。系统结构框图：如图2-1所示。
用单片机做温控系统的程序谁懂？ 我去年做了一个差不多的，也是报警控制的，你借鉴一下吧： 软件设计： 有两个文件，DS18B20.c和DS18B20.h，将这两个文件添加到工程里即可。 DS18B20.c： /****************************************************************** 程序名称：DS18B20温度测量、报警系统 简要说明：DS18B20温度计，温度测量范围0~99.9摄氏度 可设置上限报警温度、下限报警温度 即高于上限值或者低于下限值时蜂鸣器报警 默认上限报警温度为32℃、默认下限报警温度为10℃ 报警值可设置范围：最低上限报警值等于当前下限报警值 最高下限报警值等于当前上限报警值 将下限报警值调为0时为关闭下限报警功能 ******************************************************************/ #include #include "DS18B20.h" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char //宏定义 #define SET P3_1 //定义调整键 #define DEC P3_2 //定义减少键 #define ADD P3_3 //定义增加键 #define BEEP P3_7 //定义蜂鸣器 #define J DQ P3_5 bit shanshuo_st; //闪烁间隔标志 bit beep_st; //蜂鸣器间隔标志 s bit DIAN = P2^7; //小数点 uchar x=0; //计数器 signed char m; //温度值全局变量 uchar n; //温度值全局变量 uchar set_st=0; //状态标志 signed char shangxian=70; //上限报警温度，默认值为70
温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；