基于51单片机智能温度控制器系统设计毕业设计论文

长春科技学院

毕业设计 (论文)

基于51单片机智能温度控制器系统设计

摘 要

温度是工业生产和日常生活中最常见的参数之一，对温度的精确测量和控制具有重要意义。为此，本文以AT89S51单片机为处理核心进行了智能温度监控系统的下位机设计，详细阐述了系统的硬件及软件设计方法。该设计使用DS18B20数字式温度传感器进行多点测温，通过RS232串口实现单片机与PC机之间的数据交换，实现各温度点的实时测温及根据上位机的温度设定值完成对其中一点温度的控制。此系统具有测温电路简单、连接方便、转换速度快、为上位机监控部分可实时传送温度信号、控制精度高等优点，因此，具有较广泛的应用前景。

关键词： AT89S51；智能温度测量控制；DS18B20；RS232

Abstract

Temperature is one of the most familiar parameters in the industrial

production and

daily life. Therefore, this paper designs the under-bit machine of

multi-point temperature monitoring system with the 89S51 SCM as the

processing core. It elaborates hardware and software design method in

detail. The system uses the DS18B20 digital temperature sensor to measure

multi-point temperature. Through the RS232 serial port it can exchange

data between the SCM and PC. Each point of temperature can be measured

on time and one point of it can be controlled according to the temperature

settings transmittd by up-bit machine. Based on the advantages that this

system has the simple temperature measurement circuit, the convenient

connection, the quick change speed, the real-time transmission of

temperature signals for up-bit machine, the high precision control ,

therefore, it will have very good application value.

Keywords: AT89S51; multi-point temperature measure and control; DS18B20;

RS232

引 言

1.现代社会中，温度控制的应用越来越多。温度是与人们的生产生活密切相关的一个物理 ,因此产生了各种各样的温度测方法，在工业领域内 ,对温度的测控十分广泛。在很多工业应用的场合下，环境非常恶劣，人工直接操作仪表很不现实 ,采用有线数据通信的方式也有限制，在数据记录上也需要人工抄写，因此需要一种无线隔离的操作方式。而在实际温控过程中既要求系统的稳定性,又要求快速性。下面仅就在社会生产和生活中用处比较广泛的几处应用加以阐释。

（1）在电子设备设计中，为防止系统损坏或性能降低，大都安装了用于监视危险温度的传感器，在多个热点的系统中需要进行多点温度测量。微处理器（CPU）和数字信号处理器（DSP）为高速芯片，可能产生过热即危险温度。另外一个热源是安装在机箱后部散热器上的功率器件。风扇是用来散热的，但它的长时间运转也会造成过热。在每一处都有放置一个温度传感器可以单独监视每一处温度，任一处温度超出了安全范围，系统就可以通过减低时钟速度或关掉系统电源等手段防止发生问题。

（2）建筑节能是世界建筑技术发展的大趋势， 我国目前在该领域的技术还是相当落后。使用一种基于总线的和一线制数字的温度传感器测控系统 ,可以应用在建筑暖通空调系统中,既能最大限度地达到节能的目的,又能很好地满足人们对室内热环境智能化的要求。单总线数字式温度传感器有着独特的单总线接口,可以在一条线上接多个传感器 ,从而克服了模拟温度传感器与微机接口时的灯转换等缺点。它具有测温精度高、抗干扰能力强 、成本低、体积小等特点。其具有良好的通用性,可以解决建筑的温度测控问题 ,并利用总线的特殊优势解决了远距离多点测量问题 ,网络传输实时性好。

（3）金属粉末注射成型技术 (Metal Injection Molding) 是近年来粉末冶金学科和工业中发展比较突出的领域。其基本工艺过程是：将微细的金属或陶瓷粉末与有机黏结剂均匀混合成为具有流变性的物质，采用先进的注射机注入具有零件形状的模腔形成坯件，采用新技术脱除黏结剂，并经过烧结使其高度质密成为制品，必要时还可以进行后处理。

因此，温度控制精度的高低直接影响到产品的质量及使用寿命，研究和设计高性能的温度控制系统具有非常重要的意义。使用数字式DS18B20温度测控系统不仅可以应用到连续烧结炉的多点温度控制，还可以应用到其他工业对象的温度控制，比如冶炼高炉，工业窑炉等；而且成本低，可靠性高。

（4）某大型飞机洞库线道长 ,环境复杂 ,由于其存储有重要的军事物资 ,对其温度、湿度、油分子浓度、火警等信号进行综合监测是一项重要的任务。使用温度监控系统采取了微机与现场总线技术 ,不但节省了布线费用 ,而且由于布线简单 ,降低了系统巡检的故障率 ,提高了其精度及可靠性。多点温度综合监测与报警系统经某飞机洞库使用证明 ,其布线简单 ,提高了系统抗干扰能力 ,使用成本比购买传统的单个温度表及需长距布线节省数万元 ,且便于更新换代 ,实现了数据的远距传输与信息化管理。

(5)为满足日益增长的蔬菜市场需求，提高人民的生活水平，现代农业生产中大量采用温室进行蔬菜等农作物培育。其中温度监测是控制农作物生长的关键因素，由于不同温室中的农作物生长所需要的温度不同且要求稳定在一定的温度范围内。仅仅是依靠人工管理存在温度调节不及时、不准确，影响作物生长及人力资源浪费等问题。

温室智能温度控制系统采用基于DS18B20和LPC2132，具有多点温度监测控制、对异常情况进行记录并可调用历史数据进行分析的优点，能满足作为温室温度监测控制系统要求。并且采用的单总线温度传感器DS18B20可以直接输出数字量，不需要A/D转换，与微处理器容易接口，能够有效的解决硬件电路复杂，软件调试复杂的问题

2.在工农业生产或科学实验中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化；或者要求有的电炉的炉温根据工艺条件，按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。因此，对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。电阻炉炉温的控制，根据工艺要求不同而有所变化，但大体上可归纳为以下几个过程：

(1)自由升温段，即根据电阻炉自身的条件，不对升温速度进行控制的升温过

程。

(2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率Δ１进行。

(3)保温段，即要求在某一过程中炉温基本保持不变。

(4)恒速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率Δ２进行。

(5)自由降温段，即根据电阻炉自身的条件，不对降温速度进行控制的升温过

程。

而每一段都有时间的要求，如下图所示：

炉温变化过程

随着单片机技术的发展，其运行功能不断增强，运行速度不断提高，不但可用它来构成顺序控制系统，也可以用它来完成工业过程的闭环控制。电阻炉温度控制系统的组成如下图所示：

温度控制系统框图

图中的控制器即是单片机，它按比例控制规律来设计控制程序。比例调节器的输出量经过D/A变成晶闸管控制量，来改变晶闸管的导通角，从而控制电阻炉的加热强度。

温度测量元件采用线性度好且时间常数小的AD590，采集后经过A/D转换把温度转换成与其成正比的数字量。送入单片机与给定的温度比较如果高于给定温度上限则以上限值给D/A来控制晶闸管导通角,如果低于给定温度下限则以下限值给D/A来控制晶闸管的导通角,从而控制电炉的温度在正常范围里.下面各章将分别介绍温度控制系统的各部分组成及功能。

控制器（mcu）

（控制算法） 晶闸管控 制 电阻炉 D/A

温度采集 A/D 实际温度 设定温度 +

目 录

一．主要器件的使用和介绍 ........................................... 1

（一）、单片机 ..................................................... 1

（二）、功能图 ..................................................... 6

（三）、DAC0832 .................................................... 6

（四）、ADC0804 .................................................... 9

（五）、LM741运算放大器 .......................................... 11

（六）、单片机键盘和键盘接口 ...................................... 11

（七）、LED显示器接口 ............................................ 11

二．实际电路 ...................................................... 13

（一）、电路的制作 ................................................ 13

（二）、电路的调试 ................................................ 18

三．功能说明 ...................................................... 18

（一）、采集部分 .................................................. 18

（二）、控制部分 .................................................. 19

四、结束语 ........................................................ 20