基于AT89C51的水温监控系统的设计
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AT89C51基于单片机温度控制系统设计中文摘要摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及具体应用对象特点的软件结合,以作完善。
本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器,而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度,以单片机为核心控制部件,并通过四位数码管显示实时温度的一种数字温度计。
软件方面采用汇编语言来进行程序设计,使指令的执行速度快,节省存储空间。
为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作。
而系统的过程则是:首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值,并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D 转换器中进行模拟-数字转换,再将转换后的数字量用数码管进行显示,最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热,直到能在规定的温度下恒温加热。
关键词:单片机系统;传感器;数据采集;模数转换器;温度I目录AbstractIn recent years, with the computer penetration in the social field, the application of SCM is to keep at the same time, traditional control testing update on Crescent benefits. In real-time detection and automatic control system of single-chip applications, often as a single-chip core component to use only single-chip is not enough knowledge, but also the specific hardware structure and the specific features of application software objects combine to make perfect.In this paper, both hardware and software for automatic control of water temperature on the process, in the control of the main application of the process of AT89C51, ADC0809, LED display, LM324 comparator, but mainly through the digital temperature sensor DS18B20 collecting ambient temperature to single-chip microcomputer as the core control components, and through four real-time digital display of a digital thermometer temperature. Software using assembly language for programming, so that the implementation of Directive speed, to save storage space. In order to facilitate the expansion and changes to the design of modular software structure, so that the logic of the relationship between program design more concise,Hardware software co-operation under the control of it.And systematic process is: First of all, by setting the button, set the thermostat temperature at the time of operation, and digital display of the temperature. Then, in the running temperature of the process of sampling analog into the A / D converter in the simulation - digital converter, and then converted digital control with digital display, the last single-chip microcomputer to control the heater used for heating or stop heating until the temperature in the provisions under the constant temperature heating.Key words:Single-chip microcomputer system ;Sensor;Data Acquisition;ADC;Temperaturei目录i目录目录摘要 (I)Abstract (i)目录 (i)第1章绪论 (1)1.1设计的背景及其意义 (1)1.2设计研究的内容及要求 (1)1.3设计的实现方案 (3)第2章设计理论基础 (6)2.1单片机的发展概况 (6)2.2 AT89C51系列单片机介绍 (7)2.2.1 AT89C51系列基本组成及特性72.2.2 AT89C51系列引脚功能 (8)2.2.3 AT89C51系列单片机的功能单元 (11)2.3 ADC0809模数转换器 (14)2.4运算放大器LM324 (16)2.5移位寄存器74LS164 (19)2.6数码显示管LED (20)2.7数字温度计DS18S20 (21)第3章电路设计 (22)i目录3.1单片机控制单元 (22)3.2温度采样部分 (22)3.3模数转换部分 (24)3.3.1模数转换技术 (24)3.3.2积分型模数转换器 (25)3.4显示部分 (25)3.5 调节执行单元 (26)第4章软件设计 (27)4.1主程序流程图 (27)4.2中断子程序流程图 (28)4.3按键流程图 (30)4.4显示流程图 (31)参考文献 (30)致谢 (31)1.系统总程序清单 (32)2.系统的原理图 (41)ii第1章绪论第1章绪论1.1设计的背景及其意义二十一世纪是科技高速发展的信息时代,电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛,伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度测量。
基于at89c51单片机的水温控制系统的设计文献综述基于AT89C51单片机的水温控制系统的设计文献综述一、引言水温控制系统在工业、家电、农业等领域有着广泛的应用。
随着科技的发展,单片机作为微控制器在控制系统中的应用越来越广泛。
AT89C51单片机作为一种常用的单片机,具有性能稳定、价格低廉等优点,被广泛应用于水温控制系统的设计中。
本文将对基于AT89C51单片机的水温控制系统的设计进行文献综述。
二、AT89C51单片机简介AT89C51是一种常用的8位单片机,由美国ATMEL公司生产。
它具有4K字节的Flash 存储器、128字节的RAM、32位I/O端口、两个16位定时器/计数器、一个5向量两级中断结构、一个全双工串行通信口等功能。
AT89C51单片机适用于各种控制领域,如温度、湿度、压力等。
三、水温控制系统设计水温控制系统主要由温度传感器、单片机控制器、执行器等组成。
传感器负责采集水温信息,并将信息传递给单片机控制器。
单片机控制器根据设定的温度值与实际水温的差值,通过执行器调节加热元件的工作状态,从而实现水温的自动控制。
在基于AT89C51单片机的水温控制系统中,常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶等。
执行器则可以选择继电器、可控硅等设备,用于控制加热元件的工作状态。
为了实现精确的温度控制,可以采用模糊控制、PID控制等控制算法。
四、AT89C51单片机在水温控制系统中的应用AT89C51单片机在水温控制系统中主要负责温度信号的采集、处理和控制输出。
通过编程实现温度信号的采集和转换,并根据设定值与实际水温的差值,通过执行器调节加热元件的工作状态,从而实现水温的自动控制。
此外,AT89C51单片机还可以实现报警、显示等功能,提高系统的智能化程度。
五、总结与展望基于AT89C51单片机的水温控制系统具有结构简单、成本低廉、易于实现等优点,被广泛应用于各个领域的温度控制中。
随着科技的发展,人们对水温控制系统的精度和智能化程度的要求越来越高。
基于单片机的水位控制系统设计目录1概述 (3)2设计的基本任务和要求 (5)2.1基本功能 (5)2.2塔水位控制原理 (5)2.3系统硬件总体方案 (6)3控制系统方案设计 (6)3.1系统硬件方案 (6)3.2核心芯片 AT89C51 单片机 (7)3.3系统软件总体方案 (8)4.Proteus 设计与仿真 (10)4.1 元器件清单 (10)4.2 基于单片机水位控制原理图5 (11)4.3 基于单片机的水位控制PCB 图 6 (11)4.4 水位检测的主程序 (12)4.5 实验仿真结果 (16)4.6 结语 (16)5 设计体会 (17)参考文献 (18)1概述液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统,它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
在工业生产过程中,有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制,使之高精度地保持在给定的数值,如在建材行业中,玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。
液位控制一般指对某一液位进行控制调节,使其达到所要求的控制精度。
液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物 ,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势 :1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。
2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数 ,可以方便的改变液位的上限、下限。
3)具有水体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面,操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数,这样能有效地减少工人的疲劳和失误,提高生产过程的实时性、安全性综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。
单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。
单片机自问世以来 ,性能不断提高和完善 ,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。
基于AT89C51的温度监测系统设计【摘要】本文设计的硬件电路可以对温度进行实时监测并在温度异常时发出警报。
该电路采用以AT89C51为核心的主控芯片,并且包含了传感器数据采集模块、温度显示模块、报警模块以及复位模块等电路。
其中,温度显示模块通过LCD1602液晶显示器对温度进行实时显示;传感器数据采集电路采用DS18B20单总线型温度传感器。
该系统电路设计简单,工作性能稳定,硬件成本低廉,灵敏度高。
【关键词】AT89C51;DS18B20;LCD1602;温度传感器;实时监测1.引言温度的监测在现代工业生产以及日常生活中的应用愈来愈广泛,并且在某些领域也发挥着愈来愈重要的作用。
在很多生产过程中,温度的监控与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等方面有着紧密的联系。
目前,传感器已成为衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。
而本文正是结合温度传感器与单片机所做的设计,该设计对温度的监测可广泛应用于食品、化工、机械等方面。
2.系统整体设计结合温度监控器在实际应用的要求,为实现温度的实时监测以及报警的功能,本文采用以下电路模块对系统硬件进行设计:主控芯片:选用AT89C51单片机作为整个系统的控制器;显示模块:选用LCD1602液晶显示器作为系统的显示电路;温度采集模块:选用DS18B20温度传感器作为系统的温度采集电路;报警模块:采用蜂鸣器与发光二极管作为系统的报警电路。
综上所述,该硬件电路的系统框图如图1所示。
3.系统硬件设计系统的整体硬件设计图如图2所示。
3.1 主控电路的设计该模块是系统的核心控制部分,其主要任务是通过接口将获得的数据进行处理。
本系统采用的AT89C51是美国ATMEL公司的一种高效微控制器。
此单片机具有以下功能:4k字节Flash闪速储存器、128字节内部随机数据存储器(RAM)、32个I/O口线,而且它还与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
故而,这种低电压、高性能CMOS8位单片机可灵活应用于多种场所。
一、摘要我们介绍的是一种基于单片机控制的数字温度报警,本温度系统具有多功能性,即可以当数字温度计使用,显示当前环境温度,又可以作为报警器使用,设置报警温度,当温度不在设置范围内时,可以报警,并采取措施使温度下降。
该温度报警系统控制器使用单片机AT89C51,测温传感器使DS18B20,用2位共阳极LED数码管,实现温度显示,能准确达到以上要求。
二、设计方案1、方案一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。
2、方案二进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,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。
从以上两种方案,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。
温度报警系统电路设计总体设计方框图如图1所示1、单片机主板电路单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,该模块包括中央处理CPU -AT89C51、时钟电路及复位电路;图2复位电路图3 时钟电路2、DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
该电路完成了信号的采集、转换和传输。
图43、上下限报警调整电路分别调整温度的上下限报警设置,有“+“、”“-”、“确定”等键图5上下限报警调整电路4、温度显示电路显示当前测得的温度,数码管采用74LS247驱动图6温度显示电路5、报警电路当环境温度超过设定温度时,蜂鸣器鸣叫,红灯点亮,发生报警;当人员发现警报时,可按图8中的按钮,暂时中断蜂鸣器的鸣叫。
基于单片机AT89C51的温度控制系统的设计基于AT89C51单片机的温度测控系统设计一、引言随着现代化科技的进步,在很多工业控制场合需要非常精确的控制温度的变化,而在日常生活中,水温的智能控制应用也非常广泛,在这种环境下,便提出了智能水温控制系统。
本设计一单片机AT89C51为控制核心,用K型热电偶作温度传感器,信号经放大后输入模数转换器ADC0809,转换后的数字量输入到单片机AT89C51中。
单片机中采用PID控制算法对测量数据和设定数据进行处理,处理后的数据经数模转换器DAC0832转换为模拟量,以此来控制全隔离单相交流调压模块,从而控制锅炉水温稳定与设定值。
二、温度控制系统方案设计采用K型热电偶测量温度,讲温度信号放大后通过A/D 转入单片机,单片机进行数滤波和PID运算处理后,结果经DAC0832转换为模拟量对全隔离单相交流调压模块进行控制,达到控制电炉水温的目的。
系统方案如图1所示。
三、温度控制系统硬件设计温度控制系统硬件包括:AT89C51单片机最小系统模块、A/D转换模块、D/A转换模块、信号放大电路、温控电路以及其它外围电路。
3.1 单片机的选择AT89C51是ATMEL公司采用CM0S工艺生产的低消耗、高性能8位单片机,与MCS-51单片机兼容,其功能特点为:(1)4K字节闪烁存储器(FLASH),可进行1000次写。
(2)静态操作,外界OHZ-24MHZ晶振。
(3)三层程序存储器锁。
(4)128字节内部数据存储器(RAM)。
(5)32跟可编程输入,输出线。
(6)两个6位定时/计数器。
(7)六个中断源。
(8)一个可编程串口。
(9)支持低功耗模式和掉电模式。
非常适合用作控制系统设计。
3.2传感器电路和信号放大电路采用K型热电偶作为温度传感器,它是一种能测量较高温度的廉价热电偶。
它的价格便宜,重复性好,产生的热电势大,约为0.041mV/度,因而灵敏度很高,而且它的线性很好。
虽然其测量精度略低,但完全满足工业测量要求,所以它是工业最常用的热电偶。
2.1方案比较方案一设计的太阳能热水器控制系统以89C52单片机为检测控制中心单元,采用DSl2887实时时钟,不仅实现了时间、温度和水位三种参数实时显示功能,而且具有时间设定、温度设定与控制功能。
控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置(电加热器)使蓄水箱内的水温达到预先设定的温度,从而达到24小时供应热水的目的。
实际应用结果表明,该控制器和以往显示仪相比具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点。
AT89C52图2-1 系统硬件结构图方案二采用系统的温度采集选用PTl000铂电阻温度传感器,采集到的电压信号经集成运放LM324放大到2.O一5.0伏之间,送入串行加转换器11LCl543N,转换结果由单片机处理,其电路原理如图3所示.设计时将加转换器的参考电压设置为vREF+=5.0V,VREF=1.5V.LM324按照同相比例放大电路连接,则V o=vi*(Rt/R+1)=0.5*(Rt/300+1).Rt值的变化表示了PtlooO温度传感器温度的变化,每个温度值对应一定的转换结果。
可以在程序中建立一个查找表,表中每个元素的地址即为转换结果,元素值即为所对应的温度值。
图2-2 系统硬件结构图12.2方案选择方案一硬件电路简单,程序设计复杂一些,但是我已经使用开发工具KEIL用汇编语言对系统进行了程序设计,用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真,达到了预期的结果。
由此可见,该方案完成具有可行性,体现了技术的先进性,经济上也没有问题。
根据设计的要求,以及设计的便捷性,综上所述,本课题采用方案一对系统进行设计。
3.单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计物3.1.1单片机系统设计单片机系统由AT89C52和一定功能的外围电路组成,包括为单片机提供复位电压的复位电路,提供系统频率的晶振。
这部分电路主要负责程序的存储和运行。
上图中MCS-51内部时钟方式电路外接晶体以及电容C5和C6构成并联谐振电路,接在放大器的反馈回路中。
摘要本温度设计采用现常见的89C51单片机,配以DS18B20数字温度传感器,该温度传感器可自行设置温度上下限。
单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较,由此作出判断是否启动继电器以开启设备。
系统包括单片机模块、温度检测模块、水位检测模块和驱动电路设计四个部分。
文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。
关键词: DS18B20数字温度传感器 89C51 水温水位目录一.概述 (3)1.1课题研究的目的及意义 (3)1.2技术指标 (3)二.总体设计方案 (3)三.详细设计方案 (4)1.1温度检测系统 (4)1.2水位检测系统 (6)四.元件说明 (6)1.1 工作原理 (6)1.2单片机的选择 (7)1.3温度传感器 (9)1.4水位传感器 (12)1.5 显示元件 (13)五.硬件模块设计 (15)1.1单片机模块设计 (15)1.2温度检测模块 (16)1.3水位检测模块 (17)1.4 控制模块 (19)1.5 驱动电路设计 (20)六.软件设计 (20)1.2 温度检测系统 (21)1.3 水位检测系统 (22)1.4 DS18B20主程序 (25)七.结论 (25)八.参考文献 (25)附录 (26)单片机与显示器件连接图 (27)系统软件源代码 (27)一.概述1.1课题研究的目的及意义目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便登问题,很多控制器只具有温度和水位显示功能,不具有温度控制功能。
即使热水器具有辅助加热功能,也可能由于加热时间不能控制而产生过烧,从而浪费电能。
鉴于此,我以89C51单片机为检测控制核心,采用LED12864显示温度和时间,设计了一种太阳能热水器微控制器,不仅实现了时间、温度和水位参数的实时显示,而且具有时间设定、温度设定、水位设定与控制功能,停电后再来电时也不用重新设定。
1.2技术指标设计并制作一个基于单片机的温度控制系统,能够对炉温进行控制。
基于AT89C51的温度控制系统设计冯晓锋西安翻译学院实验中心摘要:本系统是基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的智能温度控制系统,根据要求可进行最高和最低温度的设定,通过RS-485总线标准实现与PC机的远程通信,实现PC机对采集温度的存储、处理、打印等功能。
关键字:AT89C51 数字温度传感器温度控制系统一、系统总体结构设计根据设计要求对某指定地点的温度进行实时的监测与控制,采用了分布式系统的控制方式,即在测控点配置能独立工作的从机,从机由主机进行监控管理,上下采用主从式监控管理形式,系统总体结构如图1所示。
图1 系统总体结构系统的各个部分功能和关系如下:①主机为管理机,完成参数设置、数据存储、处理及管理及打印功能。
②从机为控制机,采用单片机AT89C51,直接实现各个模块的控制功能,并能在主机关机的条件下实现所有的控制功能。
③通讯转换芯片MAX485实现RS-232信号和RS-485信号的转换,主机通过其向从机发送控制参数,从机将现场采集数据通过其传给主机。
④数据采集实现对传感器及运行设备的检测。
⑤输入输出部分包括输入模块和输出模块,输入模块将采集的信号转换后输入到从机,输出模块将系统的控制信号输出到控制器及其设备。
二、系统工作方式系统以温度监控为核心,温度参数和设备运行状态由主机根据用户要求定时向从机查询,各控制模块的设置参数修改时,将新的参数发送到从机。
主机可以对从机进行参数设置及控制,从机也可以独立工作。
从机通过温度传感器不间断地采集温度数据,根据控制模块的设置参数做出控制决策,驱动设备运行,并随时准备接受主机的指令,当受到询问时,将各项数据编码通过串行通信方式传输到主机。
主机接收到数据后,进行数据处理,在监控界面上显示当前的状态信息,并将此信息实时地存储到数据库中,为用户维护和管理准备数据。
对数据可以进行查询,也可以将一段时期的数据信息汇集成报表,报表包括各项统计数据,还可以将数据处理绘制成图形曲线,实现对数据的分析与管理。
基于AT89C51单片机的无线温度监控系统应用设计学生姓名:学生学号:院(系):电气信息工程学院年级专业:指导教师:二〇一五年五月摘要在现代的生活环境下,温度扮演着越来越重要的角色。
无论你的生活、学习、工作的状况怎么样,温度都无时无刻的伴随着你。
温度监控在工业生产中占有非常重要的地位,并与工业生产的现代化有着密切关系。
温度控制的速度和精度随着社会的的发展也会不断增高。
近年来,温度监控领域发生了巨大的变化,工业生产的控制不再局限于温度的近距离传输或直接控制,需要远程控制,这就产生了无线温度监控。
本文论述的无线温度控制是将无线发送与接收和自动控制相结合的一种监控。
基于这种技术,本系统以AT89C51系列单片机为主控制单元,采用Dallas单线数字温度传感器DS18B20和无线收发模块NRF24L01对试验现场温度数据进行无线传输。
整个系统包括主控制系统,其中主系统完成发送机对试验现场温度采集、单片机处理和无线传输模块调制传输;接收机完成温度接受数据功能以及数码管显示温度测量值功能。
通过接收机USB数据线接入上位机,上位机可以接收到接收机传来的数据,从而上位机监控系统可以显示发送机采集的温度以及一段时间内的温度曲线。
该系统结构简单实用、造价成本低、功能齐全,通用性较强,占用体积小,可被应用于许多气象部门、工业生产和现代农业生产领域,它可使操作人员与恶劣的工作环境分离开来,实现生产自动化,提高企业的生产效率。
关键词AT89C51,温度传感器DS18B20,无线收发模块NRF24L0,上位机监控ABSTRACTUnder the modern living environment, the temperature plays a more and more important role. No matter how's your life, study, work condition, temperature all the time with you. Temperature monitoring occupies very important position in industrial production, and has close relationship with the modernization of industrial production. Temperature control of the speed and accuracy with the development of the society will also be increasing. In recent years, there have been great changes in temperature monitoring areas, industrial production control is no longer limited to the temperature of the close distance transmission or direct control, need to remote control, this creates a wireless temperature monitoring.This paper discusses wireless temperature control is combining the wireless sending and receiving and automatic control of a monitoring and control. Based on this technique, this system is given priority to with AT89C51 series single-chip microcomputer control unit, the Dallas single line digital temperature sensor DS18B20 and wireless transceiver module NRF24L01 temperature data for wireless transmission of test on the spot. The whole system including the main control system, including the main system to complete the transmitter to test the temperature acquisition, single chip processing and wireless transmission module modulation transmission; Receiver complete accept data function and the digital tube display temperature measurement function.By receiver USB cable connected to the PC, PC can receive data from the receiver, and PC monitoring system can display the transmitter collection of temperature and temperature curve of a period of time. The system structure is simple and practical, low cost, complete function, strong commonality, being a small volume, can be used in many of the meteorological department, industrial production and modern agricultural production areas, it can make the operator and the separation of poor working environment, realize the production automation, improve the production efficiency of enterprises.Keyword AT89C51, the temperature sensor DS18B20, NRF24L0 wireless transceiver module, PC monitor目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 选题的目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 本设计主要研究内容 (2)2 设计要求与方案论证 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 系统基本方案选择和论证 (3)2.2.1 单片机芯片选择方案与论证 (3)2.2.2 温度采集模块选择方案与论证 (3)2.2.3 无线收发模块的选择方案与论证 (4)2.2.4 显示模块的选择方案与论证 (4)2.3 电路设计最终方案的确定 (5)3 系统的硬件设计与实现 (6)3.1 系统硬件概述 (6)3.2 主要单元电路的设计 (6)3.2.1 单片机主控制系统电路的设计 (6)3.2.2 温度采集电路的设计 (9)3.2.3 无线温度传输模块的设计 (12)3.2.4 温度显示电路的设计 (13)3.2.5 电路原理及说明 (15)4 系统软件的设计 (16)4.1 主控制系统的设计 (16)4.2温度采集程序设计 (16)4.3 无线温度传输模块程序的设计 (17)4.4 温度显示程序设计 (19)4.5 KEIL UVISION2编程开发工具 (20)5 PCB设计 (22)5.1 PCB设计软件 (22)5.1.1 PCB原理图设计 (22)5.1.2 PCB板制作方法 (22)5.2 PCB的EMC设计 (23)5.2.1 元器件布局的基本原则 (23)5.2.2 布线设计原则 (23)6 调试及结果 (25)6.1 软件调试 (25)6.2 硬件软件联合调试 (25)6.3 实物调试 (25)结论 (29)参考文献 (30)附录1:无线温度监控系统应用设计源程序代码 (31)附录2:系统电路原理图 (47)附录3:PCB板图 (48)附录4:实物展示 (49)致谢............................................................. 错误!未定义书签。
山东工商学院学年论文基于单片机AT89C51的水温监控系统设计学院:信息与电子工程学院专业:电子信息科学与技术年级: 2009级学号:姓名:基于单片机AT89C51水温监控系统设计张文静(山东工商学院,信息与电子工程学院,烟台,264005)摘要:随着电子技术的发展,水温监控系统的应用也越来越广泛,而且对水温控制的精度越来越严格。
本文研究了基于AT89C51单片机的水温监控系统的设计方法,通过PID闭环控制装置, 可以实现水温变化的智能控制。
关键字:水温监控系统;AT89C51;PIDWater Temperature Monitoring System Design Based onAT89C51Zhang Wenjing(School of Information & Electronic Engineering Shandong Institute of Business and Technology,Yantai,264005)Abstract: With the development of electronic technology, the application of water temperature monitoring system is also more widely, and increasingly stringent water temperature control accuracy. This paper studies the design method, the water temperature monitoring system based on AT89C51 microcontroller, and intelligent control of water temperature change can be achieved by the PID closed-loop control device.Key words: Water temperature monitoring system; AT89C51; PID 温度控制无论在工业控制领域还是消费电子领域应用都非常广泛,如工业控制中的锅炉、加热炉中的控制,消费电子领域的热水器、饮水机的控制,内部都涉及到温度控制,而且目前控制算法的丰富也为温度控制提供了便利条件。
随着社会经济的高速发展,越来越多的生产部门和生产环节对温度控制精度的可靠性和稳定性等有了更高的要求,传统的温度控制器的控制精度普遍不高,不能满足对温度要求较为苛刻的生产环节。
随着科学技术的不断发展,单片机起到了举足轻重的作用。
单片机是一种在线式实时控制计算机。
本文以AT89C51单片机为控制核心, 采用典型大惯性环节的 PID闭环控制装置,对现代化水温监控系统进行研究设计,以实现水温的自动检测与控制,使其按要求精确地控制在所需的范围内。
1 设计方案论证1.1系统总体设计方案:方案一 :采用单片机 SPCE061A 作为温度监控核心部件, 结合 PT100传感器完成对水温的采样, 通过数字滤波技术消除系统的干扰还原当前的温度值, 并且对采集到的温度值进行比例积分微分运算处理。
方案二:以温度控制系统为例研究嵌入式系统, 实现了对工业现场的温度实时监测和控制。
以 AT89C51单片机为控制核心, 采用典型大惯性环节的 PID闭环控制装置, 可自动控制恶劣环境下的温度, 使被控对象温度保持在恒定范围内。
该系统通用性强, 可广泛应用予工业过程控制中。
即选择第二种方案。
(1)AT89C51的内部结构:AT89C51单片机由中央处理器(CPU),程序存储器(ROM),数据存储器(RAM),定时器/计数器,并行I/O接口,串行I/O接口和中断系统等组成。
图1 AT89C51内部结构图Fig.1 Internal Structure of AT89C51(2)AT89C51单片机的特性:AT89C51单片机具有与MCS-51 兼容的特性,4k 字节FLASH闪速存储器,1000写/擦循环的寿命,10年的数据保留时间,128×8位内部RAM,32可编程I/O口线,2个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,0Hz-24MHz的全静态工作 ,三级程序存储器锁定 ,低功耗的闲置和掉电模式,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种可选的节电工作模式。
空闲方式体制CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。
(3)AT89C51单片机的引脚:AT89C51单片机有40个引脚,共分为电源线,端口线和控制线三类。
图2 AT89C51单片机的引脚图Fig.2 AT89C51 Microcontroller引脚说明VCC:供电电压GND:接地P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接受。
P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG: 当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN: 外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP: 当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:来自反向振荡器的输出。
1.2显示模块方案1.2.1 LED显示:发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件,其导电性质与普通二极管类似。
LED数码显示器就是由发光二极管组合而成的1种新型显示器件。
在单片机系统中应用非常普遍。
(1)LED数码显示器的结构LED数码显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。
它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点。
(2) LED数码显示器有两种连接方法a)共阳极接法。
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极,使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。
当阴极端输入低电平时,段发光二极管就导通点亮,而输入高电平时则不点亮。
b)共阴极接法。
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公共阴极接地。
每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。
当阳极端输入高电平时,段发光二极管就导通点亮,而输入低电平时则不点亮。
1.2.2 液晶显示:(1)液晶显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点,目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
(2)液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种,通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
如果根据驱动方式来分,可以分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)和主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。
2 系统整体设计系统整体电路包括: 主控电路、A /D数据采集、信号调理、LED显示、控制输出、控制对象、双向可控硅模块、设定输入等电路, 如图3。
AT89C51控制输出双向可控控制对象设定输入信号调理电路A/D采集电路LED显示图 3 系统总体方案图Fig.3 Overall System Program Diagram(1)主机电路。
包括核心控制器件AT89C51单片机, 以及由时钟电路、复位电路、电源电路构成的最小系统,主要完成功能运算, 是控制系统数据处理的重要电路。
(2)数据采集电路。
本系统需要实时采集温度数据, 经过 A /D 转换器 转换成字信号, 存入AT89C51的内部数据存储器, 送 LED显示器显示,并与设定值比较, 经过 PID算法得到控制量并由单片机输出以控制电热丝加热。