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基于51单片机的温度控制系统0引言在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。
1硬件电路设计以热电偶为检测元件的单片机温度控制系统电路原理图如图1所示。
1.1 温度检测和变送器温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。
镍铬/镍铝热电偶适用于0℃-1000℃的温度检测范围，相应输出电压为0mV-41.32mV。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0mV-41.32mV变换成4mA-20mA的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的4mA-20mA电流变换成0-5V的电压。
为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移。
例如：若温度测量范围为500℃-1000℃，则热电偶输出为20.6mV-41.32mV，毫伏变送器零点迁移后输出4mA-20mA范围电流。
这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度达到1.96℃以内。
1.2接口电路接口电路采用MCS-51系列单片机8031，外围扩展并行接口8155，程序存储器EPROM2764，模数转换器ADC0809等芯片。
由图1可见，在P2.0=0和P2.1=0时，8155选中它内部的RAM工作；在P2.0=1和P2.1=0时，8155选中它内部的三个I/O端口工作。
相应的地址分配为：0000H - 00FFH 8155内部RAM0100H 命令/状态口0101H A 口0102H B 口0103H C 口0104H 定时器低8位口0105H 定时器高8位口8155用作键盘/LED显示器接口电路。
基于５１单片机的多点温度控制系统设计作者：奚建荣来源：《现代电子技术》2009年第02期摘要：针对目前壁挂炉采暖中温度控制不准确的现状，以单片机为控制中心，采用Dallas 公司的“一线总线”数字化温度传感器DS18B20以及脉冲控制器件，设计一款多点测温及温度控制系统；系统能够同时测量多点温度，并根据温度设定实时控制各回路通断及壁挂炉的燃烧与停止，从而进一步提高居室的舒适性及采暖系统的经济性。
关键词：51单片机；DS18B20；多点温度检测；温度控制系统中图分类号：TP274文献标识码：B文章编号：1004 373X(2009)02 186 03Multi－point Temperature Control System Based on 51 Single Chip ComputerXI Jianrong(Weinan Teachers University,Weinan,714000,China)Abstract：A multi－point temperature control system based on MCS－51 single chip computer is designed to solve the inaccurate problem of current temperature control ing DS18B20,"1－Wire" digital thermometer,and the component controlled by electric pulse.According to the temperatures got from multi－pointtemperature sensor,it can control heating water circuit and the burning or shutting of the stove.It makesthe room more comfortable and enhances the efficiency of the heating system.Keywords：single chip computer；DS18B20；multi－point temperature measurement；temperature control system随着生活水平的提高，人们对家居需求由面积需求变为舒适需求。
基于51单片机的温度控制系统设计引言：随着科技的不断进步，温度控制系统在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
特别是在一些需要精确控制温度的场合，如实验室、医疗设备和工业生产等领域，温度控制系统的设计和应用具有重要意义。
本文将以基于51单片机的温度控制系统设计为主题，探讨其原理、设计要点和实现方法。
一、温度控制系统的原理温度控制系统的基本原理是通过传感器感知环境温度，然后将温度值与设定值进行比较，根据比较结果控制执行器实现温度的调节。
基于51单片机的温度控制系统可以分为三个主要模块：温度传感器模块、控制模块和执行器模块。
1. 温度传感器模块温度传感器模块主要用于感知环境的温度，并将温度值转换成电信号。
常用的温度传感器有热敏电阻、热敏电偶和数字温度传感器等，其中热敏电阻是最常用的一种。
2. 控制模块控制模块是整个温度控制系统的核心，它负责接收传感器传来的温度信号，并与设定值进行比较。
根据比较结果，控制模块会输出相应的控制信号，控制执行器的工作状态。
51单片机作为一种常用的嵌入式控制器，可以实现控制模块的功能。
3. 执行器模块执行器模块根据控制模块输出的控制信号，控制相关设备的工作状态，以实现对温度的调节。
常用的执行器有继电器、电磁阀和电动机等。
二、温度控制系统的设计要点在设计基于51单片机的温度控制系统时，需要考虑以下几个要点：1. 温度传感器的选择根据具体的应用场景和要求，选择合适的温度传感器。
考虑传感器的测量范围、精度、响应时间等因素，并确保传感器与控制模块的兼容性。
2. 控制算法的设计根据温度控制系统的具体要求，设计合适的控制算法。
常用的控制算法有比例控制、比例积分控制和模糊控制等，可以根据实际情况选择适合的算法。
3. 控制信号的输出根据控制算法的结果，设计合适的控制信号输出电路。
控制信号的输出电路需要考虑到执行器的工作电压、电流等参数，确保信号能够正常控制执行器的工作状态。
4. 系统的稳定性和鲁棒性在设计过程中，需要考虑系统的稳定性和鲁棒性。
报告评分批改老师《现代电子综合实验》课程设计报告基于单片机的温度检测控制系统设计学生姓名 学 号专 业 班 级同组学生 提交日期 年 月 日指导教师目录2一、实验目的 .....................................................................................2二、实验要求 .....................................................................................2三、实验开发环境及工具 ...........................................................................2四、按键扫描和液晶显示功能实现 ...................................................................24.1矩阵键盘电路 ...............................................................................4.1.1矩阵键盘电路简介 .....................................................................224.1.2矩阵式按键扫描原理 ...................................................................24.1.3 按键扫描子程序设计思想及流程图 ......................................................34.2 LCD1602显示电路 ..........................................................................34.2.1 LCD1602模块简介 ....................................................................34.2.2 LCD1602模块引脚说明 .................................................................4.2.3 LCD1602控制方式及指令 ..............................................................344.2.4 LCD1602液晶显示子程序设计思想及流程图 ..............................................5五、基于单片机的温度检测控制系统设计过程 .........................................................55.1 系统整体电路框图及功能说明 ................................................................55.2 DS18B20数字温度传感器电路 ..............................................................55.2.1 单总线通信方式简介 ..................................................................65.2.2 DS18B20简介 ......................................................................5.2.3 DS18B20读写操作 ..................................................................665.3 声光报警及控制电路 ........................................................................75.4 软件设计 ..................................................................................5.4.1 主程序设计流程图 ....................................................................775.4.2 DS18B20子程序设计思想及流程图 ...................................................85.4.3 声光报警子程序设计思想及流程图 .....................................................9七、 实验过程及实验结果 ...........................................................................9八、实验中遇到的问题及解决方法 ...................................................................10附件 ............................................................................................一、实验目的(1). 掌握单片机应用系统的设计方法与步骤；(2)．掌握硬件电路各功能模块的工作原理、应用电路与编程方法；(3)．熟练掌握单总线的应用及编程；(4). 掌握基于单片机的温度检测控制系统的设计与实现。
基于51单片机的水温自动控制系统沈统摘要：在现代化的工业生产中，温度是常用的测量机被控参数。
本水温控制系统采用AT89C51为核心控制器件，实现对水温在30℃到96℃的自动控制。
由精密摄氏温度传感器LM35D构成前置信号采集和调理电路，过零检测双向可控硅输出光电耦合器MOC3041构成后向控制电路，由74LS164和LED数码管构成两位静态显示用于显示实时温度值。
关键词：89C51单片机；LM35D温度传感器；ADC0809；MOC3041光电藕耦合器；水温自动控制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。
目前，单片机已经广泛应用于测控领域。
它不仅可以测量电信，还可以测量温度、湿度等非电信号。
可独立工作的单片机温度检测与控制系统已广泛应用于许多领域。
单片机是一种特殊的计算机，它将CPU、存储器、RAM、ROM和输入输出接口电路集成在一块半导体芯片上。
这个芯片叫单片机。
单片机由于集成度高、功能强、通用性好，具有体积小、重量轻、能耗低、价格低、抗干扰能力强、可仿制等优点。
得到了迅速的推广和应用，现已成为测控系统中的优秀机型和新型电子产品中的关键元器件。
单片机不仅仅局限于小系统的概念，还广泛应用于家用电器、机电产品、办公自动化产品、机器人、儿童玩具、航天器等领域。
这次我们的模拟电气设计是用单片机来控制温度。
传统的温度传感器大多采用热敏电阻作为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测温精度低，必须通过专门的接口电路转换成数字信号，才能由单片机进行处理。
这次我和同学陆鲁豫用的是DS18B。
20数字温度传感器实现基于51单片机的温度计设计。
传统温度计存在反射速度慢、读数麻烦、测量精度低、误差大等缺点。
利用集成温度传感器DS18B20，设计并制作了一种基于AT89C51的4位数码管数字温度计。
其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。
数字温度计是利用温度传感器和接口电路测量温度并转换成模拟电压信号，通过模数转换器转换成单片机可以处理的数字信号，然后送到单片机进行处理和转换，最后在数码管上显示温度值。
该系统由单片机为控制核心，DS18B20温度传感器，带4位温度数据显示的共阴极数码管，外围电源和报警电路组成。
2.设计任务和要求2.1设计任务在现代生活中，多功能数字体温计可以给我们的生活带来极大的便利。
支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本。
以美国MA*IM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，ATMEL公司的AT89S52位控制器设计的AT89S51为智能温度控制器，结构简单，测温准确，具有一定的控制功能。
基于51单片机的温度控制系统设计与实现摘要：温度控制系统是一种常见的自动控制系统，具有广泛的应用领域。
本文基于51单片机设计了一个温度控制系统，采用了传感器采集温度信息，通过对比设定温度和实际温度，控制加热或冷却装置以保持温度稳定。
实验结果表明，该系统能够有效地控制温度，具有较高的精度和响应速度。
关键词：温度控制；51单片机；传感器；加热；冷却1. 引言温度控制是工业生产和生活中常见的一项自动控制技术。
温度控制系统可以保持被控对象的温度在一个设定范围内，不仅可以提高生产效率，还可以保证产品质量。
目前，市场上有许多成熟的温度控制设备，但大多数价格较高，不适用于一些中小型企业和个人用户。
因此，本文设计了一种基于51单片机的温度控制系统，旨在提供一种简单、实用、成本低且性能稳定的温度控制系统。
2. 系统设计2.1 硬件设计该温度控制系统的硬件主要包括51单片机、温度传感器、继电器、加热器和LCD显示屏。
其中，51单片机作为控制核心，负责采集温度信息、进行控制算法运算并驱动相应的设备。
2.2 软件设计软件设计采用C语言进行编程。
首先，通过温度传感器采集温度信息，并将其与设定温度进行比较，判断当前温度状态。
根据温度状态，控制继电器的开关状态，进而控制加热或冷却设备的运行。
同时，通过LCD显示屏实时显示温度变化以及系统状态。
3. 系统实现3.1 温度传感器的接口设计使用数字温度传感器，将其正负极连接至51单片机的ADC口和地线上。
通过ADC转换，将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
3.2 控制算法设计系统的控制算法采用PID控制算法，通过设定比例、积分和微分系数，使系统快速响应、精确稳定地控制温度。
算法的具体实现细节本文不再赘述。
3.3 界面设计使用LCD显示屏，实时显示当前温度、设定温度以及系统状态（加热、冷却或停止）。
通过按键进行设定温度的调整，方便用户自定义温度范围。
4. 实验结果与分析通过对该温度控制系统进行多次实验，对不同温度变化进行控制，观察系统的响应速度和温度稳定性。
自动温度控制系统TEMPERATURE AUTOCONTROL SYSTEM中国·济南朱瑞张鹏陈耿炎张洁徐婷婷2006．12摘要：本实验以LabVIEW可视化图形编程开发环境为平台，使用声卡和温度传感器加外围电路，测量和显示外部温度变化，并控制风扇和加热丝进行相关操作，使一定空间范围内的温度保持基本恒定。
通过实际应用，加深对LaVIEW开发环境和实时控制的理解。
关键词：温度自动控制 LabVIEW 风扇电热丝Abstract: The system is based on the program designing environment of LabVIEW . It contains the data collecting card, the temperature sensor and the outside circuit, to measure the outsidetemperature changing and demonstrating it. Then the computer controls an electric fan or aheating wire to keep the temperature within a certain range.Key words: temperature autocontrol, LabVIEW , fan, heating wire1．系统设计1．1 系统总体设计方案设计框图如下所示：图1 系统总体设计框图1．2 单元电路方案的论证与选择硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。
在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。
1．2．1 温度信号采集电路的论证与选择方案一：采用温度传感器DS18B20美国DALLAS公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。
DS 18 B2 0的测温范围较大，集成度较高，但需要串口来模拟其时序才能使用，故我们没有选用此方案。
方案二：采用温敏元件本系统中我们采用MF58型高精度负温度系数热敏电阻器及其外围电路，组成温度信号采集电路。
相比较方案一，方案二后续电路较复杂，且需进行温度标定，但由于此方案能够较好的体现物理思想，通过实验标定温度，可以使我们更好的理解模拟信号与数字信号的转化，故我们采用了此方案。
MF58型高精度负温度系数热敏电阻器有许多优点：稳定性好，可靠性高；阻值范围宽：0.1-1000K ；阻值精度高；由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用；体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装（在印制线路板上）；热感应速度快、灵敏度高。
故我们采用此温敏元件。
1．2．2 温度控制接口电路的论证与选择我们采用频压转化电路将频率信号转化成电压信号，进而控制加热与降温电路工作。
选用集成式频率／电压转换器LM2907，配以外加电路，能将经PC机处理后输出的频率信号转换为直流电压信号，电压信号控制继电器（相当于开关）工作从而使电路联通，电风扇或加热丝工作。
在一定范围内，LM2907的频率和电压转换可成线性关系，可以实现电热丝加热功率和风扇转速的连续可调。
由于技术原因，我们未能实现这项功能，预留此项功能，可以作为功能扩展。
1．2．3 加热与降温电路的论证与选择方案一：加热功率与风扇转速的连续可调由数据选择器与两片LM2907（后接功率放大电路）分别连接加热和降温电路，实现加热功率与风扇转速的连续可调，如1.2.2所述。
原理图如下：图2 加热功率与风扇转速的连续可调电路原理图方案二：采用电热丝加热，风扇降温由继电器作为开关，控制加热丝和电风扇的电路联通，并有单独的电路为其供电，实现“电器隔离”。
1．3 软件设计本实验中我们选用LabVIEW编程平台，不仅由于LabVIEW本身具有很明显的优势，更重要的是通过在实验中对它的应用，可以使我们接触到更前沿的技术，与时俱进。
1.3.1 labVIEW介绍在实验中，我们不断加深对 LabVIEW 的认识。
LabVIEW是一个基于G（Graphic）语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。
它含有种类丰富的函数库，科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。
LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动：（1）图形化编程LabVIEW与Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等编程语言不同，后几种都是基于文本的语言，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。
一个VI有三个主要部分组成：框图、前面板和图标／连接器。
框图是程序代码的图形表示。
LabVIEW的框图中使用了丰富的设备和模块图标，与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常的相似。
多样化的图标和丰富的色彩也给用户带来不一样的体验和乐趣。
前面板是VI的交互式用户界面，外观和功能都类似于传统仪器面板，用户的输入数据通过前面板传递给框图，计算和分析结果也在前面板上以数字、图形、表格等各种不同方式显示出来。
图标是VI的图形符号，连接器则用来定义输入和输出，每一个VI都有图标和连接器。
用户要做的工作就是恰当地设置参数，并连接各个子VI。
编程一般步骤就是使用鼠标选取合适的模块、连线和设置参数的过程，与烦琐枯燥的文本编程相比更为简单、生动和直观。
如果将虚拟仪器与传统仪器作一类比，前面板就像是仪器的操作和显示面板，提供各种参数的设置和数据的显示，框图就像是仪器内部的印刷电路板，是仪器的核心部分，对用户来讲是透明的，而图标和连接器可以比作电路板上的电子元器件和集成电路，保证了仪器正常的逻辑和运算功能。
（2）数据流驱动宏观上讲，LabVIEW的运行机制已不再是传统上的冯·诺伊曼式计算机体系结构的执行方式了。
传统计算机语言（如C语言）中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。
本质上讲它是一种带有图形控制流结构的数据流模式，程序中的每一个函数节点只有在获得它的全部输入数据后才能够被执行。
既然LabVIEW程序是数据流驱动的，数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能够被执行；而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。
于是LabVIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序，而不像文本程序那样受到行顺序执行的约束。
我们可以通过相互连接函数节点简洁高效地开发应用程序，还可以有多个数据通道同步运行，即所谓的多线程。
在LabVIEW中单击加亮执行（Highlight Execution）按钮，即可以动画方式演示框图的执行过程，可以观察到数据流流动的方式，数据以有色小圆点表示，在各种不同颜色（代表不同数据类型）的连线上流动。
1.3.2 主程序流程图图3 主程序流程图1.3.3 PID算法PID算法是本程序中的核心部分。
我们采用PID模糊控制技术,通过Pvar、Ivar、Dvar （比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。
其原理如下：本系统的温度控制器的电热元件之一是发热丝。
发热丝通过电流加热时，内部温度都很高。
当容器内温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。
但这时发热丝的温度会高于设定温度，发热丝还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。
当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。
通常开始重新加热时，温度继续下降几度。
所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。
增量式PID算法的输出量为ΔUn = Kp[(e n-e n-1)+(T/Ti)e n+(Td/T)(e n-2*e n-1+e n-2)]式中，e n、e n-1、e n-2分别为第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数和微分系数，T为采样周期。
计算机每隔固定时间 T将现场温度与用户设定目标温度的差值带入增量式PID算法公式，由公式输出量决定PWM方波的占空比，后续加热电路根据此PWM方波的占空比决定加热功率。
现场温度与目标温度的偏差大则占空比大，加热电路的加热功率大，使温度的实测值与设定值的偏差迅速减少；反之，二者的偏差小则占空比减小，加热电路加热功率减少，直至目标值与实测值相等，达到自动控制的目的。
PID参数的选择是实验成败的关键，它决定了温度控制的准确度。
数字PID调节器参数的整定可以仿照模拟PID调节器参数整定的各种方法，根据工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数。
各个参数对系统性能的影响如下：①比例系数P对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。
P可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。
如果P的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越来越远，如果出现这样的情况P的符号就一定要取反。
②积分控制I对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
③微分控制D对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短；D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。
1.3.4 前面板与虚拟仪器框图图4 前面板样图图5 源程序（一）图6源程序（二）2．单元电路设计2．1 温度信号采集电路信号发生器与热敏电阻串联，提供交流信号。
热敏电阻阻值随温度改变，流经电阻的交流电流有效值保持恒定，由欧姆定律可知，电阻两端的电压亦随之改变。
