毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的温度监控器设计与制作.doc

浙江工商职业技术学院毕业设计题目温度监控器的设计与制作姓名学号专业班级分院指导教师2011年9月23日浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计1温度监控器的设计与制作摘要：本设计基于AT89C51和DB18B20来实现温度控制器的制作，它以89C51单片机为核心，配以DS18B20(数字温度传感器)，小风扇，金属膜电阻来完成温度的控制与显示。系统的硬件和软件都比较简明，且易于实施。在硬件设计方面，由AT89C51、DS18B20(数字温度传感器)、数码管，小风扇，金属膜电阻构成的电路，在软件方面，以单片机和DS18B20数字温度传感器为中心，详细的阐述了系软件设计的思想，主流程图以及相应电路模块的流程图。关键词：温度控制器；DS18B20；AT89C51浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计2目录摘要11绪论31.1温度控制器的意义与任务31.2温度控制器的发展31.3论文设计内容42系统设计思路42.1系统总体设计思路42.2核心电路介绍52.3DS18B20数字温度传感器72.3.1DS18B20数字温度传感器结构介绍82.3.2DS18B20数字温度传感器的特性92.3.3DS18B20与AT89C51的连接电路103硬件电路设计103.1显示电路设计103.2控制电路设计123.3晶振电路的设计123.4复位电路的设计134软件设计144.1设计思路144.2显示程序设计154.3温度控制程序设计165调试175.1调试准备175.2关于温度控制器的部分调试185.3软件编程的几点体会18结论19谢辞20参考文献21附录A（电路元器件清单）22附录B（电路原理图）23附录C（PCB图）24附录D（实物图）25附录E（软件程序）26浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计31绪论1.1温度控制器的意义与任务随着社会的发展，时代的进步，在人们的生活中对于温度的要求也越来越来要求了，而温度控制器它就可以解决人们对于这方面的要求，他可以把温度控制在人们所需要的温度范围内。比如用在对冷部位（如空调室、冷冻水、库温等）的温度及其波动范围进行控制的电开关。根据制冷、制热装置方式的不同，温度控制器电路的电控对象亦不同。例如，对于制冷于制热装置（如空调器、冷饮水机、电冰箱、浴室，咖啡壶等等许多用品中）温度控制器可以根据设定温度直接控制电机或者开关的停开，使温度到达所预定的温度值。温度控制器在实际中应用很广泛，也很实用。温度的输出值也比较准确。随意技术的发展，温度控制器的应用更加广泛，所应用的场合也越来越多，效率与稳定也会不断的提高，在以后的发展中会更加的完善、实用。温度控制器的任务，具体的说就是用DS18B20（数字温度传感器）来感应被加热的电阻温度，把传感器感应到的温度传输到单片机里进行数据处理，用单片机进行准确的把温度值输出来传输到数码管中去显示当前测到的温度值。如果所测到的温度值位达到限定最高值时就让继电器吸和把金属膜电阻加热，以至达到所规定的上限温度值，如果达到了所规定的温度值，继电器就断开。而小风扇就开始降温工作，把加热器的温度降到所规定的最低值，之后继电器又开始吸合，开始加热工作。就这样一直反复工作，把温度控制在所规定的温度值内活动，而数码管也会显示相应的温度值。1.2温度控制器的发展现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。以温度作为被控制量的反馈控制系统。在化工、石油、冶金等生产过程的物理过程和化学反应中，温度往往是一个很重要的量，需要准确地加以控制。除了这些部门之外，温度控制系统还广泛应用于其他领域，是用途很广的一类工业控制系统。温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。温度控制在我国电子，治金，机械等工业领域应用非常广泛，由于具有其工矿复杂，参数多变，运行惯性大，控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前，仍有相当部分工业企业在用窖，炉，烘干生产线存在着控制精度不高，炉内温度均匀性差等问题，达不到工艺要求，造成装备运行成本费过高，产出品品浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计4质差，严重影响企业济济效益，急需进行技术改造。严格说，多数温度控制系统中被控对象在进行热交换时的温度变化过程，既是一个时间过程，也是沿空间的一个传播过程，需要用偏微分方程来描述各点温度变化的规律。因此温度控制系统本质上是一个分布参数系统。分布参数系统的分析和设计理论还很不成熟，而且往往过于复杂而难于在工程实际问题中应用。解决的途径有二：一是把温度控制系统作为时滞系统来考虑。时滞较大时采用时滞补偿调节，以保证系统的稳定性。具有时滞是多数温度控制系统的特点之一。另一途径是采用分散控制方式，把分布参数的被控过程在空间上分段化，每一段过程可作为集中参数系统来控制，构成空间上分布的多站控制系统。采用分散控制常可获得较好的控制精度。近年来，国内外对温度控制调节器进行了广泛，深入的研究，特别是随着计算机的发展，温度控制器的研究取得了巨大的进展，形成了一批商品化温度调节器。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在智能化，自适应，参数自整定等方面取得成果。在这方面，国外的技术比国内的技术领先，都生产了一批商品化的，性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用，温度控制器具有控制精度高，抗干扰力强，鲁棒性好响应快、动态偏差小的特点，目前，国内外的温度控制系统以及仪器仪表正朝着高精度，智能化，小型化等方面快速发展。1.3设计任务与要求本论文详细的阐述了一个温度控制器的设计与实现，主要包括介绍温度控制器的基本理论、硬件电路的设计、软件编程、硬件软件调试等几部分。（1）温度控制器的基本理论方面，对温度传感器加以讨论。（2）硬件电路设计方面，完成了总体硬件电路的设计：包括核心电路的选择(AT89C51)、数字温度传感器、显示电路、控制电路和晶振电路的设计。（3）软件设计方面，完成了各个子程序模块的编程设计：主控制程序、显示子程序等。2系统设计思路2.1系统总体设计说明在现代工业测温的许多方面都要有对温度的处理、控制和显示。而单片机由于它具有性能高、速度快、价格低、体积小、稳定可靠、使用方便灵活等特点。还有温度控制器具有控制精度高，抗干扰力强，鲁棒性好响应快、动态偏差小的特点。因而它们常常被用在职能检测装置及控制中，是本次设计的核心元件。本浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计5文给出了基于单片机的温度控制系统的设计框图，它主要由以下几部分构成，如图2.1所示：图2.1系统框图基于单片机AT89C51的核心电路部分。即AT89C51单片机，其主要任务是将传感器输入的信号，传输到单片机中。传感器部分。主要是由DS18B20(数字温度传感器)构成，主要任务是将传感器输出的温度经AT89C51进行数字处理。显示电路部分。它的主要器件是由4位七段LED数码管组成，其任务是将单片机传输并处理后的数据实时显示出来。控制电路部分。它主要由降温电路和加热电路组成。其任务的是控制温度的上下限温度值。晶振电路部分。2.2核心电路的设计在产业化生产中硬件的价格和成本是对经济效益有关键影响的因素，因此选择一种最合适硬件电路的核心单片机是首要任务。单片机的价格在整个装置的价格中占有较大的比重。因此选择一个价格低廉而且功能合适的单片机有着十分重要的意义。经过综合考虑，本次设计采用AT89C51单片机。AT89C51单片机：89C51系列的单片机是当前最新的一种电擦写的8位单片机，与80C51系列完全兼容，有较强的保密功能，其片内的闪速存储器编程和擦除完全用电实现，编程的速度快，可实现在线编程。89C51片内有4KB的FlashROM代码存储器阵列。有低电压编程和高电压编程（12V）两种模式。低电压编程模式为用户在系统中编程89C51提供了一个方便的途径，而高电压编程程（12V）模式与一般常规的EPROM编程器兼容。主要性能：数字温度传感器DS18B20单片机温度显示控制电路晶振电路浙江工商职业技术学院机电工程学院毕业设计6内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次。具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断结构。AT89C51工作电源电压为5（1±0.2）V，且典型值为5V。两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式。内含128字节的RAM。具有32根可编程I/O线。具有2个16位可编程定时器。具有1个全双工的可编程串行通信接口。具有1个数据指针DPTR。具有可编程的3级程序锁定位。AT89C51最高工作频率为24MHz。完全定态操作：0Hz-24Hz，可输出时钟信号管脚说明：AT89C51的引脚结构图及功能的叙述。1）电源和晶振：VCC运行和程序校验时加+5V。图2.2AT89C51VSS接地。XTAL1输入到振荡器的反相放大器。XTAL2反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当用外部振荡器时，XTAL2不用，XTAL1接收振荡器信号。2）制线：共4根。a.输入：RST复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。EA/VPP片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。在编程时，其上施加21V或12V的编程电压。b.输入、输出：ALE/PROG地址锁存允许信号，输出。用作片外存储器访问时，低字节地址锁存。ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。输入编程脉冲（PROG）。ALE可以驱动8个LSTTL负载。c.输出：PSEN片外程序存储器选通信号，低电平有效。在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。PSEN可以驱动8个LSTTL负载。