毕业设计（论文）-数字显示液体温度控制器的制作.doc

西南科技大学本科生毕业论文 IV 数字显示液体温度控制器的制作摘要：智能温度控制器是各种电子产品必不可少的重要控制部分，其性能的优劣直接关系到整个电子产品运行的安全性和可靠性。其主要作用是根据所需条件来控制电子产品的正常运行并检测电子产品性能的好坏，现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。智能温度控制器基于AT89S51单片机，以其操作简单，电路简洁，安全性强等显著优点而受到人们的青睐，并广泛应用于鸡舍，冷库，热泵产业，蘑菇库，水产品养殖场以及家用电器产品中。近年来，随着电子信息产业的高速发展，人们通过GSM网络对系统进行无线监控对于智能温度控制器的需求与日俱增，温度控制器的开发，研制和生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。目前，伴随着电子产品的广泛运用，智能温度控制器显示出了强大的生命力。其操作简单，安全性强等优点，现已成为电子产品中不可缺少的一部分。关键词：AT89S51单片机； 智能温度控制器； GSM网络； 无线监控Digital display of the production fluid temperature controllerAbstract：Intelligent temperature controller is part of the essential control of various electronic products, its performance will directly related to the safety and reliability of the entire electronic products running. Its main role is to control the normal operation of the electronic products according to the required conditions and to detect electronic product performance is good or bad, has now become a high-tech product development prospects and influence. Intelligent temperature controller is based on AT89S51 microcontroller, and people of all ages with its simple operation,simple circuit, security and other significant advantages,and are widely used in cold storage,heat pump industry, mushrooms library， aquatic farms and household products. In recent years, with the rapid development of electronic information industry, through the GSM network system wireless monitoring the growing demand for intelligent temperature controller, temperature controller development, development and production has become a very attractive development prospects of a sunrise industry. Along with the extensive use of electronic products, intelligent temperature controller shows strong vitality. Its simple operation, security, etc., has now become an indispensable part of electronic products.Key words: AT89S51 microcontroller, Intelligent temperature controlle, GSM network, Wireless monitoring目 录第1章 绪 论11.1 课题背景与意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题意义11.2 温度控制系统的设计目的11.3 温度控制系统完成的功能2第2章 总体设计方案32.1 设计题目分析32.2 方案的筛选论证32.3 方案的总体设计32.3.1 控制部分42.3.2 显示部分42.3.3 温度采集部分4第3章 DS18B20温度传感器73.1 温度传感器发展历程73.2 DS18B20工作原理73.2.1 DS18B20的工作时序73.3 DS18B20的测温原理93.3.1 DS18B20的测温原理93.3.2 DS18B20的测温流程10第4章 单片机接口设计114.1 AT89S52的主要性能114.2 AT89S51的功能特性114.3 AT89S51的接口设计124.4 AT89S51的引脚说明124.5 LED数码管显示器接口的设计144.5.1 LED静态显示方式15第5章 系统调试与分析175.1 系统硬件电路设计175.1.1 主板电路设计175.1.2 各部分电路175.2 系统软件设计185.2.1 系统软件设计的整体思想185.2.2 系统程序流程图19第6章 焊接的方法与步骤216.1 焊接前的准备216.2 手工焊接过程216.2.1 操作前检查216.2.2 焊接步骤216.2.3 焊接要领216.2.4 操作后检查22第7章 电路的调试237.1 导线连接是否正确237.2 电源接口是否有短路现象237.3元器件安装情况23第8章 调试注意事项24结 论25致 谢26参考文献27附 录28西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 课题背景与意义1.1.1 课题背景温度控制是当今社会发展的最重要的技术之一，农业、畜牧业、工业、人类的生活各方面都离不开温度控制。在工业生产和科技研发中，像电力、化工、石油、航空航天、机械制造、粮食存储等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，冶炼钢材，加热炉是轧钢车间必备的一道工序，不管是冷轧还是热轧，冷轧的加热温度与热轧就要相对低一些，还有一般加热炉采用三段式加入：预热、加热、均热，就是为了减少轧制缺陷的发生；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等不同的产品。农业是21世纪最有活力的新兴产业，自动检测与控制系统则是现代智能化温度的重要组成部分。温度监测是控制农作物生长的关键因素，传统温度调节方式已不能满足现代温室高精度、快速采集及响应的要求，因此找出一种能够很好解决上诉问题的方法势在必行。可见，温度的测量和控制是非常重要的。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。1.1.2 课题意义随着社会的发展，科技的进步。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像荷兰园林技术，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。利用计算机控制温室环境因素的方法，主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动作出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和CO2浓度为随变因素，使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。1.2 温度控制系统的设计目的本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经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。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度控制的设计。传统的温度计有反应速度慢、误差大等缺点而下面利用集成温度传感器DS18B20设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度控制器，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。1.3 温度控制系统完成的功能设计测温系统主要是由DS18B20去采集温度，然后由AT89C51单片机负责提供时钟频率，分析处理数据，送给LED显示。DS18B20低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。该数字温度计利用DS18B20集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机AT89C51中进行处理变换，最后将温度值显示在4位数码管上。系统以AT89C51单片机为控制核心，加上DS18B20测温电路、ADC模数转换电路、4位温度信号显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。第2章 总体设计方案2.1 设计题目分析能够对温室内的温度进行测量和控制，并用大屏幕液晶显示器显示实际的温度值、日期、时间等信息；测量温度范围：050；温度下限为15，上限为35，超过上(下)限温度系统具有降温(升温)功能；超过上(下)限温度系统具有声音报警功能；温度误差：1。本设计是一个数字温度控制系统，能测量温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。2.2 方案的筛选论证根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。硬件电路非常简单，但程序设计复杂一些，在以前的课程学习上对DS18B20、字符型液晶显示、键盘的程序都有所学习，而且曾经在网上看到过此类程序设计，并且我们已经使用开发工具KEIL用C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，对毕业设计的圆满完成也非常有信心。2.3 方案的总体设计本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由三部分组成：控制部分主芯片采用单片机AT89S51；显示部分采用4位LED数码管以动态扫描方式实现温度信号的显示；温度采集部分采用DS18B20温度传感器；单片机复位单元；报警发生单元。继电器控制外围电路器 单 片 机温度传感器DS18B20LED显示指示灯单片机复位报警单元图2-1 温度控制电路总体设计方案2.3.1 控制部分根据设计的要求，要利用温度传感器实时控温。当温度高于设定的温度时，打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内。当温度低于设定的温度时，打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。同时要求能设定温度。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测和控制。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的采集电路，键盘显示电路，温控电路，报警电路等几个部分。要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理和应用，及键盘和显示电路的设计等。2.3.2 显示部分显示电路采用4位共阴极LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。2.3.3 温度采集部分采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够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912位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。a. DS18B20的性能特点采用单线技术，与单片机通信只需一个引脚；通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的应用；实际应用中不需要外部任何器件即可实现测温；可通过数据线供电，电压的范围在35.5V；不需要备份电源；测量范围为-55+125，在-10+85范围内误差为0.5；数字温度计的分辨率用户可以在9位到12位之间选择，可配置实现912位的温度读数；将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms；用户定义的，非易失性的温度告警设置，用用户可以自行设定告警的上下限温度。b. DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR35封装，如图2-2所示。图2-2 DS18B20封装c.DS18B20内部结构主要由四部分组成，如图2-3所示图2-3 DS18B20内部结构非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。d.DS18B20温度传感器的注意事项DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会导致转换错误，使温度输出总是显示85；在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V左右，若电源电压过低，会使所测得的温度与实际温度出现偏高现象，经过试验发现，一般在5V左右；较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与单片机间采用串行方式传送数据，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果；在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。第3章 DS18B20温度传感器3.1 温度传感器发展历程温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。3.2 DS18B20工作原理3.2.1 DS18B20的工作时序a.DS18B20工作过程及时序 DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。初始时，温度寄存器被预置成-55，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。b.初始化时序图3-1 初始化时序如图3-1所示，当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。c.写时序图3-2 写时序如图3-2所示，写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。d.读时序图3-3 读时序如图3-3所示，总线减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。3.3 DS18B20的测温原理3.3.1 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理，如图3-4所示3。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据，如图3-5所示。减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0图3-4 测温原理内部装置3.3.2 DS18B20的测温流程跳过ROM匹配初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S读寄存器转换成显示码数码管显示图3-5 DS18B20测温流程第4章 单片机接口设计DS18B20可以采用两种方式供电，一种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。4.1 AT89S52的主要性能与MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器 、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符1。4.2 AT89S51的功能特性AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S51为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式,如图4-1所示。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。DS18B20单 片 机P1.0VVCGND图4-1 DS18B20与单片机的接口电路4.3 AT89S51的接口设计通过键盘设定温度的上下限。把实际测量的温度和设定的上下限进行比较，来控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低电平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分别与三极管的基极连接来控制温度和报警。当测量的温度超过了设定的最高温度，P2.2由高电平变成低电平，就相当于基极输入为“0”，这时三极管导通推动小风扇和控制电路工作，反之，当基极输入为“1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。只要控制单片机的P0.0、P0.1、P0.7口的高低电平就可以控制模拟电路的工作,如图4-2所示。图4-2 单片机引脚图4.4 AT89S51的引脚说明VCC：电源电压。GND：接地。P0口：P0口是一个8位开漏双向I / O端口，每个引脚可以吸收8TTL门电流。P0口针时先写1，被定义为高阻抗输入。P0可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奇偶校验，P0输出的原代码，然后P0必须被连接到一个外部的上拉电阻。P1口：P1口是一个内部上拉电阻，以提供一个8位双向I / O口，P1口输出缓冲器可以收到4TTL门电流。写P1端口引脚后内部拉高，可作为输入，P1口被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口是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端口写“1”时，其引脚内部上拉电阻上拉，并作为输入。因此作为输入，P2口引脚被外部拉低源电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2口使用时，外部程序存储器或16位地址外部数据存储器的访问，P2口输出地址的高八位。在给定的地址“1”，它利用内部上拉优势八对外部数据存储器的地址时，读取和写入，P2口输出其特殊功能寄存器。 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口引脚8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”，他们在内部拉高，并用作输入。作为输入时，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口也可用于作为AT89C51的一些特殊功能的端口引脚复用功能：P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出端口）P3.2 / INT0（外部中断0）P3.3 / INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器0外部输入记录）P3.5 T1（计时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口的编程和编程验证闪烁接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位时，该设备保持RST脚两个机器周期时间。ALE / PROG：当访问外部存储器地址锁存允许的输出电平的状态字节是用来锁存的地址。在Flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE周期结束于一个恒定的频率输出正脉冲信号，频率振荡器频率的1/6。因此，它可以被用于外部输出的脉冲或用于定时目的。但是请注意，这是：每当用作外部数据存储器时，ALE脉冲被跳过。如果你想禁用的ALE输出，可设置为0在SFR8EH地址。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE工作。此外，该引脚被拉略有下降。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，设置无效。/ PSEN：外部程序存储器选通信号。通过外部程序存储器取在每个机器周期两次/ PSEN有效。然而，外部数据存储器的访问，这两个有效的/ PSEN信号将不会出现。/ EA / VPP：当/ EA保持为低电平，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。需要注意的是加密1:00 / EA将在内部锁定复位;当/ EA端保持高位运行，这里的内部程序存储器。在Flash编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：输入振荡器反相放大器和内部时钟操作电路的输入。XTAL2：反向振荡输出。XTAL1和XTAL2：是一个反相放大器的输入和输出。反相放大器可以配置为片上振荡器。如果使用外部时钟源驱动装置，XTAL2不宜服用。备用的输入通过分频触发，内部时钟信号，所以没有任何要求的外部时钟信号的脉冲宽度，但必须保证高，低脉冲宽度的要求。4.5 LED数码管显示器接口的设计常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。这种数码管显示器有共阳极和共阴极两种，如图4-3所示。共阴极LED数码管的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。图4-3 LED现设计类别同样，共阳极数码管的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应段被显示。为了使LED数码管显示不同的符号或数字，要把某些段的发光二极管点亮，这样就要为LED数码管提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码也称为段码（或称字型码）。 LED数码管共计8段。因此提供给LED数码管的段码（或字型码）正好是一个字节。在使用中，习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表4-1和表4-2所示。表4-1 各段与字节中各位对应关系表4-2 8段LED段码4.5.1 LED静态显示方式静态显示指无论多少位LED数码管，都同时处于显示状态。数码管工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（adp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。正因如此，静态显示无闪烁，亮度较高，软件控制比较容易。 如图4-4所示，为4位LED数码管静态显示器电路，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于各位分别由一8位的数字输出端口控制段码线，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。静态显示方式占用口线较多。如果显示器的数目增多，则需要增加I/O口的数目。图4-4 位LED数码管静态显示器电路第5章 系统调试与分析5.1 系统硬件电路设计5.1.1 主板电路设计单片机的P1.0接DS18B20的2号引脚，P0口送数P2口扫描，P1.1、P1.2控制加热器和电风扇的继电器。5.1.2 各部分电路a.显示电路显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写，如图5-1所示。图5-1 显示电路图b.DS18B20温度传感器电路，如图5-2所示图5-2 温度传感器电路引脚图c.晶振控制电路，如图5-3所示图5-3 晶振控制电路图5.2 系统软件设计5.2.1 系统软件设计的整体思想本设计是以AT89S51为核心，利用软硬件相结合的自动控制器。在单片机自动控制已经广泛的应用于人们的生产和生活的今天，传统用模拟电路来控制温度的做法，已经逐渐被淘汰。这个系统的实现，改变了传统的温度控制方法，为温度的控制开辟了一条新的道路。根据我国的科技和工业水平，这个系统的设计是符合工业生产的需要。实现我国的工业化，自动控制是其中的一个重要目标，自动控制系统正广泛的应用于工业生产和人们的日常生活。a.每个模块有自身的任务，只有接收到上级模块的调用命令时才能执行。b. 模块之间的通信只限于其直接上、下级模块，任何模块不能直接与其他上下级模块或同级模块发生通信联系。c. 若有某模块要与非直接上、下级的其他模块发生通信联系，必须通过其上级模块进行传递。d.模块调用顺序为自上而下。在控制结构图中，把一个系统分解为若干模块，实质上是把一件比较抽象、其物理内容不大确定的任务，分解为若干件比较具体的、物理内容比较确定的任务。主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值，则进入加热阶段，置P1.1为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置P1.2为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次的启动命。5.2.2 系统程序流程图系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。a.主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图5-4所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。图5-4 主程序流程图DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。b.系统总的流程图，如图5-5所示开 始初始化DS18B20显示当前温度判断当前温度值超过设定温度上限启动风扇降低温度红灯亮设定温度上、下限启动电热炉升高温度是否低于设定温度下限是绿灯亮否图5-5系统总的流程图第6章 焊接的方法与步骤6.1 焊接前的准备在焊接之前，应用万用表进行校验，检查每个元器件插放是否正确、整齐，二极管、电解电容极性是否正确，电阻读数的方向是否一致，全部合格后方可进行元器件的焊接电烙铁的处理。6.2 手工焊接过程6.2.1 操作前检查a.把电烙铁插头插入规定的插座上3-5分钟，检查烙铁是否发热，如发觉不热，先检查插座是否插好，如插好，若还不发热，应立即向管理员汇报，不能自随意拆开烙铁，更不能用手直接接触烙铁头。b.已经氧化凹凸不平的或带钩的烙铁头应更新的：可以保证良好的热传导效果。c.保证被焊接物的品质。如果换上新的烙铁嘴，受热后应将保养漆擦掉，立即加上锡保养。烙铁的清洗要在焊锡作业前实施，如果5分钟以上不使用烙铁，需关闭电源。海绵要清洗干净不干净的海绵中含有金属颗粒，或含硫的海绵都会损坏烙铁头。d.检查吸锡海绵是否有水和清洁，若没水，请加入适量的水（适量是指把海绵按到常态的一半厚时有水渗出。6.2.2 焊接步骤烙铁焊接的具体操作步骤可分为五步：步骤1：准备合适烙铁头；步骤2：烙铁头接触被焊件；步骤3：送上焊锡丝；步骤4：焊锡丝脱离焊点；步骤5：烙铁头脱离焊点。6.2.3 焊接要领a.烙铁头与两被焊件的接触方式接触位置：烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。当两个被焊件热容量悬殊时，应适当调整烙铁倾斜角度，烙铁与焊接面的倾斜角越小，使热容量较大的被焊件与烙铁的接触面积增大，热传导能力加强。接触压力：烙铁头与被焊件接触时应略施压力，热传导强弱与施加压力大小成正比，但以对被焊件表面不造成损伤为原则。b.焊丝的供给方法焊丝的供给应掌握3个要领，既供给时间，位置和数量。供给时间：原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。供给位置：应是在烙铁与被焊件之间并尽量靠近焊盘。供给数量：应看被焊件与焊盘的大小，焊锡盖住焊盘后焊锡高于焊盘直径的1/3既可。c.焊接时间及温度设置温度由实际使用决定，以焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒，平时观察烙铁头，当其发紫时候，温度设置过高；一般直插电子料，将烙铁头的实际温度设置为（350370度）表面贴装物料（SMC）物料，将烙铁头的实际温度设置为（330350度）；特殊物料，需要特别设置烙铁温度，FPC、LCD连接器等要用含银锡线，温度一般在290度到310度之间；焊接大的元件脚，温度不要超过380度，但可以增大烙铁功率。d.焊接注意事项焊接前应观察各个焊点(铜皮)是否光洁、氧化等；在焊接物品时，要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路。6.2.4 操作后检查a.用完烙铁后应将烙铁头的余锡在海绵上擦净。b.每天下班后必须将烙铁座上的锡珠、锡渣、灰尘等物清除干净，然后把烙铁放在烙铁架上。c.将清理好的电烙铁放在工作台右上角。第7章 电路的调试当一个电路板焊接都完成后，在检查该电路板是否可以正常工作时，通常不要直接给电路板供电，而是要按下面的步骤进行检查，确保每一步都没有问题后在上电也不迟，以免造成不必要的危险。7.1 导线连接是否正确如今，大家都是使用电路绘制软件进行电路板的设计，但是还是建议大家先画原理图在生成网络表来生成PCB的连接，有很多的初学者学习PCB电路板的软件是都是直接画PCB板，在单片机的入门和设计各个小实验电路板时都是直接在元件库中拉出元件封装来画PCB，通常会导致很多管脚的错连。如果你是使用很规范的电路设计步骤来设计的电路板，那么你的原理图是你检查的关键，这里需要检查的地方主要在芯片的电源和网络节点的是否标注正确，同时也要注意网络节点是否有重叠的现象，这是检查的重点。另一个检查的重点是元件的封装。现在很多的芯片的封装的不同，其引脚的顺序也是不同的。7.2 电源接口是否有短路现象这里就体现出调试之前不上电的原因，有的电源接口短路，这样会造成你的电源烧坏。有时会有电源爆炸的事故发生。使用万用表测量一下电源的输入阻抗，这是必须的步骤。再设计，是电源部分可以使用一个电阻来作为调试方法，上电前先不焊接电阻，检查电源的电压正常后在将电阻焊接在PCB上，给后面的单元供电，以免造成上电由于电源的电压不正常而烧毁后面单元的芯片，若是贴片的就更麻烦电路设计中增加保护电路，比如输入电源极性接反报警电路等。7.3元器件安装情况主要是检查有极性的元器件，如发光二极管、电解电容、电位器、以及三极管的管脚是否对应三极，同一功能的不同厂家其管脚的排序也是不同的。所以最好使用万用表测试一下。第8章 调试注意事项在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。如用万用表检测时，将万用表两表笔接触电路板相连处即可。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。若通电后观察电路有冒烟、起火等现象，应立即断电，排除故障后继续通电，并注意观察各器件引脚是否正常。打开电源，给系统加上激励信号源（如升温，降温）等等，观察指示灯是否按要求变化。如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。接通电源，将温度传感器放入热水中，发现继电器指示器灯常亮，将万用表调到电压档，连接测试电源的接口，发现没有电压信号；反过来测试，同样没有信号。断开电源，将万用表调到电阻档，将表笔分别连接导线接线端与它对应的电源端口，发现接负极的导线没有导通，此时可能导线没有接通。结 论经过将近一个月的努力，完成了智能温度控制系统的设计，达到预期设计目的。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前没有独立做过这样的设计，但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，举个例子，以前写的那几次，数据加减时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减，感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。从这次的设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次设计中的最大收获。通过对多种温度控制系统的分析研究，本论文自行设计并实现了一种温度测试控制系统。该系统基于51系列单片机的控制，通过AT89S51处理温度传感器检测的数字信号，从而控制固态继电器的打开和关闭，实现对温度的控制，同时配合按键的手动控制，使得系统操作更加方便、人性化。通过对硬件与软件的调试情况，系统基本能实现论文所预期设计的功能，不过系统仍然存在一些不足之处，有待改进。从设计方案的选择到最终系统功能的实现，我在这个过程中学到了许多新的知识。首先是阅读了一些参考文献，使我对温度控制系统有了全新的认识。在这次系统设计的过程中遇到了很多困难，但通过自己的努力都一一克服了。当然由于自己前一段时间不抓紧，搞的到最后几天拼命赶论文，弄的自己很狼狈，这是我以后要吸取教训的地方，凡事都得有计划。在设计过程中，通过学习学到了很多知识，收获很大，同时也锻炼了多方面的能力。通过对系统程序的编写，编程的能力有所提升，同时，通过不断的发现问题和解决问题，自己自学能力和分析处理问题的能力有所提升。通过本设计，将所学知识用于解决社会生活中的实际问题，提高了所学知识的实际应用能力，也提高了自身的学习能力。致 谢首先，要衷心感谢我的指导教师！在我学习期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则。这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、撰写的每一个环节，都得到导师的悉心指导和帮助。我愿借此机会向导师表示衷心的感谢！在整个设计和论文的完成过程中，我得到了众多同学的支持和帮助，特别要感谢实验室的老师和同学们，感谢他们在我毕业设计期间所给予的支持和帮助。实验室里良好的学习气氛，学术讨论，以及技术交流，使我在学习方法、实际应用上得到很多经验和指导。大学的生活让我有了坚强的性格，冷静的头脑和永远乐观的态度。最重要的是让我有了责任感，对自己、对家人和对社会。在此，我还要感谢所有老师们对我的关心和帮助，正是在你们的教育指导下使我掌握了各种专业知识和技能，不断成长。今后我会继续不断努力，实现自我价值，并创造更多的社会价值。最后衷心感谢百忙之中评阅论文的老师们，恳请各位老师多多指点。参考文献1 李朝青，单片机原理及接口技术(简明修订版)M. 北京：航空航天大学出版社，19982 李广弟，单片机基础M. 北京：航空航天大学出版社，19943 陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理与应用J . 安徽机电学院学报，20024 Maxim 公司 ，1-Wire 单总线的基本原理EB/ OL5 马云峰，陈子夫，李培全，数字温度传感器DS18B20的原理与应用EB/OL6 华成英，童诗白，模拟电子技术基础(第四版)M . (高等教育出版社)，2006.1 7 缪家鼎，徐文娟 牟同升，光电技术M . 浙江大学出版社，1996.3 8 吴大正，电路基础（第二版）. 西安电子科技大学出版社，2000.7 9 袁小平，电子技术综合设计教程（第一版）. 机械工业出版社，2008.4 10 康华光，邹寿彬，电子技术基础数字部分(第四版) . 北京：高等教育出版社，1999 11 杜肤生，数字集成电路应用精粹. 北京：人民邮电出版社，2001 12 大钦，电子技术基础实验(第二版) . 北京：高等教育出版社，2000附 录程序代码ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否检测到DS18B20标志位A_BIT EQU 20H ;数码管个位数存放内存位置B_BIT EQU 21H ;数码管十位数存放内存位置XS EQU 30HMOV A，#00HMOV P2，AMAIN:LCALL GET_TEMPER;调用读温度子程序MOV A，29HMOV B，ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H，AMOV A，BMOV C，40H;将28H中的最低位移入CRRC AMOV C，41HRRC AMOV C，42HRRC AMOV C，43HRRC AMOV 29H，ALCALL DISPLAY;调用数码管显示子程序AJMP MAIN; 这是DS18B20复位初始化子程序INIT_1820:SETB P1.0NOPCLR P1.0;主机发出延时537微秒的复位低脉冲MOV R1，#3TSR1:MOV R0，#107DJNZ R0，$DJN