应用电子技术毕业设计（论文）基于单片机的温度控制器设计

1、作品制作说明课题温度控制器学 院电子信息工程学院专业（方向）应用电子技术班 级电子091D学 号姓 名完成日期2011年12月19日指导教师温度控制器摘要本设计为温度控制器，通过温控元件实时采集温度并在1602上显示。预可通过按键的设定温度的上限与下限，当温度超过上限或低于下限时，如果传感器能正常工作那么继电器工作，然后对水泥电阻加热，如果温度比预设的温度高了，那么继电器停止对水泥电阻的加热，如果温度低于预设的温度，那么继电器就继续对水泥电阻加热，另外此电路还设定了其他的功能。例如：电路中还可以设置当前的时间和实时观看每一个时间段的温度显示的情况，电路中的极限值是由键盘来调节的，温度是由液晶1

2、602显示，如上所术制作出温度控制器，要求电路工作良好。下面是该电路的元器件的简介。本设计最重要的是让我们用学过的知识来做一个实物，通过巩固所学知识以及提高我们实际的能力，为将来进入社会，走岗位打下坚实的基础。关键字：液晶1602 传感器 单片机Temperature controllerAbstractThe design of temperature controller, through the temperature control device real-time acquisition of temperature and in 1602 on the display. The b

3、uttons can set temperature when the temperature exceeds the upper limit and the lower limit, upper limit or lower than the lower limit, if the sensor can work so the relay to work, then the cement resistance heating, if the temperature is lower than a preset temperature is high, so the relay stops o

4、n cement resistance heating, if the temperature is lower than the preset temperature, then the relay continue to cement resistance heating, the circuit also set other functions. For example: circuit can also set the current time and real-time watch every time the temperature display case, circuit li

5、mit value is adjusted by the keyboard, the temperature is determined by the liquid crystal display 1602, as for production of temperature controller, request circuit works well. Below is the circuit components. This design is most important to let us use the learned knowledge to do a kind, through t

6、he consolidation of the knowledge and enhance our practical ability, for the future into the community, go to post to lay next solid foundations.Keywords: LCD 1602 sensor chip目 录1摘 要.12 引言 .33方案设计 . .53.1方案的对比论证.64 系统硬件的电路设计.6 4.1 电路的总体原理框图.7 4.2 电路的工作原理.7 4.3键盘的设置.7 4.4 温度采集电路的设计.84.5 DS18B20特点介绍.1

7、04.6 电源部分的设计.104.7 DS1302简介.115 所选单片机的简介 .125.1 STC89C52D单片机的特点.125.2单片机引脚及其功能.136 电路板的焊接与测试.146.1电烙铁的使用.146.2对焊接的要求 测试结果.146.3 电路板的测试.15 总结.16参考文献.17致谢.18附录一.19附录二.202.引言：随着生产生活的需要，自动化控制越来越起到至关重要的作用。温度控制是工业生产过程中很普遍的过程控制，人们需要对各种加热炉，热处理炉，反应炉等锅炉中温度进行测量与控制。特别是冶金，化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用，其温度的控制效果直接影

8、响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的，工业生产中温度控制具有单向性、时滞性、大惯性和时变性的特征，同时要实现温度控制的快速性和准确性，对于对于提高产品质量具有很重要的意义。对于不同的场所、不同的工艺、不同的产品所需要的温度范围不同、精度也不同，则采用的温度测量元件以及温度测量方法和控制方法都有所不同；产品工艺不同、温度控制的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同。因此对温度的控制方法要多种多样。随着电子技术和微型计算的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术也随之而产生。现有的温度传感器大多为(热

9、电偶）体积大，应用复杂，多为模拟信号，已经不在适合现代工业的灵活性要求了。本设计是基于单片机的温度控制系统，为闭环系统，工作的可靠性高、精度高。本设计主要围绕单片机进行设计，从实际应用出发，选取了体积小、精度相对较高的数字式温度传感器件DS18B20作为温度采集装置，以单片机89C52作为主控芯片，1602作为显示输出，实现了对温度的实时测量，当温度超出设定范围系统将会自动调节加热或者降温系统，从而实现了实时恒温控制。3.方案设计温度的控制方法多种多样，诸如PLC控制，模拟PID调节和数字PID调节等等。从经济性和操作的可行性，本设计选择单片机控制与PLC控制进行对比选择。方案一：利用单片机实

10、现温度控制此方案以STC89C52单片机为CPU进行控制，系统主要包括现场温度采集（DS18B20)、实时温度显示(LCD1602)、报警电路提示、核心（STC89C52）单片机。DS18B20直接采集数据并以数字的形式传到处理器，处理器会检查现场温度并将其与用户设定的温度进行比对，采取相应的措施（LED发光二极管闪烁），以提示用户温度和所需温度不同，需采取相应的措施，直至温度达到设定的范围内，LED发光二极管不再闪烁，从而实现温度的控制。方案二：利用PLC实现温度控制利用PLC实现恒温控制，采用PLC控制实现电热丝加热全通、间断导通和全断加热的自控方式，来保持温度的恒定。智能型电偶温度表将置

11、于被测对象中，热电偶的传感信号与恒定温度的给定电压进行比较，生成温差，自适应恒温控制电路根据差值大小控制电路的通断。3.1 方案的对比论证方案一采用单片机实现温度调节，成本低，而且具有较高的可靠性，对于系统动态性能与稳定要求不是很高的场合非常的合适，采用DS18B20作为温度传感器，直接得到数字信号，通过单片机对偏差进行运算，若温度不在所调节的温度范围之内会以单灯闪烁的形式提醒用户，用户采取措施达到控制温度目的。方案二采用PLC进行控制，PLC的成本比单片机高出太多，而且还要提供良好的工作环境，对周边设备的要求也很高。综合各种因素，本设计将采用单片机来实现恒温控制。4.系统硬件电路的设计4.1

12、电路总体原理框图（如图1） 如图1（电路原理框图） 本系统以STC89C52为核心，系统启动，首先通过DS18B20检测温度，将信号传至单片机，在LCD 1602上显示，并且将其数值与设定值进行比对，温度高于设定值或者温度低于设定值的时候，单片机会输出信号使报警指示灯闪烁，从而提醒用户温度异常采取措施 使温度上升或者下降到用户所调节的范围之内，达到温度的控制。4.2电路的工作原理上电后通过传感器对温度的测量，然后利用按键调节温度的上下限，当电路工作后，继电器闭合对电阻加热，如果所显示的温度超过了上限或低于下限值的时候那么继电器开关打开或（闭合）停止加热（继续加热）。另外此作品利用的是44的键盘

13、来控制，作品在除了对环境温度的测量外，我组还加入了可以调节时间的功能，更加的拓展了此产品的功能。4.3.键盘的设置键盘上的按键是总共有16个，其中有2个没有用到。按键上第1个到第10个显示的是09的值.按键11是用来记录每一个时间段的温度和时间的显示，当我们没按一次按键的时候就会显示的是每一阶段的时间和温度，每一个记录的时刻都可以看到，总共有五个阶段可以记录。这样就可以方面我们的观察，用起来更为方便。按键13是可以调节时间（年月日），当我们按下这个按键后就可以看到时间显示的地方，然后可以用到其他的数字按键来调节这个显示的时间，时间调节的顺序一致是从左往右的进行。如果调节错误那就必须运用其他的建

14、来恢复界面从新来调节，这也是一个设计的弊端。按键14最主要是用来调节温度的显示，运用数字键来调节他的上下限的值。按键16是上电的时候液晶显示的是主界面，第一次按这个键盘的时候显示时间年、月、日、时分秒，按下第二次按键显示当前所测的温度，按下第三次此按键是显示之前所设置的温度的上下限值，再按一次的话，就会返回刚刚上电的界面。如图2是44的键盘： 如图2（电路键盘）4.4温度采集电路的设计选择温度传感器，首先应该考虑温度传感器的测量精度和测量范围，精度符合使用要球，所以我们直接选择数字，避免在收到模拟信号后再将其转化成数字信号，那样会扩大测量误差，影响精确度。如图3 DS18B20：如图3（DS1

15、8B20）如图4 DS18B20内部结构图：如图4 (DS18b20内部结构图)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。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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。4.5 DS18B20特点介绍（

16、1）独特的单线接口方式，与单片机通信只需一个引脚，DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5 V。（4）通过编程可实现912位的数字读数方式。（5）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（6）支持多点组网功能，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，多个DS18B20可以并联在唯一的线上，简化了分布式温度检测的应用，实现多点测温。（7）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（8）告警寻找命令可以识别和寻址那些温度超出预设告警界限的

17、器。4.6电源部分的设计电源的部分我组采用的是12v的交流电压，他的作用就是给单片机提供5v电压和给电阻加热。如图5：如图5（电源电路原理图） 各组成部分的功能如下：1) 电源变压器：将电网220V的交流电压变换成9V交流电压。2) 整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。3) 滤波电路：利用储能元件电容器C两端的电压不能突变的性质，把电容与整流负载并联，可以将整流电路输出中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电。4) 稳压电路：利用7805稳压到5V的直流电压。4.7 DS1302简介DS1302 是美国

18、DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302，DS1307,PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟

19、电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。5.所选单片机的简介STC89C52系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。5.1 STC89C52RC单片机的特点1) 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。2) 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机) / 3.8V2.0V（3V单片机

20、）。3) 工作频率范围：040MHz，相当于普通单片机080MHz，实际工作频率可达48MHz。4) 用户应用程序空间：4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K字节。5) 片上集成1280字节 / 512字节RAM。6) 通用I / O口（32 / 36个）复位后，P1/P2/P3/P4为准双向口/弱上拉（普通8050 I / O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7) ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0 / P3.1）直接下载用户程序，8K程序三秒即可

21、完成一片。8) EEPROM功能。9) 看门狗。10) 内部集成MAX810专用复位电路（D版才有），晶振低于20M时，可省外部复位电路。11) 共三个16位定时器/计数器，其中定时器T0还可以当成两个8位定时器使用。12) 外部中断四路，下降沿中断或低电平中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。13) 通用异步串行口（UART）,还可用定时器软件实现多个UART。14) 工作温度范围：075度 / - 40+85度。5.2单片机引脚及其功能（1）引脚图：STC89C52单片机有40个引脚，这40个引脚分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶振线四部分。其引脚如图3所

22、示。 图3(STC89C52引脚图)（2）引脚功能说明VCC：供电电压。VSS：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P1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/地址的第八位。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外部必须被拉高。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

23、校验时，P1口作为第八位地址接收。P1.0 T2（计时器3外部输入）；P1.1 T2EX（计时器3控制位）。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。

24、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，如下表所示：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（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器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。

25、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。6.电路板的焊接与调试6.1电烙铁的使用 （1）反握法是用五指把电烙铁的柄握在掌内，此法适用于大功率电烙铁，焊接散热量大的被焊件。（2）正握法此法用于较大的电烙铁，弯形的烙铁头也用此法。 （3）握笔发用握笔的方法握电烙铁此法适用于小功率电烙铁。6.2 对焊接的要求 （1）焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受（2）焊接可靠，具有良好的导电性，必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构，只是简单的依附在被焊金属表面。（3）焊点表面要光滑，点表面有良好的光泽。6.3 电路板的调试 本次设计电路板的调试中也不是

26、很顺利，电路板焊接好了元件以后，首先仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意有极性的电子元件一旦焊接反既有之险，刚开始我们第一次调试的时候正是由于电容急性的焊反，导致电容烧坏了，经过失败的教训以后，总结了经验我们就用万用表仔细检查电路的每一个部分，确保无误后接通电源后把程序烧在单片机中，按下开关开始显示，通过按键看显示的情况，就能看出电路的正常与否了，虽然经过了很长时间的调试，也经历了很多的困难，但是我组从来没有想过放弃的念头，还是很坚持的把整个作品完成，而且检查出了每一个模块的问题，最终还是成功了。 总结通过这次制作温度控制器过程我在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次训练，相信在接下来的日子我们都会了，而且会做得更好。我们组制作的作品主要是对室温的测量！系统以单片机 STC89C52 为核