基于80c52单片机的数字电加热恒温控制系统设计

1、密级：公开基于80C52单片机的电加热数字恒温控制系统设计Design of Digital Constant Temperature Control System for Electric Heating based on 80C52 MCU学 院：电气工程学院专 业 班 级：自动化1104班学 号：学 生 姓 名：刘东洋指 导 教 师：关新 （副教授） 2015年6月 摘 要温度对日常的生活影响极大且无时不在，实现对温度的控制对生活乃至生产发展都具有重要的意义。很多生产领域中都需大量的加热设备来进行生产，如用加热炉来实现热处理，用坩锅电阻炉来融化金属及具有不同用途的温度控制箱等。用单片机对

2、不同温度控制箱进行控制在很大程度上为设备控制带来了方便、使用简单、控制灵活等特点，同时还可以最大限度地提高温度参数的精确程度，保证了生产的稳步进行，增加了生产的效率。因此，智能化温度控制技术的研究有较大的研究意义。 本智能化温度控制系统的设计采用资料较多的80C52微型控制器，配以DS18B20数字温度传感器及nRF401芯片利用微功率短距离无线通信技术进行远程温度控制，该系统能够在25米以内远程控制温度。单片机利用检测到的数字温度信号与设定的温度上、下限值进行对比，由对比结果输出是否运行半导体制冷器指令以控制设备。本设计添加了普通的数码管来显示温度值及LED灯来显示常用电路的工作状况，增加了

3、系统的灵活性和完整性。关键词：温度箱；80C52；单片机；控制；模拟AbstractThe temperature has great influence on daily life and has no time, and it has important significance for the control of the temperature to control the life and the development of production. In the field of production are subject to a lot of heating equipmen

4、t to produce, such as heating furnace to realize heat treatment, crucible resistance furnace to molten metal and with different uses of the temperature control box. With the chip on the different temperature control box control in a great extent for the equipment control brought convenient, easy to

5、use, flexible to control, at the same time, it can maximally improve the accurate degree of parameters such as temperature, ensure production steadily, increase the production efficiency. Therefore, the research of the intelligent temperature control technology has the significance of the research.T

6、he intelligent temperature control system design using a lot of materials AT80C52 micro controller and with DS18B20 digital temperature sensor and nRF401 chip with micro power short distance wireless communication technology for remote temperature control, the system can in 25 meters remote control

7、asked. Single chip microcomputer is used to detect the digital temperature signal and set the temperature, the lower limit of the comparison, from the results of the comparison of the output of the relay to control equipment. This design adds a common digital tube to display the temperature and LED

8、lamp to show the working condition of the common circuit, and increase the flexibility and integrity of the systemKey word：Temperature；AT80C52；SCM；Control；Simulation目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2 温度控制系统的目的11.3 温度控制系统完成的功能11.4 国内外发展现状21.5 本章小结3第2章 总体设计方案42.1 方案的系统构想42.2 系统方案的确定42

9、.2.1 传感器方案42.2.2 短距离无线通信模块方案52.2.3 系统控制及数据处理模块方案62.3 器件的选用72.3.1 数字式温度传感器的选择72.3.2无线收发芯片的选择82.3.3 常用的无线收发芯片92.3.4 键盘显示模块的选择102.3.5 温度控制模块的选择102.4 本章小结11第3章 硬件电路设计123.1 设计原则123.2 引脚连接123.2.1 晶振电路123.3 无线控制接收发射器123.4 单片机最小系统的设计133.5 显示电路143.6 DS18B20温度传感器电路143.7 加热电路153.7.1 半导体制冷器，工作原理153.7.2 比例积分电路16

10、3.8 报警电路的设计203.9 收发电路设计203.10 本章小结21第4章 系统软件设计224.1 系统软件设计整体思路224.2 系统程序流图234.2.1 上位机主程序234.2.2 下位机主程序244.3 收发控制子程序254.3.1 发送控制子程序254.3.2 接收控制子程序264.4 温度控制模块的设计274.4.1 温度测量子程序274.4.2 PID控制子程序284.4.3 读出温度子程序284.5 子程序流程图304.5.1 复位应答子程序流程图304.5.2 写入子程序31第5章 系统的调试及实验结果325.1 调试步骤325.2 实验结果325.3 本章小结33第6章

11、 结论34参考文献1致谢3附录14附录25第1章 绪论1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义随着技术的不断发展，以及温度控制在各个领域的广泛应用应用，智能化的温度控制系统已成为研究发展的方向1。尤其近年来，在我们生活得各个领域温度控制系统都取得了广泛的应用，可是温度控制领域却一直没有得到很好的开发，针对这种情况，设计一个简单适用的温度控制系统，具备普遍的使用前景与实际意义。温度是科学研究中占有重要的地位，物理、化学、生物等学科与温度都息息相关。近年来的实验研究中，像电力领域、化工领域、石油领域、冶金领域、航空控制领域、机械设备制造领域、粮食存储领域、酒场生产领域内，温度的控制往往是该领

12、域生产过程中最重要的控制指标之一2。例如，发电厂中锅炉的温度只能控制在我们需要的范围之内；许多化学反应的条件是适当的温度下；炼油过程中，原油的提炼也是在温度和压力不同的条件下提炼出汽油、柴油、煤油等。如果没有标准的温度状态，很多的电子设备很难正常运行，如果没有合适的温度，那些农民种出来的粮食就很容易变质，靠其生产的酒类的品质也就没有了保障。所以，温度对于各行各业都非常重要。目前单片机广泛的应用于各类电子产品，当前的电子设备中大量的使用温度检测与温度控制系统。随着温度控制器应用范围的扩大和需求的多样，各种智能的温度控制系统被人们开发。1.2 温度控制系统的目的设计的温度控制系统具体的内容有：当给

13、定的温度处于最低状态时，控制系统自动启动半导体制冷器器用来给环境加温，当温度缓慢上升并超过设定的下限值时，温控系统停止加温；当实际温度高于设定的温度上限值时，报警器报警，同时系统自动启动半导体制冷器给系统降温，使温度降落到上限温度以下。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在规定的范围内，加温降温系统不工作。设计的LED数字显示当前的温度，数值精确度为小数点一位。1.3 温度控制系统完成的功能本系统设计目的是对温度进行高精度控制与实时监测，设计的温度控制系统实现了对温度准确控制：当温度低于给定最低温度时，控制系统自动启动半导体制冷器器用来给环境加温，当温度逐渐上升到给定下限温度以上时，停止

14、加温；当温度高于设定上限温度时，报警器报警，同时系统自动启动半导体制冷器给系统降温，使温度降落到上限温度以下。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在规定的范围内，加温降温系统不工作。LED即时显示温度，精确到小数点一位。1.4 国内外发展现状随着信息技术的不断进步，人们为了将人类从繁重、危险的工作环境中解脱出来，对已经有的技术运用到人们生活的各个领域。随着移动通信需求和远程数据采集量的增加，加之有线传输的费用日益增长，人们正逐渐认识到在许多检测领域采用无线传输的必要性4,5。在过去的几年中，无线通讯领域取得了很大的进展，这其中包括数字电路和射频电路制作工艺的进步、低功耗电路、高能电池以及

15、微电子技术的采用。以上诸多方面的发展使移动通信设备更加灵巧、经济、可靠。与上述技术一样，数字通信技术和数字调制技术的发展也发挥了很大的作用，他们使无线通信网络向更加经济、更加容易操作的方向发展。所以如果我们能够很好地了解无线通信的基本原则以及这些技术的特点，就能更好地理解并完成传感数据的无线采集。无线数据通信技术可分为两大类：一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据(CDPD)，通用分组无线传输技术(GPRS) 、EDGE 等。二是基于局域网的技术，如 IEEE802.11 WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距离无线通信技术等6。与目前已经具备相当规模的无线长距

16、离通信网络(如蜂窝移动通信网)相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。在2.4GHz非授权频段上，目前已经云集了蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等多个标准无线协议。，具有带宽高（ 2Mbps），双向传输，抗干扰性强，传输距离远（短距离无线技术范围），耗电少的优点，用于无线键鼠等室内场合7。Nordic公司等公司已成功推出nRF401芯片，2.4G全球开发ISM频段免许可证使用。同时许多公司也相继推出基于nRF401的无线传输模块。nRF401模块是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段8,9。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF401功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。至此这种基于此频段的通信方式已日渐趋向成熟10。同样随着传感器及电子电路的发展，集成的温度检测器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。类似美国DALLAS公司推出的数字测温芯片DS18B20层出不穷，国内外的研究在这方面的研究也趋近完善13。进入21世纪后，