温度控制系统的设计

1、。温度控制系统的设计单片机是20世纪中期发展起来的面向控制的大规模集成电路模块。它具有功能强、体积小、可靠性高、价格低的特点。它已广泛应用于工业控制、数据采集、智能仪器、机电一体化、家用电器等领域，大大提高了这些领域的技术水平和自动化程度。51系列单片机是目前国内应用最广泛的8位单片机之一。随着嵌入式系统和片上系统概念的提出，它被普遍接受和应用。51系列及其衍生产品将长期占据嵌入式系统产品的低端市场。因此，作为新世纪的大学生，随着信息产业的快速发展，掌握单片机的基本结构、原理和使用非常重要。1.总体电路方案设计及原理1.1 .温度控制系统的设计要求第一，设计任务利用温度传感器、集成运算放大器和

2、半导体制冷器设计了温度控制器。二、要求(1)控制封闭容器中的空气温度(2)容器容积为5厘米* 5厘米* 5厘米(3)温度测控范围：0室温(4)温度控制精度为11.2基本设计理念温度段显示根据系统的要求，本设计可分为三个模块：温度采集模块、温度显示模块和温度信号控制模块。具体的框架图如图1所示：一种温度采集模块，温度信号控制图11.3温控系统的工作原理温度传感器DS18B20采集设备环境中不同位置的温度，51单片机获取采集到的温度值，经过处理得到当前环境中相对稳定的温度值，然后根据当前设定的温度上限和温度下限，通过加热和冷却来调节当前温度。通过按钮控制，电路中的温度有高有低。当按下按钮且温度高于

3、设定温度时，LED1点亮；当按下按钮且温度正好是设定温度时，LED2点亮；当按下按钮且温度低于设定温度时，LED3点亮。1.4温度采集原理温度传感器热电偶测温的基本原理如图2所示，通过焊接两种不同材料的导体或半导体形成闭合回路。当导体A和B的两个连接点1和2之间存在温差时，它们之间将产生电动势，从而在回路中形成一定大小的电流。这种现象被称为热电效应。温度传感器的热电偶就是利用这种效应工作的。温度传感器热电阻测温原理温度传感器热电阻测温是基于金属导体电阻值随温度升高而增加的特性。数字温度传感器的工作原理温度信号被转换成串行数字信号供微处理器处理各模块基本功能和设计方案的选择和讨论2.1温度采集方

4、案概述从使用角度来看，温度传感器大致可以分为接触式和非接触式。前者是使温度传感器与被测物体直接接触，后者是使温度传感器与被测物体相隔一定距离，并检测被测物体发出的红外线，从而达到温度测量的目的。在两种类型的温度传感器中，接触式传感器比非接触式传感器使用得更频繁，非接触式传感器通常用于特殊场合。早期广泛使用的接触式温度传感器主要包括热电传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的传感器称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的传感器称为热电偶传感器。如今，温度传感器已经数字化、集成化、小型化和界面简单化，并广泛应用于生活的各个领域。方案1:使用热敏电阻输入信号可以通过热敏电阻的温度感应度来改变热电

5、偶是目前广泛用于接触温度测量的热电传感器。它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、精度高、输出信号远程传输方便等优点。但是，运算放大器的比较器电路、信号放大电路和解码电路是用来将模拟信号转换成数字信号，然后在数码管上显示出来，所以电路结构过于复杂。方案3:使用二极管由于少数载流子的存在和导电性，二极管的导通电压会受到温度的影响。优点是价格低，电路要求低，缺点是精度低。方案四：采用数字温度传感器DS18B20DS18B20是美国半导体公司推出的第一个由单线总线支持的温度传感器。它具有小型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易于安装微处理器等优点。它可以直接将温度转换成序列号，供微处理器处理

6、。与以前的装置相比，随动电路只需用单片机控制，电路简单，精度高。综上所述：由于本课程的要求是在一个相对较宽的范围内采集温度，所以精度较高。考虑到成本问题，在保证电路结构简洁的前提下，本实验采用第三种方案进行温度采集。2.2温度显示方案概述方案一：数码管显示由微处理器51获得转换后的温度值后，可以通过程序将其设置为两位小数，因此使用具有较少接口的4位数码管就足够了。数码管消耗的功率比液晶显示器更清晰，适合在白天等强光下显示。缺点是它只能显示数字，而不能显示其他有用的信息。方案二：1602液晶显示屏1602也可用于显示和控制转换后的温度，但由于液晶是反射性的，当外部光线较亮时，很容易看清楚。它的优

7、点是可以清晰地显示文本信息。2.3电源选择方案概述在本实验中，5v电源被用在许多地方，如发光二极管的照明，并且在DS18B20引脚需要的高点是相等的。方案一：串联四节1.5v电池。将4节电池装入电池盒，然后将它们添加到外围电路中。但是，6v的实际值略高于标准5v，这可能会影响DS18B20的运行。方案二：利用USB接口产生的5v电压供电。该方法不需要额外寻找5v电压源供电，而且电路简单。缺点是，如果以这种方式连接，一旦外围电路出现问题，就会烧坏外部设备，同时还可能通过USB损坏计算机。3系统软件设计整个温度系统由硬件电路和软件电路设计完成。当硬件的功能确定时，软件的功能也就确定了。主程序分为四

8、个模块，分别是：ASS 18B20内部的温度转换部件读出转换后的温度值七段数码管上的显示模块温度处理是控制模块4 89C52单片机系统的硬件连接与调试4.1原理电路图整个系统由74HC04和51单片机、七段数码管、发光二极管、晶体振荡器、电解电容、DS18B20按键和USB接口组成。温度控制系统原理4.2 89C52单片机温度转换成的串行数字信号由单片机处理，实现信号处理。获得的结果通过输出装置输出并显示在七段数码管上，最后处理部分使用P2端口的三个引脚点亮待点亮的发光二极管灯。89C52单片机由运算单元、控制器、片上存储器、并行输入输出端口、串行输入输出端口、定时器/计数器、中断系统、振荡器

9、等功能部件组成。单片机控制电路4.3温度采集部分外部温度检测部分采用DS18B20温度传感器，采集的串行数字信号由单片机处理。一种获取外部温度电路4.4温度显示部分四位和四位七段数码管构成显示部分。LM016L液晶模块采用HD44780控制器。hd44780具有简单而强大的指令集，可以实现字符移动和闪烁功能。LM016L与单片机之间的通信可以采用8位或4位并行传输。hd44780控制器由两个8位寄存器组成，命令寄存器和数据寄存器繁忙标志、显示数字随机存取存储器、字符发生器、字符发生器和地址计数器。红外用于注册只能写不能读的指令代码；数据恢复用于注册数据，数据通过内部操作自动写入数据恢复模块和计算内存，或从数据恢复模块和计算内存临时读取。当BF为1时，液晶显示模块处于内部模式，不响应外部操作指令，不接受数据；DDTAM用于存储显示的字符，可存储80个字符代码；CGROM从8位字符代码生成160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符。温度显示部分4.5温度处理电路按钮来控制，以便电路中的温