应用性比较强， 系统稍微改装可以作为生物培养液温度监控系统，可以做热水器温度调节系统实验室 温度监控系统等等。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 概述 课题研究的目的及意义 随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。温度是生产过程和科学实验 中普遍而且重要的物理参数。在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺 过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。其中温度的控制在 生产过程中占有相当大的比例。准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生 产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度， 采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和 设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。 本课题采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便组态简单和灵活性 大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。 作为控制系统中的个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理 自动控制原理传感器原理模拟电子技术数字控制技术键盘显示技术等诸多方面 的知识，是对所学知识的次综合测试。 课题研究现状分析 由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越 高。所以温度控制系统国内外许多有关人员的重视，得到了十分广泛的应用。温度控制 系统发展迅速，而且成果显著。由于单片微处理器的性能日益提高价格又不断降低， 使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到锅炉温度自动控制 领域，为越来越多的生产厂家所重视。 目前先进国家各种炉窑自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制系 统。其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制算 法，能够获得较好的工艺性能指标。单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技术的 发展而诞生的。由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，所以广泛应用于电子仪 表，家用电器，节能装置，军事装置，机器人，工业控制等诸多领域，使产品小型化， 智能化，既提高了产品的功能和质量又降低了成本，简化了设计。 技术指标 设计并制作个基于单片机的温度控制系统，能够对炉温进行控制。炉温可以在 定范围内由人工设定，并能在炉温变化时实现自动控制。若测量值高于温度设定范围， 由单片机发出控制信号，经过驱动电路使加热器停止工作。当温度低于设定值时，单片精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 机发出个控制信号，启动加热器。通过继电器的反复开启和关闭，使炉温保持在设定 的温度范围内。 温度设定范围为，最小区分度为，温度控制的误差 能够用数码管精确显示当前实际温度值 按键控制设置复位键加键减键 ④越限报警 总体设计 系统设计方案论证 实现温度控制的方法主要有以下几种。 方案采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较 差控制精度比较低灵活性小线路复杂调试安装都不方便。且要实现题目所有的 要求难度较大。 方案二或采用带有内核的方式。即用完成采 集，存储，显示及等功能，由核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方 案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便缺点是调试过 程复杂，成本较高。 方案三单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完机界面，系统 控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案 二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温度传感器实现对温度的控制。 系统结构框图 系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电 路五个部分。系统框图如图所示。 图系统框图 其中数据采集模块负责实时采集温度数据，采集到的温度数据传输到单片机， 由单片机处理后的数据送显示部分显示。设置模块可设置预定温度，当检测到的温度低 温度传感器 单 片 机 键盘控制 复位电路 显示电路 报警电路 控制电路精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 于设定温度时，单片机控制驱动电路启动加热，并发出报警声当检测温度高于设定温 度时，停止加热。 硬件设计 元器件的选择 单片机选择 单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存高速率通用性价格 便宜等要求，本课题选择作为主控芯片。 是个低功耗，高性能位单片机，图单片机控制模块电路 该电路采用按键加上电复位，为复位按键，复位按键按下后，复位端通过 指令约定代码操作说明 温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重新调 读电源供电方式 启动进行温度转换 读暂存器个字节内容 将数据写入暂存器的字节 把暂存器的字节写到中 把中的字节写到暂存器字节 启动发送电源供电方式的信号给主精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 的小电阻与电源接通,迅速放电,使引脚为高电平,复位按键弹起后,电源通过 的电阻对的电容重新充电,引脚端出现复位正脉冲 内部有个高增益反相放大器,用于构成振荡器,但要形成时钟脉冲,外部 还需附加电路,本设计采用内部时钟方式,利用芯片内部的振荡器,然后在引脚和 两端跨接晶体振荡器,就构成了稳定的自激振荡器,发出的脉冲直接送入内部时钟 电路,和的值通常选择为左右,晶振选择为了减小寄生电容,更好 地保证振荡器稳定可靠地工作，振荡器电容应尽可能安装得与单片机引脚和 靠近。 单片机的脚接电源，表示允许使用片内。 温度数据采集模块 温度由公司生产的线式数字温度传感器采集。测温范 围为，测温分辨率可达，被测温度用符号扩展的位补码 形式串行输出。只需根端口线就能与诸多通信，占用微处理器的端口较 少，可节省大量的引线和逻辑电路。 本设计采用三引脚封装的，其引脚图见图。接外部电源， 接地，与单片机的引脚相连。 显示模块 精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 图显示模块电路 的逻辑功能介绍如下 当清除端为低电平时，输出端均为低电平。串行数据输入端 ，可控制数据。当任意个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端 脉冲上升沿作用下为低电平。当有个为高电平，则另个就允许输入数据， 并在上升沿作用下决定的状态。真值表如表所示。 表真值表 高电平低电平任意电平↑低到高电平跳变规定的 稳态条件建立前的电平,时钟最近的↑前的电平。 图时序图 „„„ ↑ ↑ ↑ „„„„ „„„„ „„„„ „„„„ „„„„精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 在单片机的运行时钟信号，将显示数据由口串行输出至 的端。 温度设置模块 温度设置部分采用式按键，为温度值加按键，与单片机的口相连 为温度值减按键，与单片机的口相连。当没有键按下时，单片机与之相连的 输入口线为高电平，当任何个按键按下时，与之相连的输入口线被置为低电平，产 生外中断条件，在中断服务程序中读取键盘值。温度设置电路如图所示。 图温度设置模块电路 控制电路 控制电路与单片机的口相连，由于单片机输出控制信号非常微弱，需要用三 极管来驱动外围电路，三极管选用型的，当检测温度低于设定温度时，在单 片机的口输出高电平控制信号，使三极管导通，使继电器两控制端产生压差， 从而使继电器吸合，常开触点接通，控制外部电路对锅炉进行加热。控制电路电路图如 图所示。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 图控制电路 软件设计 系统软件要实现的功能如下 利用只共阴数码管，显示检测温度十位，显示检测温度个位， 显示设定温度十位，显示设定温度个位，显示分辨率为。单片机复位后默认 设定温度为，当每按下次设定温度上升按钮时，设定温度增加，最高 为，当每按下次设定温度下降按钮时，设定温度减少，最低设定为。 当设定温度大于检测温度时加热输出，当设定温度小于检测温度时加热停止。 主程序流程图 温度控制程序的设计应考虑如下 键盘扫描键码识别和温度显示 炉温采样 数据处理 越限报警和处理。 系统流程图如图所示。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 图系统流程图 温度传感器工作过程及时序 工作过程中的协议如下 初始化操作命令存储器操作命令处理数据 初始化时序 时序如图所示。主机总线发送复位脉冲最短为，最高时间为 的低电平信号，接着再释放总线置总线为高电平并进入接收状态。在检 测到总线的上升沿后等待发出器件存在脉冲低电平持续。 初始化程序如下所示 , , , , 减加 小 于 与设定温 度比较 开始 初始化 停止加热 检测温度 显示 判断按键 设定值加设定值减 显示