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基于AT89C51的单片机温度控制器设计与应用
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更新于2024-06-24
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本篇毕业论文深入探讨了基于单片机的温度控制器设计,着重于如何利用现代技术改进工业生产过程中的温度管理。研究的核心焦点是AT89C51单片机,它作为控制器的主核心,负责处理和控制整个系统。温度检测的关键组件是DS18B20数字温度传感器,它能够提供精确的温度读数,并通过单总线接口与ADC0809模数转换器相连,实现了传感器信号的数字化转换。 硬件电路部分,设计者巧妙地将DS18B20的输出连接到ADC0809的输入端,这样可以有效地将模拟信号转化为数字信号,便于后续的处理和分析。ADC0809的选择体现了作者对精度和效率的考虑,它能够高效地将模拟信号转换成可被单片机解析的数据。 软件设计则围绕着单片机的程序控制展开,AT89C51的指令集被用来编写算法,用于实时监测温度、进行比较,并根据设定的阈值调整加热或冷却设备的工作状态。系统设计强调了实时性和可靠性,确保温度在设定范围内保持稳定,同时具备较强的抗干扰能力,以保证在复杂环境中的稳定运行。 论文还特别提到了系统的扩展性和实用性,设计的双通道温度控制系统允许一个主机同时控制多个温度点,有效避免了传统单点控制方式可能带来的资源浪费问题。这种设计特别适合大型仓库、工厂以及智能化建筑等环境中,对于多点温度监控有显著的优势,能提高效率并节省能源。 关键词"ADC0809"、"AT89C51"、"DS18B20"和"温度控制"直接反映了论文的核心技术内容,展示了作者对于这些关键组件及其在实际应用中的深入理解和掌握。总结起来,这篇论文不仅提供了单片机在温度控制系统中的具体应用实例,而且为相关领域的工程师提供了实用的设计方法和参考案例,具有很高的学术价值和技术实用性。
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安徽工程大学机电学院毕业设计(论文)
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布形态或提供其它的数据显示公式
[7]
。
温度测量技术:接触式测温、非接触式测温、辐射式测温。温度控制技术:智能温
度控制法、PID 线性控温法、定值开关控制法。本论文采用的是接触式测温,定值开关
控制温度法。主要目的是实现温度的自动控制,保证水温在所设定温度范围内正常运作,
此系统主要由温度采集系统、显示系统、报警系统、加热控制单元、输入设定等部分组
成。通过以上系统能够做到设置水温范围以及自动调节水温。如果温度在设定值范围内,
则系统正常工作;如果低于设定的下限值,系统显示低温警报信号并保持加热装置为水
箱加热;如果超出温度范围上限值,系统发出高温警报并控制系统负载停止工作。
1.3 课题研究的主要内容
本设计的内容是温度测试控制,控制对象就是温度。温度控制在日常生活及工业领
域应用相当广泛,比如浴室、水池、电源等场所的温度控制。而以往温度控制大多数是
由人工完成的,但是对于温度的检测却不够重视,以致于许多的意外发生都是由于对温度
的检测的误差所导致的。本文将采用了单片机对温度实现自动控制。主要实现的功能有:
对于被测控对象的温度进行实时采集,采用的方法主要是通过一传感器( DS18B20)
将温度转变模拟电信号,然后再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机(AT89C51)中,
最后单片机将传感器所采集到的温度和预先设定好的温度进行数值上的对比,当对于小
于设定值时将发出信号,并启动加热装置;当大于设定值时将关闭加热装置,让其自然冷
却,从而使得被控温度控制在一定的范围之内,达到实时控制的功能。通过一系列的对温
度的改变是其达到可以自动控制温度,满足该设计的要求。
田丰:基于单片机的温度控制器的设计
4
第 2 章 温度控制器的设计方案
2.1 系统整体方案和结构
由于本课题主要要求的是,完成一种基于 51 单片机和 DS18B20 温度传感器共同控
制的一种自动控制系统,具有温度检测、温度范围设置、温度显示、温控控制信号输出
等功能。本文对于温度控制系统硬件部分的研究,按功能大致可以分为以下几个部分:
单片机主控模块、数模转换电路、显示电路、电源电路、声光报警电路等。硬件总体结
构框图如图 2-1 所示。由结构框图可见,温度控制系统是以单片机为控制的主机,主控
模块由扩展外部存储器构成。被测对象的温度,由 DS18B20 温度传感器检测温度。转
化的数字信号将传输给给单片机让其对其数值进行处理,一方面将测得的温度值通过控
制面板上的 LCD 显示器显示出来;另一方面将该温度值和设定的温度值相比较,根据
其偏差值的大小,采用控制算法进行运算,最后通过单片机的输出管脚输出控制信号
[8]
。
进而对被测物体温度进行控制。如果实际测得的温度值超过,或低于系统给定的极限安
全温度,保护电路会做出反应,同时报警电路报警响起,从而保护被测对象。单片机快
速、准确的进行温度数据采集、然后处理、显示温度和控制主要是时钟电路,提供的时
钟频率,使单片机能正常的处理许多任务。其结构方案图如图 2-1。
温度控制器
DS18B20
被测对象
加热制冷
报警装置
继电器
单
片
机
电源电路
温度设定
显示温度
图 2-1 结构方案图
2.2 系统方案的选择与说明
2.2.1 主机模块
方案一:
ARM 处理器为 RISC 芯片,是 32 位的微处理器。具有体积小、功耗低、高性能,
安徽工程大学机电学院毕业设计(论文)
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功能强大等特点,支持 16 位 32 位双指令集,能很好的兼容 8 位/16 位器件,共有 37 个
寄存器,是目前应用于嵌入式系统的主流处理器
[9]
。因此,使用 ARM 处理器来作为本
课题的主控制芯片是可行的,但是其成本相对较高。
方案二:
51 内核单片机是典型的微控制器,其广泛应用于工业控制领域。目前应用广泛的单
片机类型有 51 单片机、AVR 单片机、PIC 单片机等。其中 STC12C5A60S2 单片机属于
增强型单片机,具有高速,宽电压,低功耗,低成本,根据本课题的设计要求可知,使用
51 单片机实现所有功能。
根据以上说明可知,方案一功能强大,但是由于成本相对较高,而方案二也可以实
现课题所有要求,并且成本非常低。因此本课题决定采用方案二,单片机 STC12C5A60S2
单片机作为主机主控制芯片,而从机控制芯片则选择成本更低的 AT89C51 单片机作为
控制芯片。
2.2.2 显示模块
方案一:
1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵
型液晶,能够同时显示 32 个字符(16 列 2 行)。具有微功耗,体质小,显示内容丰富,
超薄轻巧,成本低等特点。可以使用其作为本课题的显示模块。
方案二:
LCD12864 是一种具有 4 位/8 位并行,2 线或 3 线串行多种接口方式,其中包含了
国际一级,二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块,其分辨率为 128x64。使用该
液晶可以在满足要求的同时还可以显示图像文字。并且具有操作简单,低电压低功耗,
功能强大等特点。
根据以上说明可知,由于本课题需要测量显示的数据较多,并且需要根据特定要求
进行人机交互设置操作,因此选择方案二中的 LCD1602 作为主机模块的液晶显示模块
可以达到很好的显示效果,且价格低廉。
2.2.3 温度测量
方案一:
使用热敏电阻作为感温器件。音位热敏电阻为半导体材料,且为负温度系数,即阻
值随温度增加而降低。温度变化则会造成大的阻值改变,因此本试验中它是最灵敏的温
度传感器。热敏电阻具有灵敏度高,工作温度范围宽,体质小使用方便等特点。但是由
于热敏电阻的线性度极差,不易控制,因此用来测量温度的精度就相应的降低了。
方案二:
使用 DS18B20 数字测温传感器作为测温元件。它只用一条线进行输入输出,因而
与之接口的微处理器也只需要一条口线与之通信。它不需要任何外围元件即可检测温度,
并转换成数字量传给上位机(微处理器)。这种单线传输方式,大大提高了系统的抗干
扰性,适合在恶劣环境的现场进行温度测量。并且由于 DS18B20 本身测温系统简单,
测温精度高,连续方便,占用口线少,测温误差小,分辨力高,抗干扰能力较强,能远程
传输数据,而且用户可设定温度上、下限,使其具有越限自动报警功能,并且自带串行
总线接口,适配各种微控制器,因此本次设计选用 DS18B20 作为测温元件。
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