基于单片机的室内温度控制系统的设计.docx

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1、题目：基于单片机的室内温度控制系统的设计本文设计中采用AT89C51单片机进行温控系统的开发。改温度控制系统主要用于室内温度控制，系统主要有四部分组成，分别为温度检测部分、温度控制部分、显示部分、温度设定。其中温度检测部分主要采用了温度传感器对室内温度进行采集，并将信号传输至单片机，温度传感器型号为DS18B20;系统显示部分使用了LED数码管，能够将温度显示的精度控制在O.TCo温度设定部分主要通过设定按钮进行室内温度的设定，温度控制部分主要通过检测部分采集的温度与设定的温度之间的对比，通过两者之间的差值进行PWM的调节来对可控硅的导通进行控制，实现室内的温度调节。在本文中温度控制的程序采用

2、汇编语言设计，系统整体结构较为简洁，功能满足设计需求，成本较低能够在实际生活中进行使用。关键词：AT89C51单片机温度传感器DS18B20恒温控制可变脉宽(PWM)AbstractInthispaper,AT89C51isusedtodevelopthetemperaturecontrolsystem.Thetemperaturecontrolsystemismainlyusedforindoortemperaturecontrol.Thesystemconsistsoffourparts!temperaturedetectionpart,temperaturecontrolpart,dis

3、playpartandtemperaturesettingpart.Inthetemperaturedetectionpart,thetemperaturesensorismainlyusedtocollecttheindoortemperatureandtransmitthesignaltothesinglechipmicrocomputer.ThemodelofthetemperaturesensorisDS18B20.Inthesystemdisplaypart,theLEDdigitaltubeisusedtocontroltheaccuracyofthetemperaturedisp

4、layat0.1.Thetemperaturesettingpartmainlysetstheindoortemperaturethroughthesettingbutton,andthetemperaturecontrolpartmainlycontrolstheconductionofthethyristorthroughthecomparisonbetweenthetemperaturecollectedbythedetectionpartandthesettemperature,andthePWMadjustmentofthedifferencebetweenthetwotoreali

5、zetheindoortemperatureadjustment.Inthispaper,thetemperaturecontrolprogramisdesignedbyassemblylanguage,theoverallstructureofthesystemisrelativelysimple,thefunctionmeetsthedesignrequirements,thecostislowandcanbeusedinreallife.KeyWords:AT89C51SinglechiptemperaturesensorDS18B20Constanttemperaturecontrol

6、Variablepulsewidth(PWM)目录摘要IIAbstractIV1引言11.1 温度控制系统研究的目的和意义11.2 国内外研究动态11.3 温度传感器的应用12室内温度控制系统方案设计32.1 方案制定32.2 功能的介绍33系统硬件电路设计43.1 AT89C5143.2 传感器接口电路设计53.3 LED显示接口电设计73.3.1 LED数码管73.4 温度控制电路的设计84脉宽调制104.1 介绍104.2 脉宽调制信号的设计思想104.3 脉宽调制信号的作用104.4 脉冲宽度调制优点115系统软件设计126.1目测147结论17参考文献18附录A程序19附录B硬件电路

7、图30致谢311引言1.1 温度控制系统研究的目的和意义在我们所生存的环境中，温度的变化与我们的生产生活有着紧密的联系，是与我们的生活息息相关的重要因素，同时也是很多工业生产中常见的工艺参数之一，很多化学试剂与药物的研究和物理领域，温度是极其重要的参数，在生产中温度的变化会影响着化学药的质量，甚至威胁到工人的生命安全。在我国科技迅速发展的大环境中，各个行业一起发展，对温度控制的要求更加精确和严格。这个设计是室内温度控制系统设计，其研究对象主要是室内温度，主要应用在：1.家庭生活方面，例如浴室温度控制、客厅及卧室温度控制等；2.工业生产方面，例如冰箱、空调等家用电器的制造、发酵缸等。以往的温度控

8、制大多都是人为控制的，存在着一些弊端和无法控制的问题，因此，在本文中将对自动调节的温控系统进行设计，来弥补人工调节温度的不足，实现智能化温控。1.2 国内外研究动态在二十世纪后期，国外已经出现了采用仪表进行温度采集并进行记录的技术。由此开始逐步转向更加智能的温度控制技术。其中分布式控制系统在80年代末被采用。目前国外已研发出高性能的温度传感器。而我国在温度控制领域的研究起步较晚，在国外进行温控技术研究进行十年之后，我国才开始摄入该领域，并且一些工程技术人员在学习和引进国外研究成果的基础上，逐步实现了温控技术的国产化。目前国内的研究主要集中在浴室水温控制方面，在各种因素的作用下，浴室水温控制的温

9、度范围和精度已经有较大的提高。13温度传感器的应用温度传感器是室内温度控制系统里的重要组成部分。温度传感器根据工作原理的不同主要划分为以下几种：(1)热电偶传感器。此种传感器的应用较为广泛，尤其是在工业生产中。热偶传感器在各种较为复杂的工况下具有良好的稳定性，并且检测温度的范围广，信号传输距离相对较远，使用方法简便。热偶传感器能够通过内部结构将温度信息转化为电压信号，因此便于数据的记录和显示。(2)模拟集成传感器。此种传感器主要使用的一种半导体材料硅，并且通过集成工艺制造而成。这种传感器使用范围具有局限性，但是传感器的测量精度高，能够进行长距离的传输。模拟集成传感器相对于其他类型的传感器来说体

10、积小，耗能低，主要用于长距离测量的工况。(3)光纤传感器。此种类型的传感器能够将测量的数据转变为光信号进行传输。光纤传感器的信号处理原理是把来自光源的光通过光纤送到调制器，让待测的参数和进入调制区的光发生作用后，使光的光学性质产生改变，此时改变之后的光被称作为信号光。在传感器进行测量时，通过将光束导入之后，通过调制器的处理，再将其发出。在该过程中主要是利用光的传输特性进行温度信号的采集和传输(4)半导体吸收式光纤温度传感器。此种类型的传感器主要利用半导体的吸收特性原理进行温度检测。该种传感器是一种能够在高压、强电磁干扰环境下应用的温度传感器，系统引入了参考光源和光纤通信用光电子器件和组件。2室

11、内温度控制系统方案设计1. 1方案制定本次方案主要采用单片机进行控制。环境温度的检测主要依靠DS18B20型温度传感器。方案的整体流程为：温度传感器采集环境中的温度，并将采集的温度值与设定标准值进行对比，根据对比结果控制电阻丝加热的时间，进而实现对室内温度的控制，使其保持恒定。方案整体设计如下图所示：图2.1方案设计框图2. 2功能的介绍本文设计的温控方案主要对象是室内环境，所要达到的实验目的是实现室内的恒温控制。当室内环境温度低于设定值时，温控系统能够通过PWM调节加热模块，对环境进行升温。当环境温度高于设定值时，将停止加热模块的工作。本文温控系统的特点如下：(1)温度传感器通过检测环境温度

12、，并将采集的信号以数字信号传输至控制单元即单片机。(2)系统显示通过LED数码管实现，系统温度的显示精度为0.1。(3)系统的温度设定值通过按钮进行设置。(4)系统的温度调节装置通过PWM进行执行。3系统硬件电路设计3.1AT89C51AT89C51型单片机是由ATMEL公司开发的一种产品，这种产品功耗小，体积小，能够节省硬件空间，具有多个端口，并且编程形式简洁便于控制。AT89C51单片机内部具有8字节只读程序存储器。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlaSh存储单元。AT89C51型单片机外部共有四十个引脚，内部集成了一个4k字节的程序存储器和一个128字节的RAMO单片机的双向端口

13、共有三十二个，还包含有两个串行通信端口,单片机内部集成有两个16为的计数器，并且内置看门狗，单片机设置有内部时钟振荡器。在单片机的输入输出端口中，共有三个并行端口，分别为pO、pl、p2o三个并行端口共有24个引脚，其中PO端口具有另外一种附加功能，当单片机没有内部存储器时，能够作为普通输入输出端口使用。Pl类的端口也具有不同的附加功能，其中各个引脚的附加功能如下表所示.P2端口在单片机外部没有存储器时也能够同样作为单片机的普通端口使用。表3.11AT89C51P1端口的特殊功能引脚特殊功能Pl.0T2:定时器/计数器2的外部计数器输入Pl.1T2EX:定时器/计数器2的捕捉/重载触发及方向控

14、制Pl.5MOSI;用于在线编程（ISP）Pl.6MOSI:用于在线编程（ISP）Pl.7SCK:用于在线编程（ISP）表3.12AT89C51P3端口的特殊功能引脚特殊功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输入）P3.2INT0（外部中断输入0）P3.3INT1（外部中断输入DP3.4T0（定时器0外部输入）P3.5Tl（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写控制）P3.7RD（外部数据存储器读控制）本文设计方案通过DS18B20型温度传感器对室内温度进行采集，之后传感器将数字信号传输至AT89C51单片机。T89C51单片机作为本文设计方案的核心控制器，对温度数据

15、进行比对，并将温度通过LED数码管进行显示，之后通过环境温度与设定温度的对比，调节电阻丝的加热时间来调节室内环境的温度。AT89C51单片机主要起到了数据处理，温度调节模块的控制的作用。其中温度传感器与单片机的P3.0端口连接。温度显示模块与单片机的Po端口相连接，从而实现显示模块、温度监测模块与单片机的通讯。在本文方案中采用单片机内部存储器，并将外部时钟作为单片机和系统的共用时钟，并设置上电复位。单片机的最小系统结构如下图3.2.1所示：图3.2.1单片机最小系统图3. 2传感器接口电路设计DS18B20型传感器具有为高度集成化的特性，系统总体结构简洁，能够简化接线方式，采集数据精度较高，以下为使用过程中的注意事项：（1）在对DS18B20型传感器的使用编程设计中，需要重点注意DS18B20的读写时序，只有读写时序正确传感器采集的温度数据才能够正常读出。(2)此项注意事项主要针对多点测试的工况。当系统单总线的DS18B20传感器挂起时间超过8h时，需要对总线驱动进行处理。(3)DS18B20型传感器虽然具有长距离的传输性能，但是在应用过程中也需要对传感器的接线进行控制，当系统采用的通讯电缆为普通型时，接线长度需要小于50厘米。当采用双绞线带屏蔽电缆时传感器的传输距离可以达到150米。