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西华大学毕业设计说明书目录摘要………………………………………………………………………………11前言……………………………………………………………………………12室温控制系统的概述……………………………………………………………13室温控制系统方案的选择…………………………………………………13.1单片机的选择…………………………………………………13.2温度传感器的选择………………………………………………13.3显示器的选择………………………………………………………………23.4通信协议的选择…………………………………………………24室温控制系统硬件电路的设计…………………………………………24.1采集终端电路设计…………………………………………34.1.1单片机最小系统电路…………………………………………34.1.2温度传感器电路………………………………………………44.1.3显示电路………………………………………………………44.1.4按键接口电路电路……………………………………………44.1.5温度控制电路…………………………………………………44.1.6串口通信电路……………………………………………………44.2控制终端电路设计…………………………………………………………44.2.1单片机最小系统电路…………………………………………34.2.2显示电路………………………………………………………44.2.3按键接口电路电路……………………………………………44.2.4串口通信电路……………………………………………………45室温控制系统软件的设计……………………………………………55.1采集终端软件设计…………………………………………35.1.1温度检测程序……………………………………35.1.2温度预设程序………………………………………………45.1.3温度显示程序………………………………………………………4西华大学毕业设计说明书5.1.4温度控制程序……………………………………………45.1.5串口通信程序…………………………………………………45.2控制终端软件设计…………………………………………35.2.1温度显示程序……………………………………35.2.2温度预设程序………………………………………………45.2.3温度查询程序………………………………………………………45.2.4串口通信程序…………………………………………………4结论………………………………………………………………………6总结与体会………………………………………………………………………6致谢词……………………………………………………………………………6参考文献……………………………………………………………………………6附录A使用说明书…………………………………………………………………6附录B系统原理图…………………………………………………………6附录C系统仿真图………………………………………………………………6附录D系统相关程序……………………………………………………………6西华大学毕业设计说明书摘要本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。【关键词】AT89S51单片机DS18B20温度芯片温度控制串口通讯AbstractThisdesigntakeat89S51monolithicintegratedcircuitascoretemperaturecontrolsystem'sprincipleofworkanddesignmethod.ThetemperaturesignalbythetemperaturechipDS18B20gathering,andtransmitsbydigitalsignal'swayforthemonolithicintegratedcircuit.Inthearticleintroducedthiscontrolsystem'shardwarepart,including:Temperatureexaminationelectriccircuit,temperature-controlcircuit,PCmachineandmonolithicintegratedcircuitserialportcommunicationchannelandsomeinterfacecircuit.Themonolithicintegratedcircuitthroughcarriesoncorrespondingprocessingtothesignal,thusrealizesthetemperaturecontrolgoal.Inthearticlealsoemphaticallyintroducedthesoftwaredesignpart,usesthemodularstructureinhere,themainmoduleincludes:Nixietubedisplaysequence,keyboardscanningandpressedkeydisposalprocedure,temperaturesignalprocessingprocedure,black-whitecontrolprocedure,excesstemperaturewarningprocedure.【Keywords】AT89S51MonolithicIntegratedCircuit；DS18B20TemperatureChip；TemperatureControl；SerialPortCommunication西华大学毕业设计说明书1前言工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机STC89C52温度控制系统的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。2室温控制系统的概述室温控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。3室温控制系统方案的选择3.1控制器的选择在本次将要设计的控制系统中，微机控制器无疑使最核心的部分，它的性能将直接关系到是整个控制系统控制功能的实现，运行处理的速度，能力以及控制的精西华大学毕业设计说明书度等问题。因此，选择一款恰当的控制器对于设计者来说是非常重要及必要的。方案一：采用ARM内核的单片机，这类微处理器的特点是：功耗低，体积小，性能高。它处理能力和控制精度方面都有很高成就，执行速度快，执行效率高，如今的智能手机和平板电脑大多都有此类芯片的参与。因此，该类芯片适用于对控制精度和处理问题能力有着高要求的场合。方案二:采用STC51系列单片机，该系列单片机是深圳宏晶科技在国内推广的新型51内核单片机，其性能相对于传统51单片机有了很大的提升，同时保留了51单片机编程简单易学的特点。它的主要特点是：低功耗，高性能，编程简单控制，在生活中使用非常广泛。对以上两种方案进行比较，结合室温控制系统的控制要求，选择方案二，使用STC89C52单片机。它拥有8K的系统可编程flash存储器，32个通用I/O口，简单易操作等特点，以及其响应速度和控制精度等方面的要求都符合本次控制系统的设计要求。3.2温度传感器的选择由于是室温控制器，因此，温度传感器也是该系统中不可或缺的元件之一。温度的采集和传输室这个系统控制的系统，牵制整个控制系统后续动作。方案一：采用热敏电阻式温度传感器。其特点是自身的电阻值随温度变化而变化。适用于-100--300℃间的温度检测。但其测量不精准，并且要将所测信号经放大及A/D转换才能传给单片机。方案二：采用热电偶温度传感器。热电偶的测温范围，测温精度都很高，并且其已经实现系列化。标准化，因此在测温领域运用广泛。在工程测温中，需要对其冷端进行温度补偿。方案三：采用DS18B20数字传感器。DS16B20是ALLAS公司生产的一款单总线数字温度传感器。其因接口电路简单，测温以及工作温度范围广等优点，而得到广泛的运用。由于热敏电阻温度传感器和热电偶温度传感器都需要将所测信息进行放大处理，然后在通过A/D转换后在传给单片机，过程较为复杂，加上三种温度传感器的优缺点进行比较后，选择操作较简单的DS18B20作为此次温度控制系统的测温元件，即选择方案三。西华大学毕业设计说明书3.3显示器的选择显示是温度控制系统中的另一个重要的环节。它作为人机交流的一个平台，可以让用户更好的了解所测温度情况，以及根据自身要求对控制系统进行更恰当的命令。方案一：采用四位一体的共阳极数码管。它的显示亮度高，响应的速度快，接线简单。但是只能显示数字和相应的字母。不过其性价比高，是非常常用显示器件。方案二：采用LCM1602液晶显示器。LCM是将LCD、驱动以及控制电路组合成的模块。可以显示两行数据，数据类型为字符，即可以显示数字，也可以显示字母。用于对显示要求较高的场合。对以上的两种显示方案的比较。因为本此设计的系统分为数据采集终端和控制终端，对两个模块的显示要求不同，因此采用不同的显示方案。在数据采集终端，只需要显示温度值即可，数码管就能满足，故数据采集终端采用方案一。而控制终端需要显示多个数据采集终端回馈的情况，因此LCM1602符合这一要求，所以控制终端选择方案二。3.4通信协议的选择因为这次要设计的温度控制系统有多个数据采集终端，所以用串行通信更合适，在此选择RS485串行通信方式。这种通信方式可以实现多点通信，是半双工的双线通信协议，抗干扰能力非常高。4室温控制系统硬件电路的设计室温控制系统由多个数据采集终端及控制终端组成，控制终端与数据采集终端利用RS485总线通信，进行信息的交流。室温控制系统的总设计构想是，控制终端与数据采集终端之间采用主从式多机通信方式，即控制终端为主机，数据采集终端为从机，控制终端能发送信息给每一个采集终端或指定的数据采集终端，各数据终端发送的信息只能被控制终端接收，而数据采集终端之间不能互相通信。主从式室温控制系统连接框图如图8.1所示。西华大学毕业设计说明