温度控制器课程设计书

0 温度控制器课程设计书 1 前言 社会在发展，科技在进步，测温仪器在各个领域的应用，各种温度控制系统迅速发展。近年来，温度控制系统已广泛应用各个方面，然而温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温度是一个重要的物理量，它反映了物体的冷热程度，与自然界中的各种物理与化学过程相联系，再生产过程中，各个环节都与温度有紧密联系，因此人们非常重视温度的测量。温度概念的产生及温度的测量都是以热平衡为基础，当两个冷热程度不 同的物体接触后就会产生导热 ,换热，换热结束后两物体处于平衡状态，因此他们具有最本质的性质。 温度控制系统对温度进行检测和控制，任何工厂在生产过程中如果没有合适的温度环境，很多的器件甚至是电子设备都不能正常的工作，从而多生产的产品质量有很大的影响，所以各行各业对温度的要求的愈来愈高，所以，温度控制系统的作用非常重要。 温度控制系统的控制系统是温度，在我们日常生活中，温度控制使非常重要的，在温室、水池、电源等场所不能对温度有效的控制，则会出现很多事故，所以为了避免此类事故的发生，温度控制应当受到重视 。 本设计不仅实现了对温度的检测，还实现了温度控制、显示功能，当温度大于设定的温度时，报警器报警 ； 当温度小于设定的值时，报警器不报警，从而实现对温度的控制，并且还可以实现按键复位功能。 1 2 总体方案 方案一 温度测量的设计，可以采用热敏温度传感器等对温度进行测量，在将被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/可以用单片机进行数据的处理，在显示液晶显示屏上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/温电路比较麻烦。 运用这种方案时模拟信号在传输过程中存在损耗并且容易受到 外界的干扰，导致测量温度不准确。 图 方案二 使用温度传感器 结合 89片机与 1602液晶显示器就能对温度进行显示。 比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。 本设计方框图如图 由四部分组成 :控制部分主芯片采用单片机89显示部分采用 温度采集部分采用 报警装置 图 度控制电路总体设计方案 成对温度信号的采集和转换工作，数字温度传感器 片机接受温度并存储并通过 字液晶显示器显示。通过 接报警装置，实现报警功能。 温度检测 变送器 A/D 转换 9报警装置 2 3 单元模块 设计 度检测电路 图 温度检测电路采用智能温度传感器 与单片机相连只需要 3线，减少了外部的硬件电路。 要性能特点如下： (1)测温的范围为 55 125，最大分辨率可以达到 (2)电源电压范围为 (3)供电模式：寄生供电和外部供电； (4)封装形式有两种： 3脚的 脚的 (5)可编程的温度转换分辨率，分辨率为 9 12 位 (包括 1位符号位 )，由配置寄存器决定具体位数，配置寄存器的格式如表 3 表 3置寄存器格式 1 1 1 1 1 其中 0是用来设定分辨率的，分辨率的定义如表 3 表 30 分辨率 /位 温度最大转换时间 / 0 9 1 10 0 11 375 1 1 12 750 由表 3分辨率设定得越高，温度转换所需要的时间 就越长，因此应根据实P 2 7 8 B 2 05V 3 际应用的需要来选择合适的分辨率。本文中选取 12位分辨率，每隔 1秒检测一次温度。 片机电路 单片机电路如图 图 高速 /低功耗的单片机， 性能位单片机，片内含 8k 56 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 能强大的 0个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 2个读写口线， 但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。其将通用的微处理器和 别是可反复擦写的 降低开发成本。 A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 T 21P 1 T 2 E R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 5v 4 示电路 显示模块采用的是 图 单片机微控制器通过对当前温度传感器进行读取获得当前温度值，通过一定的运算后经 芯片的工作电压是 显示两行，每行显示 16个字符。除电压、背光引脚及 8个 I/要的控制引脚还有数据 /命令选择 该引脚为高电平时表示 I/引脚为低电平时表示 I/O 引脚出现的是命令；读 /写选择 引脚及使能引脚 E(该引脚为高电平时对 。 图 警电路 报警电路采用蜂鸣器作为发生装置，当温度高于设定的上限值时，蜂鸣器发出报警声 作为提醒 ，蜂鸣器会一直发出声音直到温 度低于设定上限值。 0 1 6 L 5 度传感器简介 温度的采集和转换 中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 ，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡 频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数 门打开时， 对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量 。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 所对应的 基数 分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在 所对 应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到 0时温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1的预置将重新被装入，减法计数器 1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2计数到 0时， 停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 斜 坡式 累加器用 于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程， 直至温度寄存器值达到被测温度值。 图 温度测量电路 始启动转换。转换完成后的温度值就以 16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、 2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 当符号位 S 0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号 位 S 1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值，表 3 斜坡累加器 低温度系数振荡器 高温度系数振荡器 预置 计数器 计数器 比较 预置 温度寄存器 =0 =0 6 表 3度与数据的关系 温度 / 数据输出（二进制） 数据输出（十六进制） +125 00000000 11111010 00+25 00000000 00110010 0032 +1/2 00000000 00000001 0001 0 00000000 0000000 0000 11111111 11111111 1111111 11001110 11111111 10010010 工作原理 共做时序 （ 1）初始化时序 控 制 器 T x 复 位 脉 冲 4 8 0 u s - 9 6 0 u 脉 冲 6 0 - 2 4 0 u 器 R X M 8 0 u 1 5 u 始化时序图 总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道 ，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少 480产生复位脉冲。接着主机释放总线，上拉电阻将总线拉高，延时 15 60进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时 480 ( 2 ) 写时序 7 d s 1 8 b 2 0 采 样 d s 1 8 b 2 0 采 样控 制 器 写 “ 0 ” 时 间 间隙 6 0 u s 1 u 时序图 当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写时序开始。有两种情况，写 1时间间 隙和写 0时间间隙，所以写时间间隙最少持续 60括两个写周期至少 1I/0，如果线上时高电平，就是写 1，如果线上是低电平，就是写 0。 （ 3） 读时序 主机采样主机采样主 机 写 “ 0 ” 时 序 主 机 写 “ 1 ” 时 序 1 u s 1 u u s 4 5 u s 1 5 u s 4 5 u 时序图 总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出 读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60主机把高电平拉到低电平时写时间开始，在 2次独立的读时序之间至少需要 1个时序都由主机发起，至少拉低总线 1机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15内采样总线状态。主机输出低电平延时 2后主机转入输入模式延时 12后读取总线当前电平，然后延时 50 度流程 初始化 过 温度变换 延时 1s 8 图 作命令 表 3指令 约定代码 功能 读 3H 读 符合 5H 发出此命令之后，接着发出 64位 问单线总线与改变码相对应得 之做出响应，为下一步对该 搜索 过 略 64 位 接向 用于单片工作 告警搜索 行后 ，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应 温度变换 44H 启动 换时间最长为 500果存入内部 9字节 读暂存器 0内部 字节的内容 写暂存器 4出向内部 ， 4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 ， 4字节内容复制到 重调 的第 3， 4字节 读供电方式 0 生供电时 0”，外接电源供电 1” 跳过 读暂存器 转换成显示码 数码管显示 9 4 软件设计 高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，而 52指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且 52指令系统有 丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是 52指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。 图 系统程序主要有主程序和 位及读写时序子程序温度数字处理子程。 10 统调试读出温度子程序 图 读出温度子程序的主要功能是读出 字节，在读出时需进行 验有错时不进行温度数据的改写。 以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有 12位数，小数 4 位，整数 7位，还有一位符号位。 11 统调试写入子程序 图 12 5 系统调试 硬件调试 是对温度显示器 度显示器通电 后不显示温度，使用示波器对 片机的每个管脚进行测试，对其进行分析是由于电阻值过大，调节滑动变阻器减小其阻值，液晶显示器显示温度为 0。 软件 调试是在温度大于 31，而报警器不报警，经检查，发现是温度写成 31000。多写了两个 0，改正过后又发现报警器在温度大于 31时，只响一次。 把 如下 程序的 =改为就 排出了这个异常。 ;/初始化显示 ) ;/读取温度 ;/显示 if(10) ; ; 13 6 总结与体会 本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该温度控制器只是 有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像育婴房的温度、水温的 控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。 通过这次课程设计，让我对单片机 有了进一步的了解、 巩固和加深 ， 并且对所学知识的得以实际应用。与我 所学芯片再一次零距离接触，进一步加深我 对各个芯片的功能和特性的了解。 微机控制与接口技术 课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现 、 提出 、 分析和解决实际问题 ,锻炼实践能力的重要环节 ,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的 两 个星期的日子里，可以 说得是苦多于甜，但是可以学到很 多很多的的东西，同时不仅可以巩固 以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次 微机控制与接口技术的 课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在 此次温度控制器的设计过程中，让我了解到了现代电子产品的设计和工作原理。以前在实际生活中看到的电子产品例如彩灯、交通灯、电磁炉、电饭煲等，就只会用他们并不知道他们的工作原理，通过这次课程设计对这些产品的原理有了深入的了解。 同时这次课程设计大大提高了我 的动手能力，为我 以后的工作和学习奠定了基础，在以后的 生活中我也可以用我 所学的知识和对芯片功能的了解来设计一些日常生活所需的电子产品。 实训时间很短，但是通过这次实训可以学到很多书本没有的东西，有了这一次的实践经验，我们的动手能力和思维能力也相应的得到了的提高，这 次实训进一步锻炼了自己的逻辑思维能力，并从中总结出宝贵的经验。 最后 ， 在此感谢 陈 老师的细心指导，也同样谢谢其他各 位 同学的无私帮助！ 14 7 参考文献 1单片机原理及应用 高等教育出版社 2等主编 北京：化学工业出版社 3电子技术基础模拟部分（第五版） 等教育出版社 4北京： 清华大学出版社 5编 曲阜师范大学信息技术与传播学院 ； 6编 M电子工业出版社 7单片机基础 M北航出版社 15 附录 :设计程序 /*/ #11; ; ;/温度正负标志 /* 功 能：将 18602显示出来 * 输入参数：无 * 返 回 值：无 * */ =000+01=000/100+02=00/10+03=0+0(0) ;/负温度显示负号 :- if(=0 =0，不显示 if(=0 =0，十位为 0也不显示 16 (0 );/显示百位 );/显示十位 );/显示个位 (0 );/显示小数位 /*主程序 */ ;/初始化显示 ) ;/读取温度 ;/显示 if(10) ; ; /* */ #; ;/温度正负标志 i)/延时 1微秒 17 /* 功 能： * 输入参数：无 返 回 值：无 * */ *位 */ x=0; 1; /位 ); /延时 0; /00); /精确延时大于 480Q = 1; /拉高 0); /* 功 能： * 输入参数：无 返 回 值： * */ *读数据 */ i=0; 0; i=8;i0; 0; /给脉冲信号 =1; 1; /给脉冲信号 Q) 0 18 0); /* 功 能： * 输入参数： 回 值：无 * */ *写数据 */ i=0; i=8; i0; 0; 0); 1; =1; /* 功 能： * 输入参数：无 返 回 值： * */ *读取温度值并转换 */ a,b; ; *跳过读序列号 */ *启动温度转换 */ ; *跳过读序列号 */ 19 *读取温度 */ a=; b=; b; =8; a; if(; ; ; ，精确到 1位小数 /*/ #= ; = ; /*/ （不够精确的） i,j; i=0;ims;i+) j=0;j100;j+); /* 功 能：写指令 * 输入参数： 令 * 返 回 值：无 * */ 20 ); ; ; ; P0=); ; ); ; /* 功 能：写数据 * 输入参数： 据 返 回 值：无 * */ ); ; ; ; P0=); ; ); ; /* 功 能： /初始化设置 / * 输入参数：无 返 回 值：无 * */ 21 5); ); ); ); ); ); /* 功 能： 1602显示 * 输入参数：字符串的首地址 返 回 值：无 * */ p)/显示 / p!=0) p); p+; ); /* 功 能： 1602初始化显示 * 输入参数：无 返 回 值：无 * */ ; 据了解，很多厂家在使用温度控制器的过程中，往往碰到惯性温度误差的问 22 题，苦于无法解决，依靠手工调压来控制温度。创新，采用了 好地解决了惯性温度误差的问题。 传统的 温度控制器 ，是利用热电偶线在温度化变化的情况下，产生变化的电流作为控制信号，对电器元件作定点的开关控制器。电脑控制温度控制器：采用 *用先进的数码技术通过 例、积分、微分 )三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。 传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到 1000 以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制的电器机械，其控制温度多在 0间，所以，传统的 温度控制器 进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈的内部温度会高于 400 ，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进行加 热，即使 温度控制器 发出信号停