基于单片机的多点温度监测系统设计

1、1. 毕业设计（论文）综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况)1.1本课题的研究目的和意义随着控制理论和电子技术的发展，工业控制器的适应能力增强和高度智能化正逐步成为现实。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、成本低、功能强、简便易行而得到广泛应用。PID温度控制器作为一种重要的控制设备，在化工、食品等诸多工业生产过程中得到了广泛的应用。本文主要讨论在过程控制中得到广泛应用的数字PID控制在单片机温度控制系统中的应用。本文详细阐述了基于单片机的温度控制系统的硬件组成、软件设计及相关的接口电路设计。并且充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的措施予以保证。针对控制对象的特点，在系统辨识

2、的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究，并在单片机系统中实现了控制算法。最后针对温控系统进行了实验，通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。在大部分实际的环境中，增温要比降温方便。因此，对温度的控制精度要求比较高的情况下，不允许出现过冲现象的，即不允许实际温度超过控制的目标温度。特别是隔热效果很好的环境，温度一旦出现过冲，将难以很快把温度降下来。这是因为很多应用中只有加热环节，而没有冷却的装置。同样道理，对于只有冷却没有加热环节的应用中，实际温度低于控制的目标温度，对控制效果的影响也是很大的。1.2国内外研究情况及其发展近年来，温度的检测在理论上发展比

3、较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是:不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物

4、体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类:动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制，冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等;恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上，且要求其波动幅度(即稳态误差)

5、不能超过某允许值。本文所讨论的基于单片机的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求，故以下仅对恒值温度控制进行讨论。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1研究内容1、温度传感去的选择及控制系统的方案设计2、系统硬件设计及调试：（1）系统硬件总体结构，单片机的选用。（2）输出通道设计和输出通道设计。（3）保护电路、串行通信接口电路。电源电路及硬件抗干扰措施。3、系统软件设计4、软硬件联调2.2 研究方案2.2.1. 系统设计方案51单片机DS18B20继电器加热制冷检测显 示报警系统图1 系统硬件结构该系统以AT89C51单片机为核心，温度传感器随时将温度信号转化

6、为电信号经单片机识别，单片机根据传入的信号控制控制电路，控制加热或制冷系统，同时在LCD上显示出来，形成对温度的检测和控制。该系统为一个闭环反馈调节系统。在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数

7、据传输，由数字温度计DS1820和 LPC2124构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于 LPC2124可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。2.2.2 数字温度传感器的选择：DS18B20（1）适应电压

8、范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5（6）可编程的分辨率为912 位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温（7）在9 位分辨率时最多在93.75ms

9、内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快（8）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。工作原理3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题研究重点在于掌握常用温度监测方法及汇编语言，难点在于程序流程图及汇编程序的编写。前期已掌握了单片机的基础知识及所用芯片的特性。4 本课题的进度安排1、 第一至二周：查阅相关论文，收集实时数据和资料，了解课题情况2、 第三周：选择方案及其论证，开题报告3、 第四至八周：软件设计及

10、其调试4、 第九至十三周：硬件设计及其调试5、 第十四至十五周：编写程序并进行说明6、 第十六至十八周：完成毕业论文 5 参考文献1陈国将.基于模糊PID控制的玻璃纤维机械温度控制系统研究D.西安建筑科技大学硕士学位论文，20062苏卫东、任思聪等.温度箱数学模型的建立及其自适应PID控制J.中国惯性技术学报，1995年第3卷第4期3徐建林.热处理电阻炉炉温控制系统的分析及仿真J.金属热处理，2002年第27卷第11期4Ljung, Lennard. /benkekaiti/ Theory And Practice of Recursive Iden

11、tification M.The MIT press,19835齐志才，赵继印.MCS-51系列单片机原理及接口技术M.中国建筑工业出版社，20056赖寿宏.微型计算机控制技术M.北京机械工业出版社7张文娜.电控空气悬架PID控制系统设计与实验研究D.江苏大学硕士学位论文8王幸之，王雷，翟成等.单片机应用系统抗干扰技术M.北京航空航天大学出版社9刘春恰.数字温度传感器DS18B20测温的应用.电器时代，2010，第10期：116-11710赵欣. 蔬菜大棚智能环境参数测控系统的研究.唐山师范学院学报，2010，Vol.32(No.5):41-4211鹿玉红,戴彦,江培蕾.基于 PROTEUS 的 DS18B20 数字温度计的仿真实现.福建电脑，2010，Vol.112L Dubois ,V.C.T.V.Sozanski JP, M.Chive . Temperature control by microwave radiometry with narrow band width J.EurPhys.J.App.lPhys.2000，Vol. 9: 63 - 68.13Semiconductor. DS18B20 programmable resolution1- wire digitalthermometerR.Dallas Sem