毕业论文-基于单片机的工业风机控制器设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的工业风机控制器设计与实现系 所： 电子工程系 专 业： 电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称： 讲师 完成日期： 2014年05月02日 大连东软信息学院Dalian 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 IV基于单片机的工业风机控制器设计与实现摘 要单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息，采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高，还会遇到其它方面的问题。因此对单片

2、机温度控制系统的研究有重要目的和意义。本文主要介绍了以MCS-51系列单片机STC89C52、AD574、8155、可控硅、LM311等芯片组成的温度检测电路，模/数转换电路，键盘/LED显示电路,报警电路，信号放大电路；在描述了外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括数据处理软件，PID控制算法。本设计有效的提高了控制系统的实时性和控制精度大大改善了炉温控制的自动化程度，具有较高的实用价值。关键词：单片机，温度采样，温度控制大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Implementation of Automatic Water Heater Syste

3、m Based on MCUAbstractThe single chip microcomputer is required extensively in measurement and control systems, and the temperature need to be surveyed, controlled and maintained by a system frequently. But the temperature is an analog, can not exchange information with the single chip directly. In

4、principle, it is not difficult to transform the simulated temperature into the digital quantity, if adopting Proper technique .But gets the electric circuit more complex, the lost is more expensive, and other questions can be met. So it is very important for research of single chip temperature contr

5、ol.This article mainly introduced 8031 of series MCS-51、ADC0809、8155、LM311、controllable silicon, which composed temperature measurement and control circuit、A/D transfer circuit、keyboard/LED display、signal magnifying circuit alarming circuit; Some important techniques in a design scheme of the softwa

6、re of the temperature by single-chip Microcomputer are introduced also, such as date processing software, control algorithms software.This system enhances real-time character of control system and control precision effectively, improves the automatic degree of furnace temperature and higher practice

7、 valueKey words: Single-chip Microcomputer, Temperature sampling, Temperature control大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc384074818 h I第1章绪 论 PAGEREF _Toc384074819 h 11.1 论文研究主要内容 PAGEREF _Toc384074820 h 11.2 国内外现状 PAGEREF _Toc384074821 h 11.2.1 虚拟仪器温室大棚温度测控系统 PAGEREF _Toc384074822 h 1

8、1.2.2 电烤箱温度控制系统 PAGEREF _Toc384074823 h 21.2.3 小型热水锅炉温度控制系统 PAGEREF _Toc384074824 h 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc384074825 h 32.1 关键性开发技术的介绍 PAGEREF _Toc384074826 h 32.1.1单片机介绍 PAGEREF _Toc384074827 h 32.1.2 集成数字式温湿度传感器DTH11简介 PAGEREF _Toc384074828 h 32.1.3 液晶显示屏LCD1602的概述 PAGEREF _Toc384074829 h 32.2 自动控

9、制原理 PAGEREF _Toc384074830 h 42.3 系统功能介绍 PAGEREF _Toc384074831 h 42.3.1硬件功能介绍 PAGEREF _Toc384074832 h 42.3.2软件功能介绍 PAGEREF _Toc384074833 h 4第3章系统分析 PAGEREF _Toc384074834 h 63.1 构架概述 PAGEREF _Toc384074835 h 63.1.1 功能构架 PAGEREF _Toc384074836 h 63.1.2 模块需求描述 PAGEREF _Toc384074837 h 63.2 系统开发环境 PAGEREF _

10、Toc384074838 h 73.3 系统任务的可行性分析 PAGEREF _Toc384074839 h 73.3.1 技术可行性 PAGEREF _Toc384074840 h 73.3.2 系统安全性分析 PAGEREF _Toc384074841 h 73.3.3功能结构合理性分析 PAGEREF _Toc384074842 h 7第4章系统设计 PAGEREF _Toc384074843 h 94.1 设计指导思想和原则 PAGEREF _Toc384074844 h 94.1.1 指导思想 PAGEREF _Toc384074845 h 94.1.2 软件设计原则 PAGEREF

11、 _Toc384074846 h 94.2 构架概述 PAGEREF _Toc384074847 h 104.3 系统的功能结构设计 PAGEREF _Toc384074848 h 104.3.1 单片机最小系统设计 PAGEREF _Toc384074849 h 114.3.2 液晶显示屏模块设计 PAGEREF _Toc384074850 h 134.3.3 继电器驱动模块设计 PAGEREF _Toc384074851 h 144.3.4 电源供电模块设计 PAGEREF _Toc384074852 h 144.3.5 温度传感器模块设计 PAGEREF _Toc384074853 h

12、154.4 系统控制流程 PAGEREF _Toc384074854 h 17第5章系统实现 PAGEREF _Toc384074855 h 185.1系统控制管理 PAGEREF _Toc384074856 h 185.2 程序实现 PAGEREF _Toc384074857 h 18第6章系统测试 PAGEREF _Toc384074858 h 216.1测试方案 PAGEREF _Toc384074859 h 216.2测试结果 PAGEREF _Toc384074860 h 21第7章结论 PAGEREF _Toc384074861 h 23参考文献 PAGEREF _Toc38407

13、4862 h 24致 谢 PAGEREF _Toc384074863 h 25大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章绪 论1.1 论文研究主要内容在现代化的工业生产中，主要控制的参数有电流、电压、流速等。在当今社会自动化程度越来越高，相应的参数控制也越来越广泛，在制造业、食品生产业、电力工程和机械加工等诸多领域中，人们都需要各个环节对参数进行监控和控制。单片机系统是工业中控制芯片的最好选择，其具有控制方便，结构简单实用灵活等特点。而且可以大幅度提高被控温度技术指标。单片机具有体积小、功能强大、性价比高和可靠性高等特点。所以在工业控制方面的使用范围也越来越广。本论文以上述问题为出发点，设计实

14、现了温度实时测量、显示、控制系统。本设计方案具有较高的测量精度，更加适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业，并希望通过本设计得到举一反三和触类旁通的效果。1.2 国内外现状通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制系统很多，而且方案灵活，且应用面比较广，可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉，在生活当中的应用也比较广泛，如热水器，室温控制，农业中的大棚温度控制。以上出现的温度控制系统产品，根据其系统组成、使用技术、功能特点、技术指标。选出其中具有代表性的几种如下：1.2.1 虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度测控系统是一种比较智能，

15、经济的方案，适于大力推广，该系统能够对大棚内的温度进行采集，然后再进行比较，通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进行报警，来通知管理人员大棚内的温度超过限制，大棚内的温控系统出现故障，从而有利于农作物的生长，提高产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚内的温度情况，从而进行控制。该系统LabVIEW虚拟仪器编程，通过对前面板的设置来显示温室大棚内的温度，并进行报警，进而对大棚内温度进行控制。该系统由单片机，温度传感器，串口通信，和计算机组成。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等；温度传感器是对大棚内温度进行测量，显示；单片

16、机是对温度传感器进行编程，去读温度传感器的温度值，并把温度数据通过串口通信送入计算机；串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里，起到传输作用。1.2.2 电烤箱温度控制系统该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123为核心器件，通过热电偶检测系统温度，用集成温度传感器AD590作为温度测量器件利用该芯片内置的比较器完成高精度AD信号采样，根据温度的变化情况，通过单片机编写闭环算法，从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其测温范围较低，大概在0-250之间，具有精度高，相应速度快等特点。1.2.3 小型热水锅炉温度控制系统该设计解决了北方冬季分散取暖

17、采用人工定时烧水供热，耗煤量大，浪费人力，温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心，扩展程序存储器2732，AD590温度检测元件测量环境温度和供水温度，ADC0809进行模数转换，同向驱动器7407、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制，可使居室温度基本恒定，节煤，节电，省人力。大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1 关键性开发技术的介绍2.1.1单片机介绍单片机是单片微型计算机的简称，是一款典型的嵌入式微控制

18、器。单片机英文字母缩写是MCU，最早是在工业控制领域使用的，主要参与一些机械控制。将大量外围设备和CPU集成在一个芯片上是单片机起初设计的理念，并在日后的发展中，努力使计算机系统更小，让其集成进复杂且对体积要求严格的控制设备当中更容易。单片机是从片内仅有CPU的专用处理器衍生而来。INTEL公司设计的Z80单片机是最早按照这种思想设计出的处理器，但是从此以后，单片机和专用处理器的发展方向就随之改变。单片机又被称作为单片微控制器，它功能不是完成某一个逻辑，它是将计算机集成在一个芯片上，其总体来说就是一个微型极端机，只是单片机比计算机缺少了部分I/O设备在处理能力上也有所降低。总的来说：它是一台微

19、型计算机。它的质量轻、体积小、价格便宜，是我们为学习和应用开发的首选。学习和使用单片机设计电路，是我们了解计算机原理与结构的最快的捷径，也是最佳选择。2.1.2 集成数字式温湿度传感器DTH11简介DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。DHT11的性能也很良好，其供电电压：3.35.5V 单总线数字信号测量范围： 湿度20-90%RH，温度050；测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2；分辨率：湿度1%RH，温度1 ；互换性：可完全互换，长期稳定性：=35)|(U8RH

20、_data_H=70) /温度大于35或者湿度70 MOTOR=0; /开启风扇 else MOTOR=1; /关闭风扇 Delay(5000);void RH(void)/主机拉低18ms DHT11=0;Delay(180);DHT11=1;/总线由上拉电阻拉高 主机延时20usDelay_10us();Delay_10us();Delay_10us();Delay_10us();/主机设为输入 判断从机响应信号 DHT11=1;/判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!DHT11) U8FLAG=2;/判断从机是否发出 80us 的低电平响应信号是否结束 w

21、hile(!DHT11)&U8FLAG+);U8FLAG=2;/判断从机是否发出 80us 的高电平，如发出则进入数据接收状态 while(DHT11)&U8FLAG+);/数据接收状态 COM();U8RH_data_H_temp=U8comdata;COM();U8RH_data_L_temp=U8comdata;COM();U8T_data_H_temp=U8comdata;COM();U8T_data_L_temp=U8comdata;COM();U8checkdata_temp=U8comdata;DHT11=1;/数据校验 U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_d

22、ata_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp);if(U8temp=U8checkdata_temp)U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp;U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp;U8T_data_H=U8T_data_H_temp;U8T_data_L=U8T_data_L_temp;U8checkdata=U8checkdata_temp;/ 11.0592MHz 串口发送温湿度数据,波特率 9600 /大连东软信息学院毕业设计（论文）第6章系统测试软件测试是一项非常重要而且复杂化的步骤。软件测试在软件的整个

23、生存期中起着重要的作用，能够验证软件的存在的不足和问题，对于软件的质量保证是不可缺少的一部分。6.1测试方案软件测试：使用Keil软件分别单步运行程序和全速运行，都无错误报告。程序软件仿真通过。硬件测试：电路板焊接完成以后，根据原理图使用电压表在电路板上进行点测试，检查导线连接的焊盘是否有短路和断路现象。测试结果若为电路中焊点部分有虚焊现象存在，则点烙铁进行简单修补后电路板导线全部通过测试，没有短路和断路现象存在。硬件仿真测试：使用伟福仿真器对单片机进行仿真，首先进行单步运行，可以观察查看相应寄存器中的数据变化，根据观察寄存器中的数据变化与预想的相同。系统运行正常，可以实现预期设计的各项功能。

24、EDA仿真软件：仿真软件使用Proteus，它是英国Labcenter electronics公司研发的EDA仿真软件。它以强大的功能和良好的仿真效果而闻名。Proteus仿真基本步骤：第一步是将电路图的硬件及连线布置在Proteus中，Proteus的数据库非常丰富。基本的电子器件都包含在内，所以电路布置简单。而且电路布置没有特殊的参数要求。第二步将代码和电路连接起来。即将代码和硬件电路进行连接，以实现控制。点击开始，即可仿真。仿真结果基本完成了显示系统的基本功能，可以对通信的数据及时准确的显示。6.2测试结果系统主要通过硬件仿真和软件仿真两种方式对电路进行测试。通过伟福仿真器的仿真完全能够

25、实现系统预期要求的功能。通过按键可以录制语音，设置各个参数，显示模块完全能够显示当前的数据。这样就完全满足系统要求。通过系统的Proteus仿真软件测试，结果表明系统完全的各个功能能够完全的实现。在使用Proteus仿真过程中，将电路全部进行绘制。通过软件和硬件的仿真，对硬件和软件共同进行测试。测试结果表明完全能够实现系统的功能。对系统进行了实物测试，硬件完成后通过该表温湿度传感器的问题测试系统功能实现是否实现。测试结果：设定温度10摄氏度，改变温湿度传感器表面温度。设定湿度50，改变温湿度传感器表面湿度。表6.1 测试结果对比表设定温度温度计显示温度风机状态温度计显示温度风机状态温度计显示温

26、度风机状态106不转10转动15转动2010不转15不转25转动3010不转20不转35转动 表 6.2 测试结果对比表设定湿度湿度计显示湿度风机状态湿度计显示湿度风机状态湿度计显示湿度风机状态5040不转50转动60转动6550不转65不转70转动7060不转70不转80转动通过多次实物验证能实现预期目标。本设计所预期实现的目标是通过环境温湿度控制风机转动实现了预期设计的目的，通过检测环境的温湿度可以控制风机转动，通过风冷控制达到降温除湿的效果。大连东软信息学院毕业设计（论文）第7章结论通过本次的设计，我在的各个方面的能力都得到了提升。主要是在硬件设计和程序设计两方面得到了锻炼。毕业设计是一

27、项综合性的作业，其包含了单片机学习的各种课程和各种设计的综合。在硬件设计的过程中，主要包含了单片机接口功能的了解、超声波传感器使用、LCD显示电路和相应的辅助电路的相互连接和协助。在使用过程中怎么充分合理的利用单片机的接口，将各个电路连接起来。单片机STC89C52是一款经典芯片，其资源丰富、控制简单，是嵌入式系统控制的中坚力量。在设计使用的过程中，主要面临的问题就是I/O口的分配。由于本系统功能强大，需要使用大量I/O口，在分配的过程中需要仔细斟酌才可以完成设计。在硬件搭建完成后，软件设计主要为围绕系统功能实现的。主要包括单片机的控制，LCD液晶的控制等。软件的设计主要是注重模块化和可持续化

28、，这样增强系统的可维护性和重用率。系统功能实现是靠硬件基础，软件功能的实现主要是软件对硬件的操作，使相应的功能得到实现。软件在实现过程中，才对单片机操作时发现无法正常运行。在程序设计过程中实现的相应模块都为检查出问题。在查找过程中我仔细阅读关于单片机的介绍过程中，当单片机的接口做I/O口使用时，必须先将I/O口置高电平，才能正常使用。在此次的问题解决过程，我的指导老师给我很多建议并推荐了相应的教程给我。老师没有直接将原有告诉我，这样让我对发现问题、解决问题的能力得到了提升。我的同学也给了我很多建议。在设计过程中这样的问题还有很多，我在这里就不一一陈述了。本次设计的圆满成功，整个虽然是我完成的。

29、但是有着老师大量的支持，此次毕设在这个过程中我的学会了各个功能的设计与实现。在各个模块功能以及有所要求的情况下，设计出一套完整的系统。本系统的功能还不够完善很多细节性的设计还没有做到位。在不断的学习的过程中，我一定会将工业风机控制器设计的更加合理。参考文献1 李华MCU-51系列单片机实用接口技术M，北京航空航天大学出版社，1993，3 2 许育诚软件测试与质量管理J，海事大学，2004，6，14-423 景新梅软件产业原动力J，中国计算机报，2005，7，32-334 刘湘涛，江世明单片机原理与应用M，北京电子工业出版社，2006，75 万福军单片微机原理系统设计与应用M，中国科学技术大学出

30、版社，2005，56 胡辉单片机原理及应用设计M，中国水利水电出版社，2005，107 缪学勤解读IEC61158第四版现场总线标准J，仪器仪表标准化与计量，2007，3，1-48 刘艺，徐大琴嵌入式系统设计大学教材M ，人民邮电出版社，2008，129 张迎新，雷文C8051F系列SOC单片机原理及应用M，国防工业出版社，2005，1210 官晟，张杰微机主从通信系统多口连接电路设计J，微计算机信息，2005，4，10-1611 董春霞，张胜利I2C总线技术及其在智能仪表中的应用J，2003，4，24-2612 何立民I2C总线应用系统设计M，北京航空航天大学出版社，1995，513 潘新民

31、，王燕芳单片机微型计算机实用系统设计M，人民邮电出版社，1992，714 阳宪惠现场总线技术及其应用M，清华大学出版社，1999，915 杨振江A/D， D/A转换器接口技术及实用线路M，西安电子科技大学出版社，1996，816 张毅刚MCS-51单片机应用设计M，哈尔滨工业大学出版社，1992，617 张毅刚基于单片机的数据采集J，哈尔滨工业大学学报，2007，4，35-3818 Microchip Technology Inc. PIC16C5X EPROM/ROM-Based 8-bit CMOS Microcontroller Series EB/OL，200019 Philips SJA1000Stand-alone CAN ControllerD，DATA SHEET，1997，820 Philips PCA82C250 CAN Controller InterfaceD，DATA SHEET，1997，11致 谢大学生活随着毕业设计的完成也将要结束，我思绪万千。回想大学四年的生活我要感谢的人太多太多，我的父母，我的老师，我的同学。是你们不断的支持和鼓励才让我的大学四年的生活如此缤纷多彩。感谢嵌入式所有的老师们，是你们的努力让我们嵌入式系统工程系不断的壮大和成长。我为我曾经为电子工程系的成长做出了那一点点贡