基于单片机温度控制开题报告

PAGE6PAGE8本科生毕业设计（论文）开题报告论文题目：基于80c52单片机加热数字恒温控制系统设计学院：电气工程学院专业班级：自动化学生姓名：刘东洋学号：110302415导师姓名：关新开题时间：2015年3月26日1、课题背景及意义1.1课题研究背景、目的及意义二十一世纪是科技高速发展的信息时代，随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的电子技术、信息技术、单片机技术的应用更是空前广泛。由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，因此广泛应用于电子仪器、家用电器、节能电器、军事领域、机器人、工业控制等诸多领域，使产品更加小型化、智能化，在不断提高产品的功能和质量的同时又降低了其生产成本、又花了产品设计。在各个领域得到了迅速地发展，人们也因此感受到应用单片机技术的优点，因而单片机也得到了更加快速的发展和应用。传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差、测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。随着微电子技术的发展，单片微处理器功能日益增强，价格低廉，在各方面得到广泛应用。在温度控制器中应用单片机，具有设计简单、可靠性高、控制精度高，功能易扩展，有较强的通用性等优点。温度控制器主要实现对恒温箱温度的控制，并满足不同用户的个性需求。因此一个较完善的控制器应具有以下功能：温度的测量与显示；用户设定功能(如温度设定，定时设定等)；对电加热管的控制功能；一些功能键(如定时自动加热，恒温控制，手动加热等)；安全措施(漏电检测，安全失效保护，限温保护等)。近年来，国内传感器正向着集成化、智能化、网络化和单片系统化的方向发展，为开发新一代温度测量系统创造了有利条件。在电加热恒温箱控制器系统的设计中，由电阻式温度传感器测量温度值并转换成电压信号，由变送器转换成标准的电压信号，经A/D转换器进行模数转换并读入单片机，经单片机处理后的温度数值，一方面送LED数码管显示；另一方面与给定值进行比较，并判断是否超限，将发出报警信号，提醒人注意并采取相应措施；否则正常显示温度数值，然后根据偏差值进行控制计算。从而进行温度的调节，使其达到指定要求。实践证明，现在采用电阻丝加热，不仅有利于避免在常规测温方法中测量误差大、准确度低、测量滞后时间长等问题，而且在节约能源和改善环境方面本设计显示出一定的优越性。恒温箱主要是用来控制温度，它为农业研究、生物技术、测试提供所需要的各种环境模拟条件，因此可广泛适用于药物、纺织、食物加工等无菌试验、稳定性检查以及工业产品的原料性能、产品包装、产品寿命等测试。随着单片机的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益广泛，具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制系统中可以起到更好的控温作用，恒温箱是使用单片机进行温度控制的典型应用，采用单片机做主控单元，可完成对温度的采集和控制等的要求。恒温箱的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能，本课题采用单片机为主控制器，通过传感器测得箱内温度，再通过A/D转换器将采样输入的模拟量转换成数字量送入主控制器，来完成恒温箱的温度控制系统的硬件。箱内温度可保持在设定的温度范围内，当设置的温度低于当前的温度时，单片机通过双向晶闸管控制加热电路连通，温度慢慢升高；当设置的温度高于当前的温度时，单片机通过双向晶闸管控制加热电路断开，温度慢慢下降。本课题在原有普通传感器的基础上，经单片机处理而成新一代测量控制仪器，具有以下显著特点：多功能的智能化测控系统，以最简单方式构成高性价比；在硬件基础上通过软件实现测控功能，其智能化程度取决于软件的开发水平；留有通信端口，可以将信息进行远距离传输，便于形成分布式控制系统。产品的工艺不同，控制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同。就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温控的线性性能要求较高时，多采用PID算法或达林顿算法来实现温度控制。单片机外围电路包括传感器电路、键盘电路、数码显示电路、定时报警电路、和加热电路。系统工作流程为：开机后，用户通过按键设定定时时间和需加热到的温度，默认先输入的为时间。温度传感器Pt100采集当前温度的模拟信号，信号经过运算放大器两级放大后送给A/D转换器，经A/D转换成数字量再送给单片机，单片机通过PID算法计算发出控制指令控制晶闸管的通断，根据晶闸管的通断的时间长短来控制电加热器加热的功率，使温度达到用户设定值上，且误差不超过2℃。在这个过程中，定时时间一到，蜂鸣器发出声音进行报警。完成的工作内容：在明确恒温箱温度控制系统功能要求的前提下绘制出系统的结构图；根据恒温箱温度控制系统工作原理框图和系统的结构图以P89V51RD2芯片为核心，选择控制系统所需的硬件并画出硬件电路原理图；了解基于P89V51RD2的恒温箱温度检测控制系统的C51部分软件程序，并编写软件程序；总结在设计过程中所出现的错误，避免将来在工作中出现同样的问题。1.2课题国内外研究现状及趋势温度控制技术在现代信息技术中是三大基础之一。恒温箱不管是在生活上，还是在工业上都有着巨大的经济效益。恒温箱自动控制系统在国内外都到研究与发展。恒温箱的控制系统从开始的由人工调节达到需要的温度及控制，到现在发展到采用单片机的自动控制其温度。恒温箱最基础的器件是由温度检测系统，模数转换系统，单片机为核心，温度显示的组成。温度检测系统一般使用温度传感器。温度传感器从1821年由德国物理学家赛贝发明后到热电偶传感器。在德国西门子发明了铂电阻，后在半导体技术的支持下相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。20世纪90年代时又发明了智能温度传感器2、课题研究的主要任务和预期目标2.1主要任务和要求本设计采用数字温度传感器DS18B20，其内部集成了A/D转换电路，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进行多范围的温度检测。由于单片机功能强大，可大大加快系统的开发与调试速度，并具有控制方便、简单、灵活等特点，因此本设计采用单片机为主控制器，通过数字传感器测得箱内温度，再将温度信号送入主控制器，来完成恒温箱的温度控制。箱内温度可保持在设定的温度范围内，当设置的温度低于实时温度时，单片机送出加热信号；当设置的温度高于实时温度时，单片机送出停止信号。2.2预计设计的目标和达到的水平（1）在使用中可以将采集来的温度数据计算转换为我们熟悉的摄氏温度。（2）在0~125℃的范围内，人们可以自由调节预期达到的温度。（3）将设定的预期温度和实时温度能显示出来。（4）可以将实时温度与设定温度进行比对，以调节温度。3、设计方案温度传感器选择：方案一：采用热敏电阻，可满足40～90℃的测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性都比较差，其测量温度范围相对较小，稳定性较差，不能满足本系统温度控制的范围要求。方案二：采用温度传感器铂电阻Pt1000。铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在0—100摄氏度时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。铂热电阻与温度关系是，Rt=R0(1+At+Bt*t);其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻；R0是温度为0摄氏度时的电阻；t为任意温度值，A，B为温度系数。方案三：采用模拟温度传感器AD590K，AD590K具有较高精度和重复性（重复性优于0.1℃），其良好的非线性可以保证优于±0.1℃的测量精度。但其测量的值需要经过运算放大、模数转换再传给单片机，硬件电路较复杂，调试也会相对困难，所以本系统不宜采用此法。方案四：采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20提供九位温度读数，测量范围-55℃~125℃，采用独特1-WIRE总线协议，只需一根口线即实现与MCU的双向通讯，具有连接简单，高精度，高可靠性等特点。并且DS18B20支持一主多从。若想实现多点测温，可方便扩展。综合以上四种方案，本设计采用第四种方案，利用数字温度计DS18B20作为温度传感器。显示部件选择方案一：采用I/O口直接驱动，需要占用大量可贵的I/O口资源，且系统运行后，更换元件不易，不符合系统设计的可靠性、易扩展性原则。方案二：采用串行口驱动、静态显示，利用单片机的串行口输出数据，显示多位数码，可节省大量的I/O口，但每个数码管必须有一个驱动芯片，且每位段码须接一个限流电阻，所须元件多，硬件电路比较复杂。方案三：采用串行口驱动、动态扫描显示，利用单片机的串行口输出数据，显示多位数码，多个数码管可共用驱动芯片和限流电阻。这样既可以简化硬件电路，又可以节省大量的I/O口线，为功能扩展留下空间。综合以上三种方案，本设计采用方案三：串行口驱动、动态显示。根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。3.1软件设计开发过程利用keil工作平台以编写生成一个C语言的.hex工程。利用在protues环境下进行模拟电路设计，最后下载代码执行程序[17、18]。3.2硬件电路设计系统结构框图原理图4.毕业设计工作计划及进度安排第一周：确定题目，查阅相关参考文献第二周：查阅与自动化相关外文，下载并翻译文献第三周：写开题报告，学习proteus软件第四周：学习80c52单片机原理第五周：学习单片机硬件电路原理第六周：16位CPU控制系统设计第七周：显示电路整体设计第八周：温度报警电路设计第九周：温度采集电路设计第十周：串口模块电路设计第十一周：学习PID控制原理，完成软件设计第十二周：温度控制原理软件调试第十三周：写结论、参考文献归类第十四周：论文电子版初稿、PPT制作第十五周：论文目录生成、电子版预答辩第十六周：修改论文格式，制作PPT第十七周：准备答辩5、主要参考文献[1]康华光.电子技术基础数字部分(第四版)[M].高等教育出版社,2003.[2]戴佳等.51单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社,2005.[3]高卫东等.51单片机原理与实践[M].北京航空航天大学,2008.[4]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007[5]何立民.单片机高级教程应用与设计[M].北京航空航天大学出版社,2007.1.[6]李学海.PIC单片机原理.北京航空航天大学出版社,2004.5[7]欧阳文.ATMEL89系列单片机的原理与开发实践[M].中国电力出版社,2007.6.[8]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010[9]吴琳,杨林,赵桂丰.基于单片机的温度数据采集器[J].现代电子技 术,

2008(19).[10]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.[11]潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安电子科技大学出版社,2003.[12]徐凤霞,赵成安.AT89C51单片机温度控制系统[J].齐齐哈尔大学学报,2004,3.[13]楼然苗.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社,2003.03.[14]MeehanJoanne,MuirLindsey.SCMinMerseysideSMEs:Benefitsandbarriers[J]..TQMJournal.2008

[15]HUHong-bin.Measuringfortemperaturecharacteristicoftemperaturerelay[M].ElectroMechanicalelement,2003,9.controllers[J]．IEEE

Trans

on

Fuzzy

Systens，2007.9，32(4)327-350.

[16]YuanFenghua,CuiJianjiang,WuShengxi,etc.Dynamictandemcold