基于ATC89C51单片机的温度控制系统设计(LCD显示)
摘 要
温度的控制是个恒久的课题。从古至今，人类生活的许多方面都和温度控制有关，其中尤其是对水温的控制最多。现代社会，随着科技的发展，对水温控制也越来越精细。有鉴于此，结合本课题，我选取的控制对象是浴室用水的温度控制。电热水锅炉是将电能转化为热能的能量转换装置，具有结构简单、无污染和自动化程度高等优点，近年来已成为供热采暖的主要设备。电热水锅炉，用数学方法建立它的精确的数学模型显然十分困难，因而用传统的控制理论和方法对本系统实施控制有其局限性，而智能控制正是吸收了人们的生活经验、逻辑推理规则和记忆学习的优点，在工程实际中已经取得了很多价值性的成果。本文最终选择了简单易行的位式控制算法。在研究电锅炉控制算法的同时，本文还选用了ATC89C51单片机,设计了锅炉温度的硬件电路，包括传感器电路、继电器控制电路、温度显示电路、键盘输入电路,其中传感器分别选用了DS18B20温度传感器和电接点液位传感器，控制电路就是通过继电器来控制加热器，进而控制温度。显示部分采用了LCD显示屏。基于硬件电路，又编写了C语言程序，并通过C51和Protues软件联调，进行了仿真调试，获得较为理想的效果。
关键词：温度控制；AT89C51单片机；DS18B20; LCD
Abstract
Temperature control is a permanent topic.Historically, many aspects of human life and temperature control is concerned, most especially to the water temperature control.Modern society, with the development of science and technology, the water temperature control is becoming more and more delicate.Because of this, collection of thistopic,Iselect the control object is the bathroomwateremperaturecontrol.Electric boiler is the device that convert electricity into heat, it has the advantages of simple structure, no pollution and has high automatically degree, which has become the main equipment for heating. For the electric boiler, because it is a nonlinear, time-varying, long time-delayed, large inertia and unidirectional rising system, it is very difficult to use mathematical method to establish mathematical model and to control this system by using the classical control theory and method. Intelligent control has produced something valuable in engineering practice, because it brings in the good things such as the experience, logical reasoning and memory from people.This paper finally chose a simple type control algorithm.At the same time, we choose the ATC89C51 SCM, and design the hardware circuit of temperature and water level control of electric boiler, which includes the sensor circuit, the relay control circuit, temperature and water level display circuit, keyboard circuit, water level alarm circuit. We choose DS18B20 temperature sensor and the electric contact water level sensor, control circuit can control water level and temperature through the relay controlling solenoid valve and heater.The displaypartadoptsLCD. Based on hardware circuit, we write C language program, and get more ideal control effect through C51 and debugging.
Keyword: Temperature control ;AT89C51 SCM; DS18B20 ;LCD
目录
第一章 绪论…………………………………………………………………………错
误
！未定义书签。
1.1课程的背景及意义…………………………………………………………………1 1.2国内外的研究状况……………………………………………………………………1 1.3.单片机技术的发展及应用……………………………………………………………2 1.4 电热锅炉的简单介绍……………………………………………………………………3
1.5本文的主要工作………………………………………………………………………3
第二章 系统总体设计方案的论证…………………………………………………………4
2.12.22.32.42.53.13.23.3误3.43.5误
4.14.24.34.44.54.6
设计的内容及要求………………………………………………………………4 显示部分的方案………………………………………………………………………4 测量部分方案………………………………………………………………………4 主控部分方案…………………………………………………………………………5 系统总体方案…………………………………………………………………………5 单片机的最小系统……………………………………………………………………6 温度采集电路设计…………………………………………………………………8 显示电路设计…………………………………………………………………………错
！未定义书签。
温度控制电路和报警电路的设计……………………………………………………10 键盘电路的设计……………………………………………………………………11 ！未定义书签。 设计思路、流程图……………………………………………………………………13 温度采集子程序………………………………………………………………………14 数据处理子程序……………………………………………………………………17 人机交互子程序………………………………………………………………………18 执行子程序……………………………………………………………………………20 仿真图…………………………………………………………………………………22
第三章 温度控制系统的硬件电路设计……………………………………………………6
第四章 温度控制系统的软件设计与仿真………………………………………………错
结论………………………………………………………………………………………………25 致谢………………………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………………………26
1 基于单片机的温度控制系统设计（LCD显示）
第一章 绪论
1.1课题的背景及意义
当今社会温度的测量和控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色。而且，温控还涉及到能源利用和环保的问题。比较典型的代表就是浴室用的电热水锅炉对水温的控制。近年来由于我国对节能环保的要求越来越高，电热水锅炉的优势就越凸显出来。电热水锅炉采取智能控制，对能源利用率更高，也更加环保，正在逐步取代传统的烧煤锅炉。又正好此课题是有关温度控制系统的设计，结合当前国内的电热水锅炉的发展趋势，我选取了电热水锅炉为研究对象，运用单片机对其中的水温进行控制。
单片微型计算机是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），简称单片机。它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。单片机作为自动控制中的一个核心器件，在自动控制系统及信号采集方面已经被广泛应用，技术也相对较成熟，它有很高的性价比，应用前景广。本论文设计的温度控制中采用的就是以单片机作为控制中心，采用电力作为燃料，不仅能够使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点，还节约能源，利于环保，在改善劳动条件等方面都显示了无比的优越性。另外该设计的控制系统还具有超温报警、显示及报警等功能，保证锅炉正常安全的工作，实现自动化控制。
1.2国内外研究状况
工业控制在理论上大概分为三个阶段，第一阶段为以经典控制理论为主要控制方案的初级阶段，可以用PID控制实现稳定系统和定值控制；第二阶段为以现代控制理论为主要控制方案的发展阶段，以微型计算机为工具，对复杂现象进行控制，克服干扰和模型变化，以满足复杂的工艺要求，提高控制质量。第三阶段为高级阶段，控制方法主要朝着综合化和智能化的方向发展。智能控制理论中，专家系统、神经网络、模糊控制系统为最有潜力的三种方法，其中模糊控制不仅有行之有效的模糊控制理论为基础，而且能够表达出确定性和不确定性的两类经验，并提炼成为知识进而改善已有控制。
随着我国电力行业的迅速发展，电力供应紧张的局面已经趋于缓和，为实现可持续发展，国家推广使用燃气锅炉和电锅炉。然而，由于燃气锅炉投资过大，管道铺设受到城市发展的制约，这就为电热锅炉提供了良好的发展空间。
电热锅炉同其他燃料锅炉相比，具有无污染、热效率高、体积小等优点，并且可以实现无人监控的全自动化控制，控制系统可采用PLC控制，也可以采用电脑控制，同时均可转为手动；控制方式灵活，加热方式便利，可采用瞬时、蓄水和蓄热等多种方式；安全性能好。电热锅炉在我国起步较晚，其应用和发展是我国电力工业发展和环境保护要求相互作用的必然结果。尽管处于发展初期，产品的设计和使用过程中还存在很多问题，但随着人们对电热锅炉认识的深入以及生产厂家的技术进步，电热锅炉一定会得到长足发展，成为新世纪广泛使用的新型绿色环保锅炉。
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2 基于单片机的温度控制系统设计（LCD显示）
1.3单片机技术的发展及应用
单片机技术的发展
所谓单片机是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机（即单片微型计算机）。其发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域。
尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当数Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以Intel的MCS-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。
单片机技术的应用
随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。其应用大致可分为以下几方面： （1）机电一体化设备的控制核心
机电一体化是机械设备发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个关节或动作部位都是一个单片机控制系统。 （2）数据采集系统的现场采集单元
大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到主计算机中进行处理。如有些气象部门、电厂等均可采用这样的系统。 （3）分布控制系统的前端控制器
在直接控制级的计算机分布控制系统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应协调工作。
（4）智能化仪表的机芯
自动化仪表的智能化程度越来越高。采用单片机的智能化仪表可具有自整定、自校正、自动补偿和自适应功能，还可进行数字PID调节，软件消除电流热噪声等等，解决传统仪表所不能解决的难题。单片机的应用使这种性能如虎添翼，如自动计费电度表、燃气表中已有这方面的应用。许多工业仪表中的智能流量计，气体分析仪、成分分析仪等也采用了
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