田丰：基于单片机的温度控制器的设计
图表清单
图3-1 最小的单片机原理图 .................................................................................................... 8 图3-2 DS18B20接线原理图 .................................................................................................... 9 图3-3 显示模块电路原理图 .................................................................................................. 10 图3-4 电源电路原理图 .......................................................................................................... 11 图3-5 报警电路原理图 .......................................................................................................... 12 图3-6 时钟电路原理图 .......................................................................................................... 13 图3-7复位电路原理图 ........................................................................................................... 13 图3-8按键电路原理图 ........................................................................................................... 14 图4-1主程序模块的程序流程图 ........................................................................................... 16 图4- 2数据采集模块流程图 .................................................................................................. 17 图4- 3写时序流程图 .............................................................................................................. 18 图4- 4读时序流程 .................................................................................................................. 19 图4- 5选定程序值流程图 ...................................................................................................... 20
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安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）
引言
温度在我们日常生活中处处存在，因为温度控制关联着生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度的的检测与控制是在工业生产和日常生活十分重要，如锅炉、温室、养殖场和冷冻室等[1]。在现今社会中,随着单片机和其相关电子技术飞速发展, 应用领域不断延展，利用单片机和温度传感器对温度进行精确测量的同时,可以大大提高了生产的自动化程度, 成本低廉, 应用十分广泛。
本次设计利用单片机通过DS18B20 采集温度，温度信息主要是由传感器进行测量,温度信息主要是由传感器进行测量,并转换成为毫伏级的电压信号,把经过的信号放大电路,就会把弱电压信号逐渐放大到单片机可以处理的范围以内。再经过输入A/O转换器来转换到数字信号,并且输入到主机中去。在单片机对信号进行采集的时候,若要更大程度上的提高测量的精度,则在采样的时候就必须对信号进行数字滤波[1]。这个时候,信号经过数字滤波以后,标度就会被转换出来,并通过LCD把温度显示出来。此外,还可以将该温度值与已经设定的温度值进行比较,根据两者之间存在的偏差值的大小,按照积分分离的算法得出最后的输出控制量值。在通过输出控制量的数值来确定导通的时间以及所需加热的所用的功率,从而来有效的调节温度环境。整个系统设计中,主要的目的就是为了能够使单片机对于温度进行实时的检测和控制,用来解决工业以及日常生活中对温度控制遇到的问题,而且可以运用十进制的数码来显示实际的温度值,便于人们的监视,另外,我们人为的在键盘上输入人工设置的温度范围,可以方便温度控制器在不同的范围查看温度[2]。因为如果当实际的温度不在规定范围内,那么系统将会自动调节温度,以确保温度的稳定性,实现自动控制的目的。并把温度的区分在规定的1℃内,这样当环境温度出现变化的时候,那么温度控制的静态误差就会小于等于0.5℃。在整个系统设计中,主要的目的就是检测和控制温度,使测控的精度更加准确,尽量使整个系统稳定性更好、可靠性更高并且速度较快,具备灵活性[3]。
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田丰：基于单片机的温度控制器的设计
第一章 绪论
1.1 课题的学术背景及研究意义
不论是对于工业生产还是对于人们的日常生活,温度的变化都会对其产生一定程度的影响。所以,适时和恰当的温度控制对生产生活具有非常重要的作用。在过去的时间中,对温度的控制总是采用常规的模拟调节器,然而,这种调节器存在一些缺点，比如控制精度低,具有滞后、非线性等特点。-本文将采用微电子技术来提高温度控制的精度,因为微电子技术的电路设计简单,控制效果好,具有很强的实用性。众所周知,在现代工业测控领域中,单片机系统的开发和运用给其带来了全新的技术创新和变革。而且,自动化和智能化程度的高低均依赖于是否使用单片机。试想:将单片机的温度控制方法如果能够运用到温度控制系统中的话,那么,就可以在一定程度上缓减和克服温度控制系统中存在的滞后现象,同时在很大程度的上,单片机的使用可以提高温度的控制效果以及控制精度。在工业自动化控制中,温度的控制一直都占有非常特殊的地位。比如说:在正常的钢铁冶炼过程中,就要对刚出炉的钢铁进行特殊的热处理后,才能达到要求的性能指标。再比如说,在塑料的生产过程中,不同的生产工艺中也要求保持不同的温度。随着科学技术的快速发展,各个科研领域对自动控制系统的控制精度、响应的速度、稳定性与自适能力的要求也越来越高。而且,被控对象的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合,或生产过程中偶尔的随机扰动、现场测试手段不完善等各种不确定性的因素,都会使温度控制难以达到一个理想的程度。现代自动控制一直朝着智能化的方向发展,而且很多自动控制系统中都使用了工控机,小型机、甚至是巨型处理机等等。这些处理机都有很多的共性,比如说:运行速度很高,内存很大以及大量的数据存储器。有些小规模的系统,处理机的所用成本为系统总成本的比例高达20%多,因此对于这种一些小型的系统来说,可以不必要配置一个相对高速的处理机,以节约经济支出[4]。所以用成本低廉的单片机控制小型机是非常适合的。随着电子技术的发展,单片机技术也得到了快速的发展,在集成度,速度,低功耗以及性能方面都有着显著的改善。伴随着科学技术的发展,现在已经可以完全运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测,并且还可以做到多点的温度检测,如果对此原理图稍加改进,甚至可以进行远程温度监控,这将会具有更大的实用价值[5]。 1.2 课题在国内外的发展状况
目前，国内外的各种温度采集控制系统的技术已经很成熟，在实际应用中也非常普遍。基于应用目的的不同，有各种类型的温控系统，如：有基于微机的温控系统、有基于 DSP 芯片的温控系统、有基于单片机的温度控制系统[6]。虽然这些系统不尽相同，但它们的基本原理和完成的功能都大致一样。首先，由温度传感器负责采集温度，经过信号放大、滤波等处理后进行转换，把温度数据转换为数字信号；数字信号最后送入控制系统进行相应的处理和显示，系统根据处理结果发出相应的控制信号。 加拿大的CSI集团公司根据声学高温测量原理研究开发出了名为BOILERWATCH的锅炉膛温度场实时监测系统，该系统可以设计成测量8条单一路线上的平均温度或按阵列编排的多达 24 条路线来测量温度的分布。BOILERWATCH 测得的温度数据值可以直接从输入厂内的分散控制系统（DCS）、数据采集系统（DAS）或输入计算机供数据显示和提取。可通过 DCS 来向运行人员提供温度—时间曲线，或在一台装有 CSI 公司的 TMS—WIN 软件的计算机屏幕上显示出来，也可以通过 TMS—WIN 软件令计算机画出空间温度分
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布形态或提供其它的数据显示公式[7]。
温度测量技术：接触式测温、非接触式测温、辐射式测温。温度控制技术：智能温度控制法、PID 线性控温法、定值开关控制法。本论文采用的是接触式测温，定值开关控制温度法。主要目的是实现温度的自动控制，保证水温在所设定温度范围内正常运作，此系统主要由温度采集系统、显示系统、报警系统、加热控制单元、输入设定等部分组成。通过以上系统能够做到设置水温范围以及自动调节水温。如果温度在设定值范围内，则系统正常工作；如果低于设定的下限值，系统显示低温警报信号并保持加热装置为水箱加热；如果超出温度范围上限值，系统发出高温警报并控制系统负载停止工作。 1.3 课题研究的主要内容
本设计的内容是温度测试控制，控制对象就是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如浴室、水池、电源等场所的温度控制。而以往温度控制大多数是由人工完成的,但是对于温度的检测却不够重视，以致于许多的意外发生都是由于对温度的检测的误差所导致的。本文将采用了单片机对温度实现自动控制。主要实现的功能有:对于被测控对象的温度进行实时采集，采用的方法主要是通过一传感器（ DS18B20）将温度转变模拟电信号,然后再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机（AT89C51）中，最后单片机将传感器所采集到的温度和预先设定好的温度进行数值上的对比，当对于小于设定值时将发出信号,并启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，让其自然冷却,从而使得被控温度控制在一定的范围之内,达到实时控制的功能。通过一系列的对温度的改变是其达到可以自动控制温度，满足该设计的要求。
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第2 章 温度控制器的设计方案
2.1系统整体方案和结构
由于本课题主要要求的是，完成一种基于51单片机和DS18B20温度传感器共同控制的一种自动控制系统，具有温度检测、温度范围设置、温度显示、温控控制信号输出等功能。本文对于温度控制系统硬件部分的研究，按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块、数模转换电路、显示电路、电源电路、声光报警电路等。硬件总体结构框图如图2-1所示。由结构框图可见，温度控制系统是以单片机为控制的主机，主控模块由扩展外部存储器构成。被测对象的温度，由DS18B20温度传感器检测温度。转化的数字信号将传输给给单片机让其对其数值进行处理，一方面将测得的温度值通过控制面板上的LCD显示器显示出来；另一方面将该温度值和设定的温度值相比较，根据其偏差值的大小,采用控制算法进行运算，最后通过单片机的输出管脚输出控制信号[8]。进而对被测物体温度进行控制。如果实际测得的温度值超过，或低于系统给定的极限安全温度，保护电路会做出反应，同时报警电路报警响起，从而保护被测对象。单片机快速、准确的进行温度数据采集、然后处理、显示温度和控制主要是时钟电路，提供的时钟频率，使单片机能正常的处理许多任务。其结构方案图如图2-1。
温度控制器DS18B20电源电路报警装置单片机被测对象温度设定显示温度加热制冷继电器
图2-1结构方案图
2.2系统方案的选择与说明 2.2.1主机模块
方案一：
ARM处理器为RISC芯片，是32位的微处理器。具有体积小、功耗低、高性能，
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