第1章 绪 论
1.1研究的目的和意义
温度是工业生产中主要被控参数之一，温度控制自然是生产的重要控制过程。工业生产中温度很难控制，对于要求严格的的场合，温度过高或过低将严重影响工业生产的产质量及生产效率，降低生产效益。这就需要设计一个良好温度控制器，随时向用户显示温度，而且能够较好控制。单片机具有和普通计算机类似的强大数据处理能力，结合PID,程序控制可大大提高控制效力，提高生产效益。
本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C52 能够根据温度传感器DS18B20所采集的温度在LCD1602液晶屏上实时显示，通过PID控制从而把温度控制在设定的范围之内。通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。
1.2国内外发展状况
温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的升级产品。温度控制的发展引入单片机之后，有可能降低对某些硬件电路的要求，但这绝不是说可以忽略测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路，尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。
恒温系统的传递函数事先难以精确获得，因而很难判断哪一种控制方法能够满足系统对控制品质的要求。但从对控制方法的分析来看，PID控制方法最适合本例采用。另一方面，由于可以采用单片机实现控制过程，无论采用上述哪一种控制方法都不会增加系统硬件成本，而只需对软件作相应改变即可实现不同的控制方案。因此本系统可以采用PID的控制方式，以最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。 现在国内外一般采用经典的温度控制系统。采用模拟温度传感器对加热杯的温度进行采样,通过放大电路变换为 0～5V 的电压信号,经过A/D 转换,保存在采样值单元;利用键盘输入设定温度,经温度标度转换转化成二进制数,保存在片内设定值单元;然后调显示子程序,多次显示设定温度和采样温度,再把采样值与设定值进行 PID 运算得出控制量,用其去调节可控硅触发端的通断,实现对电阻丝加热时间的控制, 以此来调节温度使其基本保持恒定。
1.3温度控制系统的设计内容
本系统从硬件和软件两方面来讲述恒温箱温度自动控制过程,在控制过程中主要应用STC89C52、LCD1602液晶显示器，而主要是通过 DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过LCD1602显示实时温度的一种数字温度计。软件方面采用C语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。而系统的过程则是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用LCD1602显示这个温度值.然后,在运行过程中将DS18B20采样的温度经过处理后的数字量用LCD1602进行显示，结合PID控制得出的信号传给单片机，用单片机的相应引脚来控制加热器,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热，如果温度超过了恒温设定值，用单片机控制制冷片对
恒温箱进行降温，最后保证恒温箱在设定的温度下运行。
第2章 总体方案设计
2.1 方案一
测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
2.2 方案二
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，温度传感器的选择，采用温度芯片DS18B20测量温度，该芯片的物理化学性能很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线性较好。在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。本制作的最大特点之一是直接采用温度芯片对为温度进行测量，使数据传输和处理简单化，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。
比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。电路设计方框图如图2-1所示，它主要由五部分组成:控制部分主芯片采用单片机STC89C52；显示部分采用LCD1602液晶显示；温度设定部分采用按键设定；温度温度采集部分采用DS18B20温度传感器；加温部分采用光电可控硅MOC3061控制制大功率加热器；降温部分采用继电器控制TEC1-12706半导体制冷片。
晶振电路 复位电路 按键电路 DS18B20 温度采集
图2－1 温度控制系统的总体设计方案
STC89C52 LCD1602 显示电路 光电双向可控硅控制加热器工作 半 导 体 制冷片工作
第3章 温度控制系统的器件和模块选用
3.1单片机的选择
3.1.1 STC89C52简介
STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。 主要特性如下：
（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。
（2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。 （3）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。
（4）用户应用程序空间为8K字节,片上集成512字节RAM。 （5）通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
（6）具有EEPROM功能,具有看门狗功能。
（7）共3个16位定时器/计数器,即定时器T0、T1、T2。
（8）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
（9）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 （10）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。 3.1.2 STC89C52单片机的工作模式
（1）掉电模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
（2）空闲模式：典型功耗2mA；正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA。 （3）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。
3.1.3 单片机最小系统结构
本系统以STC89C52单片机为核心，本系统选用11.05926MHZ的晶振，使得单片机有合理的运行速度,复位电路为按键高电平复位。STC89C52单片机最小系统电路设计如图3-1所示。
图3-1 单片机最小系统框
3.1.4 STC89C52的引脚说明
STC89C52的引脚图如图3-2:
图3－2 STC89C52引脚图
VCC（40引脚）：电源电压。 VSS（20引脚）：接地。
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O
口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表3-1。在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表3-1 P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号 P1.0 P1.1 功能特性 T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制） P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。
在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3-2所示。
表3-2 P3口引脚复用功能 引脚号 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 复用功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外部中断0） INT1（外部中断1） T0（定时器0的外部输入） T1（定时器1的外部输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器