[工学]温度控制器毕业设计.doc
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1、本科毕业设计论文本科毕业设计论文 题目:题目: 基于单片机多路温度巡回基于单片机多路温度巡回 检测仪设计检测仪设计 完完 成时间:成时间: 2012 年年 6 月月 10 日日 Sout hwest Petroleum University 学生姓名学生姓名 xxxx 学学 号号 xxxx 教学院系教学院系电气信息学院电气信息学院 专业年级专业年级自动化自动化 2008 级级 指导教师指导教师 xxxxx 单单 位位 xxxxxxxxxxxxxx II Graduation Thesis Designed based on single-chip multi-channel Temperatu
2、re Data Loggers Grade: 2008 Name: Liu Weijian Speciality: Automation Instructor: Zhang Peizhi School of Electronics and Information Engineering June 10, 2012 摘要摘要 随着计算机技术和传感器的发展,在生产和日常活动中,人们对温度模拟物 理量的测量要求越来越高。工业、农业自动化水平也迅速提高,单片机的应用也 III 越来越广泛,作用也越来越来显著。温度检测系统在人们的生产生活中的应用十 分广泛。本课题温度检测实际应用为出发点,结合单片机微处
3、理器技术,提出了 基于单片机的多路温度巡回检测仪设计。 本次毕业设计内容就是配合系统检测精度要求,选用相关控制微处理器;检 测装置硬件的结构及连接;检测程序的编制;完成成品调试和演示。首先分析和 制定了检测系统的整体设计思想和方案,确保了该检测系统具备真正的自动化检 测能力且结构简单。其次利用 AT89C51 单片机对多个检测点进行巡回检测,选用 精度高,工作稳定的数字传感器 DS18B20 进行温度采集。并用 MAX7219 驱动 LED 显示所测温度及上下限。 对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示, 并可根据需要任意设定上下限报警温度,它使用起来相当方便,具有
4、精度高、灵 敏度高、体积小、功耗低等优点,适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度 测量,也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中,作为其他主系统的辅助扩展。 关键词关键词:温度检测 ;AT89C51;MAX7219 ;DS18B20 Abstract With the development of computer technology and sensors, in production and daily IV activities, people increasingly high temperature analog physical quantity measurement requi
5、rements. Industry, agriculture level of automation, rapid increase in microcontroller applications are increasingly being used, the role become more and more significant. Temperature detection system is widely used in the production life of the people. Practical application of the temperature detect
6、ion of this topic as a starting point, combined with the single-chip microprocessor technology, the design of microcontroller-based multi-channel Temperature Data Loggers. The graduation project content with the system measurement accuracy requirements, selection of the relevant control microprocess
7、or; structure and connection of the detection device hardware; the preparation of the testing procedures; to complete the finished debugging and demonstration. First of all analysis and development of ideas and programs of the overall design of the detection system to ensure that the detection syste
8、m with truly automated testing capability and simple structure. Followed by using AT89C51 microcontroller circuit testing, multiple test points selection of high accuracy, stable digital sensor DS18B20 temperature acquisition. And MAX7219 drive LED shows the measured temperature and the upper and lo
9、wer limits. Various parts of the circuit one by one, the system can facilitate the realization of the temperature acquisition and display, and can be arbitrarily set the upper and lower limit alarm temperature, it is very convenient to use, with high precision, high sensitivity, small sizesuitable f
10、or low power consumption advantages in our daily life and work, the temperature measurement in the agricultural production, can also be used as the temperature processing module is embedded in other systems, and other auxiliary expansion. Key words: temperature detection; AT89C51; MAX7219; DS18B20 目
11、录目录 1 1 绪论绪论1 V 1.11.1 设计概述设计概述 1 1.21.2 温度检测系统设计意义温度检测系统设计意义 1 2 多路温度巡回检测仪设计内容多路温度巡回检测仪设计内容 2 2.12.1 任务要求任务要求 2 2.22.2 系统设计应用要求系统设计应用要求 2 2.32.3 设计流程设计流程 2 3 设计方案设计方案3 3.1 方案对比方案对比 .3 3.1.1 温度传感器选择方案温度传感器选择方案.3 3.1.23.1.2 单片机选择方案单片机选择方案3 3.1.33.1.3 显示电路的选择方案显示电路的选择方案3 3.23.2 总体方案总体方案 4 4 4 系统设计系统设计
12、4 4.14.1 硬件设计硬件设计 4 4.1.14.1.1 温度传感器设计温度传感器设计4 (1 1)DS18B20DS18B20 介绍介绍4 4.1.24.1.2 单片机最小系统单片机最小系统8 4.1.3 显示电路设计显示电路设计.10 4.1.4 按键电路按键电路.13 4.1.5 报警电路报警电路14 4.2 软件设计软件设计 15 4.2.1 主程序主程序15 4.2.4MAX7219 显示子程序显示子程序.17 4.2.5 按键按键程序程序18 4.3 程序编写程序编写 .19 4.4 硬件仿真硬件仿真 .19 5 5 系统调试系统调试.19 5.15.1 最小系统调试最小系统调
13、试 20 5.25.2 显示电路调试显示电路调试 20 5.35.3 测量电路调试测量电路调试 21 5.45.4 其他电路调试其他电路调试 21 6 6 小结小结 21 VI 致致 谢谢 23 参考文献参考文献 24 附录一:电路原理图附录一:电路原理图 25 附录二:总程序附录二:总程序26 基于单片机多路温度巡回检测仪设计 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 设计概述设计概述 随着社会的不断发展,各种电子产品的不断更新换代,使得电子产品智能化 的要求越来越高.单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器(CPU) ,存储 器(RAM,ROM,EPROM)和各种输入,输出接口,这样一块集成电
14、路芯片具 有一台计算机的属性,被称为单片微型计算机。单片机微型计算机因其体积小、 价格低、性能灵活、开发方便的独特优势,在机电一体化产品的开发和控制中得 到了最广泛的应有,而且越来越向纵深发展。从简单的机电一体化产品深入到数 控系统、柔性化、智能化系统以及机器人系统等。而基于单片机的温度检测系统 不断被开发革新,为一些系统的温度检测提供良好的技术支持,更快速方便的为 生产提供及时准确的温度数据。 通过本选题的研究,可以掌握单片机改造的基础知识和步骤,对单片机的应 用也有了最基本的了解。单片机的应用,打破了人们的传统设计思想,原来很多 用模拟电路,脉冲数字电路,逻辑部件来实现的功能,现在无需增加
15、硬件设备, 可以通过软件来完成。正由于这样,单片机已成为科技领域的有力工具,人类生 活的得力助手。 1.21.2 温度检测系统设计意义温度检测系统设计意义 温室大棚是为了使植物在任何时期都能正常生长,因此,温度的大小是很重 要的。温室大棚中温度变化范围一般为 0c60c,精度要求为0.5c。粮食 储存在粮仓中,粮食储存时间有长有短,为了保证粮食不致腐烂变质,就必须保 证粮仓温度在一定范围内。粮仓内温度范围一般为:0c30c,精度为: 5c。本次设计的温度巡回检测仪可用于粮库和温室大棚中,可对多个粮仓或 温室大棚进行多点监测,从而节省人力物力,并且可在同一界面检测温度和设置 参数。这样可以提升工
16、作效率,而且又能精确得知温度变化,可以及时准确地控 制温度达到预期要求,对作物生长和粮食储藏非常有利,从而达到农作物高生产 粮食高质量。 西南石油大学本科生毕业设计(论文) 2 2 多路温度巡回检测仪设计内容多路温度巡回检测仪设计内容 2.12.1 任务要求任务要求 该课题为设计一个八路温度检测点巡回检测,各个检测点按固定时间巡回检 测,并且要有超限报警。其设计要求: 1、精度误差小于0.5; 2、用LED数码管显示监测数据; 3、用LED数码管显示报警值及巡回时间; 4、具有可以任意设定温度的上下限和巡回时间功能。 2.22.2 系统设计应用要求系统设计应用要求 本次设计主要应用于农业、工业
17、等需要多点测温场合,如:温室大棚的温度 测量与控制、粮仓温度测量、流水线温度检测等。测量上下限要能够包含测量点 的最高和最低温度,并留有一定的裕值。多点测量,但是要具有简捷操作和简化 显示,可以让检测员快速方便的操作,记录。报警功能要简单快速,要能及时通 知管理员温度出现异常。巡回时间能随意设置,这样可以根据季节的变化或环境 温度的变化率决定巡回时间。使得检测更加及时准确。 2.32.3 设计流程设计流程 首先对设计整体构思,设计整体方案。在根据构思查阅相关资料文献,从而 选出符合要求的元件。然后根据所选元件构建整体电路图,并考察其合理性。并 且细致分析选择参数合理且精确度高的配件。再者,根据
18、构建的电路图和元器件 的工作原理编写程序,并利用软件仿真模拟,看是否能够运行。最后按照电路图 焊接硬件电路,下载程序并调试,根据调试出现的问题在调整电路。整个过程流 程图如下: 图图 2.12.1 设计流程设计流程 基于单片机多路温度巡回检测仪设计 3 3 设计方案设计方案 3.1 方案对比方案对比 3.1.1 温度传感器选择方案温度传感器选择方案 方案一: 本设计为温度测量电路,可以采用热敏电阻之类的模拟传感器,将随被测温 度变化的电压或电流采集,然后进行A/D 转换,再送入单片机进行数据的处理, 单片机将输出信号送入显示电路,就可以显示被测温度,此设计需要用到A/D 转 换电路,其中还涉及
19、到电阻与温度的对应值的计算。而且在对采集的信号进行放 大时容易受温度及周围电磁的影响,从而产生较大误差。 方案二: 模拟量温度传感器容易受环境影响,所以可以采用数字温度传感器,此类感 器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,电路简单,精度高,软硬件都 易于实现,而且节省使用单片机的接口便于系统的再扩展。 从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,费用较低,可 靠性高,软件设计也比较简单,故采用了方案二。 3.1.23.1.2单片机选择方案单片机选择方案 方案一: 凌阳单片机顺应了单片机技术的发展趋势,其系统芯片具有集成度高、数/模 混合、功能全、低功耗、低电压和易于开发等特点,
20、但其可靠性较差,温度过高 时会影响测量结果,且价格较高不易于毕业设计。 方案二: 51系列单片机由于其具有的集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简 单、价格低廉等优点,应用资料众多,在实际应用中得到广泛的采用,比较实用 于民用产品的开发。 从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,费用较低,可靠性高,故采用 了方案二。 3.1.33.1.3显示电路的选择方案显示电路的选择方案 本次设计用到七个数码管,并要同时显示,由于单片机的端口有限,所以要 采用动态显示。故此要用到译码驱动器完成动态显示。 方案一: 西南石油大学本科生毕业设计(论文) 4 采用138译码器完成动态显示,138译码器的输入连
21、接到单片机三个引脚,LED 的位选引脚连接138输出,但LED的端选引脚依然要连接单片机端口,占有单片机的 一个端口。并没有节省端口。并且还要进行软件译码,使得程序复杂繁多。 方案二: 采用MAX7219驱动器,单片机只需用三根引脚连接7219的串行引脚,连接方 便,简化电路。7219本身可以进行BCD译码,我们只需把测量数据直接送入即可, 使得程序简捷。 从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比 较简单,故采用了方案二。 3.23.2总体方案总体方案 由方案对比得更加合理设计方案,因此,在此基础上对系统进行整体设计。 首先,温度采集模块利用温度传感器采集现场温度,然
22、后送入控制处理模块进行 处理。控制处理模块的单片机将得到的采集信号送进行处理,进行数据的转换得 到要输出的信号。单片机将输出信号送入显示电路和报警电路,从而显示测量结 果。该温度巡回检测系统由控制模块、显示模块、温度采集模块组成。测温范围 0C100C。整体设计框图如下: 八路数字温度 传感器 单 片 机 处 理 器 参数调整按键 LED 显示电路 报警电路 图图 3.13.1 总体设计框图总体设计框图 4 4 系统设计系统设计 4.14.1 硬件硬件设计设计 4.1.14.1.1 温度传感器温度传感器设计设计 (1 1)DS18B20DS18B20 介绍介绍 基于单片机多路温度巡回检测仪设计
23、 5 本设计选用数字传感器,选用常见的DS18B20温度传感器。DS18B20 温度传 感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统 的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过 简单的编程实现912位的数字值读数方式。其实物图如下: 图图4.14.1 DS18B20DS18B20 DS18B20 的性能特点如下: 1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信; 2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能 3、无须外部器件; 4、可通过数据线供电,电压范围为3.05.5; 5、零待机功耗; 6、温度以9或12位数字
24、; 7、用户可定义报警设置; 8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件; 9、负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工 作; 10、精度 5C。 (2)DS18B20 工作原理工作原理 DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同,只是得到的温度值的位 数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 4.2 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于 产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明 显改变,所产生的信号作为计数器 2 的脉冲
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