智能溫控器課程設計--溫度控制器設計

1、<p><b>　　課程設計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 溫度控制器設計 </p><p>　　課 程 名 稱 電氣測量技術 </p><p>　　學 生 姓 名

2、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 電氣工程系、測控技術與儀器 </p><p>　　指 導 教 師

3、 </p><p>　　2013年 12月 21 日</p><p>　　注：1．此表由指導教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導教師、學生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。</p><p>　　指導教師（簽名）：

4、 學生（簽名）：</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　溫度控制系統(tǒng)對溫度進行檢測和控制，任何工廠在生產(chǎn)過程中如果沒有合適的溫度環(huán)境，很多的器件甚至是電子設備都不能正常的工作，從而多生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響，所以各行各業(yè)對溫度的要求的愈來愈高，所以，溫度控制系統(tǒng)的作用非常重要。</p><p

5、>　　溫度控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是溫度，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，溫度控制使非常重要的，在溫室、水池、電源等場所不能對溫度有效的控制，則會出現(xiàn)很多事故，所以為了避免此類事故的發(fā)生，溫度控制應當受到重視。</p><p>　　本設計不僅實現(xiàn)了對溫度的檢測，還實現(xiàn)了溫度控制、顯示功能，當溫度大于設定的溫度時，報警器報警；當溫度小于設定的值時，報警器不報警，從而實現(xiàn)對溫度的控制，并且還可以實現(xiàn)按鍵復位功能。</p>

6、;<p>　　關鍵詞: 8051單片機；溫度； ADC0809數(shù)模轉換器；</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　1 系統(tǒng)總體設計方案1</p><p>　　1.1智能溫控器的功能設計1</p>&

7、lt;p>　　2 系統(tǒng)硬件設計2</p><p>　　2.1 單片機概述2</p><p>　　2.2 A/D轉換電路2</p><p>　　2.3 溫度采樣電路3</p><p><b>　　2.4按健開關4</b></p><p>　　2.5溫度顯示電路4</p>

8、<p>　　2.6熱電阻驅動電路5</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設計7</p><p>　　3.1軟件設計思路7</p><p>　　3.2 程序內(nèi)容編寫7</p><p>　　總結.......................12</p><p><b>　　參考文獻：13

9、</b></p><p><b>　　附錄14</b></p><p>　　1 系統(tǒng)總體設計方案</p><p>　　智能溫控器主要單片機，時序電路，溫度采樣電路，A/D轉換電路，溫度顯示電路，溫度輸入電路，驅動電路等組成。系統(tǒng)原理圖見圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 智能溫控器控制系統(tǒng)框圖&l

10、t;/p><p>　　1.1智能溫控器的功能設計</p><p>　　以MCS-51系列單片機為核心，采用常用電子器件設計，一個電源開關，兩個控制溫度 設定按鍵（增大/減?。?，四位數(shù)碼管分別顯示設定溫度和實際溫度，量程為0~99度，打開電源開關后設定溫度初始化為26度。1，按鍵輸入采用中斷方式，兩個按鍵分別接INT0和INT1。2，采用鉑電阻（Pt100)溫度傳感器進行溫度測量，模數(shù)轉換采

11、用ADC0809。3，單片機根據(jù)設定溫度S和實測溫度P控制繼電器R的動作，死區(qū)設為2度： 當P<=S-1時，控制R接通電加熱回路； 當P>S+1時，控制R斷開電加熱回路； 當S-1<P<=S+1時，R保持原狀態(tài)不變。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p><b>　　2.1 單片機概

12、述</b></p><p>　　由于智能溫度控制器的核心就是單片機，單片機的選擇將直接關系到控制系統(tǒng)的工作是否有效和協(xié)調(diào)。本設計采用MCS-51系列的8051單片機，因為8051單片機應用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。</p><p>　　8051包含了8位CPU，片內(nèi)振蕩器，4K字節(jié)ROM,128字節(jié)RAM,2個16位定時器，計數(shù)器，中斷結構，I/O接口等?？蛇M行計

13、算，定時等一系列功能。</p><p>　　2.2 A/D轉換電路</p><p>　　2.2.1 ADC0808介紹</p><p>　　ADC0808是8位全MOS中速A/D 轉換器、它是逐次逼近式A/D 轉換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機直接口接。其主要引腳功能如下：</p><p>　?。?）RD，WR：讀選通信號和選通信

14、號（低電平有效）。</p><p>　　（2）CLK：時鐘脈沖輸入端，上升有效。</p><p>　　（3）DB0—DB7是輸入信號。</p><p>　　（4）CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其頻率為1/1.1RC。</p><p>　　（5）CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦CS有效，表

15、明A/D轉換器被選中，可啟動。</p><p>　?。?）WR：寫信號輸入，接受微機系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，CS、WR同時為低電平時，啟動轉換。</p><p>　　(7)INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效，輸出低電平表示本次轉換已完成。該信號常作為向微機系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。</p><p>　?。?）CLK:為外部時鐘輸入端，時

16、鐘頻率高，A/D轉換速度快。允許范圍為10-1280KHz，典型值為640KHz，此時，A/D轉換時間為10us。通常由MCS—51單片機ALE端直接或分頻后與其相連。當MCS單片機與讀寫外，RAM操作時，ALE信號固定為CPU時鐘頻率的1/6，若單片外接的晶振為6MHz，則1/6為1MHz，A/D轉換時間為64us。</p><p>　　2.2.2 A/D轉換電路工作原理</p><p>

17、;　　ADC0808的兩模擬信號輸入端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號，與WR同時為低電平A/D轉換器被啟動切在WR上升沿后100 模數(shù)完成轉換，轉換結果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時，INTR自動變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D換已結束。如CS、RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)，轉換圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 A/D轉換電路圖</p&g

18、t;<p>　　2.3 溫度采樣電路</p><p>　　2.3.1鉑電阻（Pt100)溫度傳感器</p><p>　　當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而</p><p>　　成近似勻速的增長。但他們之間的關系并不是簡單的正比的關系，而更應該趨于一條拋物線。 鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式： -200

19、<t<0℃ Rt=R0[1+At+Bt+C(t-100)t]。電阻仿真程序如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 電阻部分仿真</p><p><b>　　2.4 按鍵開關</b></p><p>　　設定按鍵（增大/減小），四位數(shù)碼管分別顯示設定溫度和實際溫度，量程為0~99度，打開電源開關后設定溫度初始化為26度。按鍵

20、輸入采用中斷方式，兩個按鍵分別接INT0和INT1</p><p>　　2.5 溫度顯示電路</p><p>　　2.5.1 LED驅動</p><p>　　74LS47介紹：74LS47是一塊BCD碼轉換成7段LED數(shù)碼管的譯碼驅動IC，74LS47的主要功能是輸出低電平驅動的顯示碼，用以推動共陽極7段LED數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字。相應引腳功能如下。</p&

21、gt;<p>　?。?）QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG:7段LED數(shù)碼輸出引腳。</p><p>　　（2）A，B，C，D：輸入引腳。</p><p>　?。?）RBO，BT，LI:高電平輸出有效。</p><p>　　2.5.2 溫度顯示工作原理</p><p>　　溫度顯示電路如圖2.3所示。由2片TTL74LS

22、47和2片七段LED組成，LED采用共陽級接法。74LS47的QA-QG接BCD段選信號由P1口提供,</p><p>　　LED顯示數(shù)據(jù)由74LS47的輸出決定,即由P1口信號的取值決定。</p><p>　　圖2.3 TTL74LS47 BCD顯示電路</p><p>　　2.6熱電阻驅動電路</p><p>　　熱電阻驅動控制，8051

23、的P3.0的引腳與ULN2003A的引腳相連接，從P3.0發(fā)出的控制信號經(jīng)ULN2003到達電磁繼電器，驅動熱電阻的運行和停止。</p><p>　　ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點,適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。</p><p>　　其中ULN2003是由7個NPN具有用共陰二極管夾緊來轉換電感負載的高壓

24、輸出特征的達林頓晶體管組成。當前一對單精度型的額定電流為500mA，有比較高的電流容量，它的應用軟件包括繼電器驅動器、顯示驅動器，線驅動器和邏輯緩沖器等。在本驅動電路中的作用是增大電流驅動能力。該芯片采用16腳的DIP 封裝,其中第9為公共輸出端COM，有一個輸出端為高電平，COM就為高電平。如圖2.4。</p><p>　　圖2.4電磁繼電器和熱電阻電路</p><p><b>

25、;　　3 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　3.1軟件設計思路</b></p><p>　　軟件設計的任務包括啟動A/D轉換、讀A/D轉換結果、設置溫度、溫度控制等，其中啟動A/D轉換、讀A/D轉換結果、溫度控制等工作在主程序中完成，設置溫度在中斷服務程序中完成，根據(jù)對比結果給出控制信號，令熱電阻運行或停止，實現(xiàn)溫度調(diào)控。</p>

26、;<p><b>　　3.2程序內(nèi)容編寫</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　JMP START1</p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p>　　LJMP INTER1</p>

27、;<p><b>　　ORG 0013H</b></p><p>　　LJMP INTER2</p><p><b>　　ORG 0100H</b></p><p>　　START1:MOV SP,#60H; 設置堆棧指針</p><p><b>　

28、　SETB IT0</b></p><p><b>　　SETB IT1</b></p><p>　　MOV IE,#85H; 中斷0\中斷1開放</p><p>　　ANL P1,#00H</p><p>　　MOV P1,#26H; 設定溫度初值<

29、/p><p>　　LCALL START; 調(diào)用AD轉換程序</p><p>　　LCALL C1; 調(diào)用溫度控制程序</p><p><b>　　LJMP $</b></p><p>　　ORG 0200H; 增加鍵（中斷0）首地址</

30、p><p>　　INTER1:PUSH ACC; 保護現(xiàn)場</p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　LCALL DELAY; 按鍵延時</p><p>　　A1:

31、JB P3.2,A1; 判斷有無鍵按下</p><p>　　SET1:LCALL DELAY; 按鍵防抖</p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　INC A</b></p>

32、;<p><b>　　MOV 30H,A</b></p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p>　　ADDC A,30H</p><p>　　DA A; 對A十進制調(diào)整</p>

33、<p><b>　　MOV P1,A</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　ORG 0300H;

34、 減小鍵(中斷1）首地址</p><p>　　INTER2:PUSH ACC</p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p><b>　　CLR PSW.6</b></p><p>　　A2:JB P3.3,A2; 判斷有

35、無鍵按下</p><p>　　SET2:LCALL DELAY; 按鍵防抖</p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　SUBB A,#01H</p><p>　　JB PSW.6,Q0&

36、lt;/p><p><b>　　MOV 35H,A</b></p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　ADD A,35H</b></p><p><b>　　JMP

37、 Q1</b></p><p>　　Q0:MOV A,P1</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,#10H</p><p><b>　　JC Q2</b></p>

38、<p>　　ADD A,#09H</p><p><b>　　JMP Q1</b></p><p>　　Q2:MOV A,#99H</p><p>　　Q1:MOV P1,A</p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　

39、　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　START:MOV R1,#20H</p><p>　　MOVX @DPTR,A; A/D轉化器開始轉換</p><p>　　WAIT1: JB P3.1,WAIT1</p>

40、<p>　　WAIT2: JNB P3.1,WAIT2</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　LCALL BINBCD1</p><p><b>　　MOV @R1,A</b></p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><

41、p><b>　　RET</b></p><p>　　ORG 0400H; 控制溫度子程序</p><p><b>　　C1:CLR C</b></p><p>　　MOV A,20H; 將檢測溫度送到累加器A中</p><p><b>

42、　　SUBB A,P1</b></p><p>　　JNC GAO; 判斷環(huán)境溫度是否高于預設溫度</p><p><b>　　SJMP DI</b></p><p><b>　　DI:CLR C</b></p><p><b>　　MOV A

43、,20H</b></p><p>　　ADDC A,#01</p><p><b>　　MOV 20H,A</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　MOV A,P1</b></p><p>　　SU

44、BB A,20H</p><p>　　JC Z1; 判斷預設溫度是否等于(檢測溫度+1)</p><p><b>　　SETB P3.0</b></p><p><b>　　SJMP Z1</b></p><p><b>　　Z1:RET</b><

45、;/p><p><b>　　GAO:CLR C</b></p><p>　　SUBB A,#02</p><p>　　JNC Z1; 判斷環(huán)境溫度減預設溫度是否小于2</p><p><b>　　CLR P3.0</b></p><p><b

46、>　　RET</b></p><p>　　DELAY:MOV R7,#06H; 延時子程序</p><p>　　D0:MOV R6,#0FAH</p><p><b>　　DJNZ R6,$</b></p><p>　　DJNZ R7,D0</p><p><

47、;b>　　RET</b></p><p>　　BINBCD1:MOV B,#10; 二進制轉化為十進制子程序</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　ADD A,B&

48、lt;/b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　總結與體會</b></p><p>　　本設計使用的溫度控制器結構簡單、測溫準確，具有一定的實際應用價值。該溫度控制器只是DS18B20在溫度

49、控制領域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應用于多種場合，像育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設計的用途，有很強的實用價值。</p><p>　　在此次溫度控制器的設計過程中，讓我了解到了現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設計和工作

50、原理。以前在實際生活中看到的電子產(chǎn)品例如彩燈、交通燈、電磁爐、電飯煲等，就只會用他們并不知道他們的工作原理，通過這次課程設計對這些產(chǎn)品的原理有了深入的了解。同時這次課程設計大大提高了我的動手能力，為我以后的工作和學習奠定了基礎，在以后的生活中我也可以用我所學的知識和對芯片功能的了解來設計一些日常生活所需的電子產(chǎn)品。有了這一次的實踐經(jīng)驗，我們的動手能力和思維能力也相應的得到了的提高，這次實訓進一步鍛煉了自己的邏輯思維能力，并從中總結出寶貴

51、的經(jīng)驗。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]王家楨.傳感器與變送器[M].北京:清華大學出版社,1996. [2]曾巧媛.單片機原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002. [3]何力民.單片機高級教程[M].北京：北京航空大