基于单片机的温度控制系统资料

1基于单片机的温度控制系统TheDesignofTemperatureControlSystemBasedonSCM摘要本文提出的温度采集控制系统以单片机（AD590）为核心，由控制部分、显示部分和温度测量部分组成。该系统大部分功能通过硬件来实现，电路简单明了，系统稳定性很高。这套温度控制系统可以方便地实现温度测量、温度显示等功能，并通过与单片机连接的键盘可以实时设定测控温度的下限，还可以连接相应的外围电路，在收到单片机发出的指令后对环境进行检测本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件模块的功能和它的工作过程；其次，详细阐述了程序的各个模块及其实现过程。本系统的主要设计思想是以硬件为基础，软件和硬件相结合，最终实现各个模块的功能。关键字：单片机；温度采集；硬件模块2ABSTRACTThedesignandimplementationoftemperaturecontrolsystembasedonSCM(AD590),itmakesupofcontrolpart,displaypartandtemperaturetestingpart.Mostfunctionsofthissystemarerealizedbyhardware,theelectriccircuitisreliable,andthesystemcanachievehigherstability.Thesystemcanmeasureanddisplaythetemperature,setthelimitfigureoftemperaturebythekeyboardwhichconnectswithSCMinstantly,andstillcanlinkcorrespondingperipheralequipmenttoheattheenvironmentupafterreceivedtheinstructionthatSCMissued.Firstly,theworkingprincipleofhardwareisdescribedinthispaperwhichaddsthestructuralblockdiagramforexplanation.Thispaperemphaticallyintroducesthefunctionsandworkingprocessofeachappliedmodule.Secondly,thistextexpoundsthefunctionsofeachmoduleofprogram.Thedominantthoughtofthistextisthathardwareisregardedasthefoundation,softwarecombiningwithhardwaretoactualizethefunctions.KeyWords:SCM;Temperaturecollection;Hardwaremodule1引言在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业、医学以及人们的日3常生活中，温度检测是十分重要的。在许多模拟量控制和监视应用中，温度测控通常是基于-40℃～125℃温度范围内的应用，如环境监测、蔬菜大棚、粮库、热电偶冷端温度补偿、设备运行的可靠性等应用。实时采集温度信息，及时发现潜在故障，并采取相应的处理措施，对确保设备良好运行具有重要意义。本文介绍了一个基于单片机的温度控制系统,该系统可以方便地实现温度采集、温度显示等功能。本系统的温度控制部分采用单片机完成。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、使用电子元件较少、内部配线少、制造调试方便等显著优点，将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自动化水平，具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技术，日益得到广泛应用。在众多的温度控制系统中，测温元件常常选用热敏电阻、半导体测温二极管、三极管、集成温度传感器等。相比而言，集成温度传感器具有线性好、稳定度高、互换性强、易处理等突出优点，故在许多场所得到了广泛应用。本系统中单片机作为下位机，完成测温任务，并通过与单片机连接的键盘可以实时设定测控温度的下限。本系统还可以连接相应的外围加热电路，当环境温度低于设定下限温度时，单片机发出的指令，加热器起动对环境进行加热，当温度回升到下限温度时加热器停止加热。为了便于操作，还设计一个简单的操作面板，它主要由键盘与按钮开关组成，通过操作面板可以进行系统的开停、RESET、设置温度下限告警值等。键盘输入部分采用了键盘专用IC74C922,简化了软件编程，用起来非常方便。系统软件主要由初始化程序、主程序、监控显示程序等组成。其中初始化程序是对单片机的接口工作方式，A/D转换方式等进行设置；显示程序包括对显示模块的初始化、显示方式设定及输出显示；主程序则完成对采集数据进行处理。该系统应用范围相当广泛，同时采用单片机技术，由于单片机自身功能强大，因而系统设计简单，工作可靠，抗干扰能力强，也可在此基础上加入通信接口电路，实现与上位机之间的通信。2.1功能与设计要求这套温度采集、控制系统可以方便地实现温度测量、温度显示等功能，并通过与单片机连接的键盘可以随时设定测控温度的下限，还可以连接相应的外围电路，在收到单片机发出的指令后对环境进行监测，当温度回升到下限温度时加热4器停止监测。1、采集温度并显示温度值。对温度控制器而言，最基本的功能是测温功能即能时时采集被测环境的温度并通过显示部分显示出来。2、设定测控温度下限。温度采集一般都具有设定限定温度功能，即预设一个温度值，一旦温度低于这个温度值，控制器就会发出提示，连接相应的外围电路就可以对环境进行检测。3、采用专用直流供电电源。与其它的温度控制器相比，本系统的温度采集器输出模拟电流，易受干扰。因而必须以专用直流电源供电，分别为模拟部分和数字部分提供专用电压。2.2方案论证方案一采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种该进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，检测范围—55~125℃，最大分辨率可达0．0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，本电路由3个模块组成；主控制器，测温电路及显示电路。主控制电路；单片机AT89C2051具有低电压供电和小体积等特点。显示电路；采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，到扫描用P3.0-P3.1口来实现，列驱动用9012三极管。DS18B20与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方法，如图此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源，另一种是寄生电源供电方式，单片机接口接单线总线，为保证有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电源，可用一个MOSFET管来完成总线的上位。DS18B20AT89C2051主控制器显示电路扫描驱动5当DS18B20处于写存储器操作和温度A／D转换操作时，总线上必须有强的上位，上位开启时最大为10uA。采用寄生电源供电方式时VDD和GND端军接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。方案二由AD590配以ADC0809。ADC0809是最常用的8位模数转换器，属于逐次逼近型。ADC0809采用单一的+5V供电，片内有带锁存功能的8路模拟开关，可对0—5V，8路模拟信号分时进行转换，完成一次转换的的时间是100US，数字输出信号具有TTL三态锁存器，可以直接与AT89C51相连。2.2.1方案比较方案一中使用DS18B20采集温度，结构较复杂，价格也稍显昂贵，适合较大规模的工业农业使用。成本较高故从以上两种方案，很容易看出采用方案二，电路不仅比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二系统组成方框图2.2.1传感器的选择测量温度有很多传感器。热电偶灵敏度较低，但能在很宽广的温度范围内使用；热敏电阻的工作温度范围较窄，但灵敏度高，有利于检测微小温差，其输出特性量非线性，检测时需要有线性化装置；廉价的集成电路（IC）温度传感器性能离散度很大，用于高精度测量时，必须进行校准；测温铂电阻温度系数的离散度很小，精确度高，灵敏度也较好，特别适用于1000度以下的温度测量，但价格昂贵。4.7KVCCDS18B20DS18B20DS18B20VCC单片机6集成电路温度传感器利用了半导体PN结电流电压特性和温度的相关性，与热敏电阻、热电偶相比，最大优点是输出线好，测温精度较高。感温部分、传感器驱动部分、信号处理部分等电路均集成化并封闭在一个小型管壳内，使用方便。AD590是一种集成电路温度传感器，作为电流输出型传感器的特点是，具有很强的抗外界干扰能力。其输出电流和绝对温度成正比。当两端加上+4V～+30V之间的电压时，器件呈现高阻抗，输出电流按1uA/1.0K变化。电气上耐用，可承受正向+44V，反向-20V的电压而不损坏，不必担心管脚接错。由于采用激光微调来较正IC内的薄膜电阻，而使AD590在298.2K（+25度）时输出稳定的298.2uA电流。基于以上优点，本系统采用AD590作为温度传感器。2.2.2控制芯片的选择本设计选用单片机为控制芯片是因为它有以下优点。第一，可靠性良好。单片机是按照工业控制要求所设计的，其抗工业噪声优于一般的CPU，程序指令及常数数据都烧写在ROM内，其许多信号通道均在同一个芯片内，因此可靠性高；第二，易扩充。单片机具有一般微电脑所必需的器件，如三态双向总线、并行及串行的输入/输出引脚，可以扩充为各种规模的微电脑系统；第三，控制功能强。为了满足工业控制的要求，单片机的指令除了输入/输出控制指令、逻辑判断指令外，还有更为丰富的条件分支跳跃指令。利用单片机的智能性，可方便的实现具有智能的数据采集和处理。在采用单片机为实现形式时，有很多种单片机可以实现数据采集、数据处理功能，通常会用以下几种单片机来实现：1、采用PIC来实现。美国微芯科技股份有限公司推出的采用RISC（精简指令集）和哈佛总线（Harvard）结构的PIC系列CMOS8位单片机，其主要特点是数据总线是8位的，而其指令总线则有12位、14位和16位3种。2、采用AVR来实现。AVR单片机的特点：速度快、片内资源丰富、保密性好、可重复擦写及在系统编程ISP、工作电压范围宽、功耗低、支持JTAG仿真、与C语言的完美配合。3、采用AT89S52来实现。ATMEL公司生产的AT89S52单片机采用高性能的静态设计，由先进工艺制造，并带非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能单片机，兼容标准AT89S52指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及能用8位微处理器于单片机中，ATMEL公司的生产AT89S52可灵活应用于各种控制领域。基于以上优点本系统采用AT89S52作为7主控芯片。3温度传感器简介温度的测量控制一般采用各式各样的温度传感器，常用的温度传感器及其测温范围（℃）为：热电偶（-184～2300），热电阻（-200～850），热敏电阻（-55～300），半导体（-55～150）。根据温度传感器输出方式及接口方式的不同，大体可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。3.1模拟温度传感器1、输出电压或电流信号的模拟温度传感器热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，利用这些电压或电流信号即可进行测量控制。如果想将这种模拟信号转换成微处理器可以处理的信号，需利用模数转换器将其转换为数码，然后由微处理器读取即可，如图3-1所示。图3-1采用A/D接口的电路另一种转换方式是进行V/F变换。V/F变换器实际上是一个振荡频率随控制电压变化而变化的振荡电路。其特点是有良好的精度、线性度和积分输入，且电路简单。图3-2为微处理器与V/F变换器及温度传感器的接