基于51单片机的电阻炉温度测量与控制系统设计.

（2012届）本科生毕业设计（论文）资料长春理工大学教务处2012届本科毕业设计（论文）资料第一部分设计说明书摘要随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度测量与控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习与了解嵌入式系统开发的基本流程。用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。关键词：单片机；信号采集；温度测量与控制系统ABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofmoderninformationtechnology,temperaturemeasuringandcontrolsystembecomemoreandmoreimportantinindustrial,agricultureanddailylife.Becauseofitsgreatinfluenceonpeople’slife,designandresearchoftemperatureacquisitionandcontrolsystemhasagreatsignificance.Thepurposeofthisdesignislearningandunderstandingthedevelopmentofembeddedsystems.ItusesMCUasdataprocessandcontrolunit,andusesMCUtocontroldigitaltemperaturesensorwhichtransmitsdatatoMCUthroughsinglebus.Itcansendasignaltochangethestatesofalarmandimplementationmodule,currenttemperatureisdisplayedbyLCD.Thesystemachievesmulti-channeltemperaturesignalacquisitionandcontrol.Temperaturelimitissetbykeyboard.ThebuzzerandrelayarecontrolledbyMCU.Keywords：monoclesystem,Multi-channeltemperatureacquisition,Temperaturemeasurementandcontrolsystem目录第1章绪论..............................................................................................................11.1课题背景........................................................11.2温度检测的意义与技术发展........................................11.3课题内容和本人的主要工作........................................2第2章系统总体设计及方案论证...........................................................................32.1系统总体设计....................................................32.2单片机..........................................................42.3温度采集与传感器................................................52.4人机交互与串口通信..............................................6第3章硬件设计............................................................................................................83.1系统结构框图....................................................83.2单片机主控单元..................................................93.3温度信号采集单元...............................................113.4人机交互与串口通信单元设计.....................................153.4.1键盘输入..................................................153.4.2液晶显示屏输出...........................................163.5电源系统设计...................................................173.6控制执行单元设计...............................................183.7总体电路原理图及印刷电路板图...................................19第4章软件设计............................................................................................................204.1设计思路、流程图...............................................204.2温度采集子程序.................................................224.2.1命令序列.................................................224.2.2信号方式..................................................234.3数据处理子程序.................................................254.4人机交互子程序.................................................27IV4.4.1显示子程序...............................................274.4.2按键子程序...............................................294.5执行子程序.....................................................30结论......................................................32参考文献....................................................33附录........................................................II1第1章绪论1.1课题背景温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制；在农业生产、粮食储备、计算机机房等都需要对温度进行测量和控制。因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行温度控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。随着检测理论和技术的不断更新,温度传感器的种类也越来越多，在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和半导体集成传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。1.2温度检测的意义与技术发展温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失2误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段。1.3课题内容和本人的主要工作本课题是基于单片机的多路温度采集控制系统设计，其利用单片机作为系统的主要控制器，通过温度传感器检测环境温度信号，再经A/D转换后，将数字信号，送入到单片机中进行数据处理，经过一定的控制算法后，通过单片机的输出I/O口，来控制继电器的闭合，达到弱电控制强电的目的，最终完成对加热炉和风扇的自动控制，从而实现对了对环境温度的调节。本人的主要工作是运用AT89c51单片机作为主控制单元及数据处理单元，控制温度传感器检测环境温度信号及A/D转换，数据处理，发出控制信号对加热炉和风扇进行自动化控制，达到自动调节控制环境温度的目的，同时实现超高温报警和超低温报警功能。实现基本的人机对话功能，包括使用按键设置上、下限报警温度值，显示报警温度值和当前环境温度值。3第2章系统总体设计及方案论证2.1系统总体设计4电源系统单元：本单元的主要功能是为单片机提供适当的工作电源，同时也为其他模块提供电源。如液晶显示屏、按键等，在本设计当中，电源系统输出+5V的电源。执行单元：是单片机的输出控制执行部分，根据单片机数据处理的结果，驱动继电器控制外部设备