简易温度控制仪实验报告

电子系统综合设计报告第1页共28页电子系统综合设计报告姓名：学号：专业：日期：南京理工大学紫金学院电光系电子系统综合设计报告第2页共28页摘要单片机系统的开发应用为现代工业领域带来了新的发展，自动化智能化都离不开单片机的应用。在工业生产中，电流、电压、温度、流量等都是常用的被控参数。本文介绍了基于单片机的温度控制系统的硬件设计和软件开发的过程。本系统是利用温度传感器完成温度测量，利用调理电路得出温度与电压的关系，采用AD0809转换、AT89C51单片机完成温度值的转换、分析、输出以及报警处理。整个系统具有测温、报警、温度控制及显示功能。关键词：调理电路温度传感器A/D转换单片机驱动显示报警电子系统综合设计报告第3页共28页目录摘要.............................................................2关键词............................................................21引言..............................................................42系统设计..........................................................42.1总体方案设计：................................................43单元模块设计......................................................63.1各单元模块功能及电路图........................................63.1.1信号调理电路..............................................63.1.2A/D接口电路...............................................73.1.3显示电路..................................................83.1.4输出控制电路..............................................93.2电路参数的计算及元器件的选择.................................103.2.1温度T和电压U的关系.....................................103.2.2元器件的选择.............................................103.2.3特殊器件的介绍...........................................114软件设计.........................................................154.1软件设计仿真图...............................................154.2软件流程图...................................................154.2.1软件主程序流程图.........................................155系统测试.........................................................185.1系统功能.....................................................185.2主要技术指标及要求...........................................185.2.1系统指标参数及技术指标...................................185.2.2系统测试参数记录图.......................................186设计总结.........................................................206.1对设计的小结.................................................206.2对设计的收获和体会...........................................206.3设计的进一步完善.............................................217参考文献.........................................................21附录：.............................................................221系统原理图.....................................................222软件流程图.....................................................243总程序.........................................................24电子系统综合设计报告第4页共28页1引言电子技术的飞速发展，给人类生活带来了根本的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现的微型计算机，更是将人类社会带入了一个新时代。利用微机的强大功能，人们可以完成各种各样的控制。然而，微机的造价高，对于大多数的工业控制来说，并不需要为基本那样强大的功能，于是单片机应运而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的CPU、存储器、I/O接口、定时器、计数器等集成在一片芯片上就是单片机，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合与应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性和极高的性价比，在工业制、数据采集、智能化仪表、家用电器等方面得到极为广泛的应用。在现代工业设计，工程建设及日常生活中基于单片机的温度控制仪都起着重要的作用。温度控制仪广泛应用于工厂生产方面，同时也应用于酒店以及家庭生活中。向高精度的生产厂房，对温度的要求是极其严格，温度的变化极有可能对生产的产品造成极大的影响。因此，这就需要一种能够及时检测温度变化以及显示温度变化的设备，提供温度值，使人们对温度的变化做出及时调整，温度控制仪就可根据人们不同的应用环境自行设定温度值，及时反映生产、生活中的变化。2系统设计2.1总体方案设计：此次课程设计实验课题为ZJ2011-A温度控制仪设计。温度控制仪是利用单片机作为系统的主控制器，根据温度传感器测得的温度值，由软件查询判断是否达到编程设定的值，如果超过温度上限，启动风扇用以降低温度是温度值返回到阀值以下；如果温度值达到下限阀值，则启动加热炉用以增加温度是温度值返回阀值以上。本次温度检测和调整范围为10—90℃，温度控制的精度在3℃即可满电子系统综合设计报告第5页共28页足设计要求。根据指标选用通信性较好的AT89C51作为系统的主控芯片、ADC0809用来数模转换、再增加驱动芯片ULN2003A来放大单片机输出的电流、LED数码管显示电路、过温报警等辅助电路，通过软件编程设计可实现对室内的温度控制，而本次设计不需设计具体的加热及降温电路，只需检测向外围设备输出的温度的控制信号是否存在即可，所以分别用发光二极管和蜂鸣器模拟代替。根据系统要求，对每一个模块今夕你跟具体分析。整个控制系统氛围硬件电路设计和软件程序设计两部分。下图为此次温控仪电路原理图：图一简单化为下图：图二从上图可分析硬件电路主要包括：（1）温度传感器电路：温度T和电阻R的对应关系。设定输入单片机LED显示控制输出双向可控硅继电器控制对象风扇信号调理电路A/D采集电路加热丝传感器电子系统综合设计报告第6页共28页（2）信号调理电路：温度T和电压V的对应关系。（3）A/D采集电路:启动、等待、采集数据。（4）单片机电路：最小系统。（5）键盘及显示电路：键盘数据输入和温度显示。（6）输出控制电路：I/O驱动、继电器、指示灯、负载。整个系统的控制电路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的指令来控制相关执行电路，是系统的核心。软件程序主要由管理程序和控制程序组成，是设计的核心部分。其中管理程序是对LED显示的作用，控制指示灯，执行中断服务程序等。控制程序是用来对被控对象进行采样、数据处理、根据温度控制要求进行计算和输出。整篇报告的主要内容包括：单片机AT89C51的结构和原理、温度控制仪的硬件设计和软件设计、硬件电路板的设计等。3单元模块设计3.1各单元模块功能及电路图3.1.1信号调理电路（1）信号调理电路电路图如下：说明：信号调理电路有桥式电路和集成运放减法器构成，u0输出接至AD0808的0电子系统综合设计报告第7页共28页通道。因为当XBYTE[0x7FF8]=0启动AD转换。（2）信号调理电路的功能：将温度T和电阻R的对应关系转化为温度T和电压V的对应关系，且T和V呈正比例关系。最后利用温度与输出电压的关系通过单片机作用输出，LED显示温度。3.1.2A/D接口电路（1）A/D接口电路图如下：说明：P0:AD数据采集；P1：数码管段选信号（a,b,c,d,e,f,g，dp）;P2.7、RD：A/D数据输出容许信号OE；P2.7、WR：启动A/D；P2.4、2.5指示灯1，指示灯2；电子系统综合设计报告第8页共28页P3.0显示预警温度P2.0～P2.3：数码管位选信号（1,2,3,4）；INT0:键+INT1:键-（2）A/D接口电路功能：A/D接口电路主要是将模拟量转化为数字量，调理电路输出的电压为模拟量，通过A/D转换为数字量通过输给单片机的P0口。3.1.3显示电路（1）显示电路图如下：图三说明：单片机P1口输出P1.0-1.7对应段选abcdefgdp，本实验中需要通过驱电子系统综合设计报告第9页共28页动芯片ULN2003A放大单片机输出电流来驱动LED显示，单片机本身的输出电流是很小的，不足以使数码管显示出来。ULN2003A输入与单片机P2口四位相接，输出与显示管位选相接，同时在ULN2003A输出得接上拉电阻起保护作用。上电路图中为三极管放大电路，其作用与ULN2003A一样。（2）显示电路功能：显示电路主要是将单片机的输出值显示出来，单片机输出电压值就显示电压，输出温度就显示温度。3.1.4输出控制电路（1）控制电路图：图四说明：单片机一P3口输出定时方波作用于蜂鸣器。方波也同时通过三极管放大。（2）控制电路功能：控制电路的主要部分为继电器和二极管。通过继电器来控电子系统综合设计报告第10页共28页制哪个二极管的亮，当预置温度大于当前温度时，继电器打到绿灯亮，当预置温度小于当前温度，继电器打到红灯亮，此时单片机送来方波，蜂鸣器响报警。3.2电路参数的计算及元器件的选择3.2.1温度T和电压U的关系通过实际测量测出温度传感器电压U与温度T的关系：V=0.78,T=(V+0.72)/0.08;0.78V&&V=1.28,T=(s+0.83)/0.09+2;1.28V&&V=1.71,T=(s+1.06)/0.1+2;1.71V&&V=2.14,T=(s+0.8)/0.09+3;2.14V&&V=2.51,T=(s+0.5)/0.08+3;2.51V&&V=2.81,T=(s-0.23)/0.06+4;2.81V&&V=3.1,T=(s-0.26)/0.06+6;3.1V&&V=3.37,T=(s-0.71)/0.05+6;3.37V&&V=