基于单片机的温度控制系统设计毕业论文

摘 要

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。温度控制的发展引入单片机后，可以降低对某些硬件电路的要求。基于单片机的温度控制系统，可以实现对温度的精确控制。

本文以温室为研究对象，以AT89C51单片机为核心所实现的温度控制系统具有自动完成数据

采集、数据处理、数据转换控制、键盘终端处理及显示的功能。当实际温度低于设定值，PTC进行加热，反之PTC就停止加热。实际温度超上限或者低下限时，系统自动报警。温度控制采用的是双位控制，简单易行，在精度要求不是特别高的温室，可行度很高。

最后对系统进行调试并在PROTEUS里仿真，结果表明该系统原理可行。又在一个小空间进行试验，误差在1℃左右，结果符合预期。运行稳定、控制效果好、性价比高。 关键词：单片机，温度控制，DS18B20，温室

Abstract

Temperature is the physical quantity characterizing the temperature extent of objects; it is an important and general parameter in industrial and agricultural production process. Due to the universality of temperature measurement, the quantity of temperature sensor occupies first place among various sensors. It can lower the requirements of some circuits after introducing the development of temperature control into microcontroller unit. It can also achieve precise control of the temperature, based on the temperature control system of microcontroller unit.

In this article, greenhouse is the object of study. The temperature control system which takes AT89C51 as the core has the function of automatic complete data acquisition, data processing, data conversion control, keyboard terminal processing and display. When the actual temperature is below the set value, PTC starts heating, on the contrary, it stops heating. When the actual temperature exceeds the upper or lower limit, the system gives an alarm automatically. Temperature control is simple and easy with a dual position control. It is highly feasible in the greenhouse where the accuracy requirements are less strict.

The results shows the principle is available after debugging the system and simulating in Proteus, we also conducted the same trial in a smaller room, and the error is about 1℃, which is in line with expectations. The system is stable, easy to control and cost-effective.

Keyword: microcontroller unit, temperature control, DS18B20, greenhouse

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中国农业大学学士论文 目录

目 录

摘 要 .................................................................. I Abstract ............................................................... I 目 录 ................................................................ II 第一章 绪论 ............................................................ 1

1.1课题研究背景及意义 .............................................. 1 1.2国内外研究现状 .................................................. 1

1.2.1国外研究现状 ............................................... 1 1.2.2国内研究现状 ............................................... 1 1.2.3总的发展阶段 ............................................... 2 1.3课题研究的内容 .................................................. 2 第二章 硬件系统总体方案设计 ............................................ 3

2.1硬件系统总体设计方案一 .......................................... 3 2.2硬件系统总体设计方案二 .......................................... 4 2.3硬件系统的方案选择 .............................................. 4 第三章 控制系统硬件设计 ................................................ 6

3.1单片机 .......................................................... 6 3.2 数字温度计DS18B20 .............................................. 9

3.2.1 DS18S20数字温度计的主要特性 ............................... 9 3.3 4X4键盘 ........................................................ 9 3.4数码管 ......................................................... 10 3.5光电耦合器 ..................................................... 12 3.6 双向晶闸管 ..................................................... 13 3.7 PTC加热器 ..................................................... 14 3.8 反相器7406 .................................................... 15 3.9双四输入与门74LS21 ............................................. 16 3.9蜂鸣器 ......................................................... 16

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第四章 控制系统软件设计 ............................................... 17 4.1 主程序模块设计 ................................................. 17

4.1.1主程序流程图 .............................................. 17 4.2温度采集模块程序设计 ........................................... 18

4.2.1 DS18B20的时序 ............................................ 18 4.2.3 读温度子程序流程图 ....................................... 20 4.3温度设定模块程序设计 ........................................... 21

4.3.1中断服务子程序 ............................................ 21 4.3.2 键盘扫描子程序 ........................................... 21 4.4温度显示模块设计 ............................................... 23

4.4.1设定值显示子程序 .......................................... 23 4.4.2 实际值显示子程序 ......................................... 24 4.5温度控制模块设计 ............................................... 25

4.5.1双位控制算法设计 .......................................... 25 4.5.2温度控制子程序流程图 ...................................... 25 4.6报警模块程序设计 ............................................... 26 第五章 结果分析 ....................................................... 27

5.1 PROTEUS仿真 ................................................... 27

5.1.1 键盘设定温度仿真 ......................................... 27 5.1.2 温度采集仿真 ............................................. 28 5.1.3 整体仿真 ................................................. 28 5.2实际运行结果 ................................................... 29 第六章 总结与展望 ..................................................... 31

6.1总结 ........................................................... 31 6.2展望 ........................................................... 31 致 谢 ................................................................. 32 附录程序 .............................................................. 33 参考文献 .............................................................. 42

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中国农业大学学士论文 绪论

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。

温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的的升级产品。温度控制的发展引入单片机后，可以降低对某些硬件电路的要求，但依然需要重视测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给以充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。

基于单片机的温度控制系统，可以实现对温度的精确控制，使得在某些场合下人们对温度高低的要求得以实现。对人们的生产和生活影响巨大，比如，在我国的北方，冬天温度极低，但引入温室大棚后，冬天的时候人们也能吃到新鲜的蔬菜；钢铁厂里炼铁，对温度的要求更高，这就使得温度控制变得极为有意义，而在我们的日常生活中，空调让冬天不冷夏天不热，确实让我们感受到温度控制对我们生活质量的提高也有着极大的作用。总之，现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。990年代中期，智能温控仪问世，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温控器系列产品。智能温控器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器和接口电路。有的产品还有多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。 1.2.2国内研究现状

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国

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中国农业大学学士论文 绪论

家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。 1.2.3总的发展阶段

总的来说，温控器被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。近百年来，温控器的发展大致经历了三个阶段：1.模拟温度控制器；2.集成温度控制器；3.能温度控制器，目前，国际上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

1.3课题研究的内容

本文所要研究的课题是基于单片机的温度控制系统的设计，控制对象为温室，主要目标是实现温度的设定值显示、实际值实时测量及显示，温度超上限和低下限危险报警。单片机连接的温度调节装置由软件与硬件电路配合来实现温度实时控制，显示可由软件控制并在数码管中显示。比较采集到温度与设定值及上下限的大小，然后做出相应的反应，控制执行机构是否降温或升温，判断警报与否。

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