单片机控制温度加热系统设计毕业论文

单片机控制温度加热系统设

计毕业论文

目录

第一章绪论 (1)

1.1 课题的意义 (1)

1.2 国外研究状况和发展趋势 (1)

1.2.1温度检测技术简介 (1)

1.2.2温度检测技术的发展 (3)

1.3 课题的研究方案 (4)

1.3.1 课题的主要研究的容 (4)

1.3.2 用单片机实现其具体控制功能 (4)

第二章方案论证 (5)

2.1题目分析 (5)

2.2总体方案选择 (5)

2.2.1方案一热敏电阻加A/D (5)

2.2.2方案二数字传感器 (5)

2.3硬件电路方案的选择 (6)

2.3.1显示器的选择 (6)

2.3.2温度传感器的选择 (6)

2.3.3单片机的选择 (7)

2.3.4按键电路的设计 (7)

2.3.5固态继电器的选择 (8)

2.4软件方案选择 (10)

第三章硬件电路设计 (11)

3.1硬件系统框图 (11)

3.2 AT89C51功能简述 (11)

3.2.1 主要特性 (11)

3.2.2特性概述 (12)

3.2.3 芯片擦除 (12)

3.2.4 89C51管脚说明 (13)

3.3 EPROM2764功能简述 (15)

3.4 RAM6264功能简述 (16)

3.5 74LS373功能简述 (17)

3.6 温度传感器DS18B20的工作原理 (18)

3.6.1 DS18B20的概述 (18)

3.6.2 DS18B20的主要特性 (18)

3.6.3 DS18B20的工作过程 (19)

3.6.4 DS18B20的测温原理 (20)

3.6.5温度检测电路设计 (22)

3.7 时钟电路 (22)

3.8复位电路 (23)

3.9显示电路 (25)

3.9.1 移位寄存器芯片74LS164 (25)

3.9.2 七段LED数码管 (26)

3.10 加热主电路 (27)

3.11系统电源 (28)

3.12 报警电路 (28)

第四章 PID控制算法 (30)

4.1 控制算法PID的原理和特点 (30)

4.2 控制算法PID的优点 (31)

4.3 控制算法PID的参数整定 (33)

第五章软件系统流程图 (34)

5.1 主程序流程 (34)

5.2 DS18B20的度温度子程序流程 (35)

5.3 PID算法子程序 (36)

5.4 键盘程序 (37)

总结 (38)

致谢 (39)

参考文献 (40)

附录1：程序清单 (42)

附录2：系统原理图 (55)

第一章绪论

1.1 课题的意义

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，早期的温度控制主要用于工厂时间生产中，能起到实时采集温度数据，提高生产效率，产品质量之用。随着人们生活质量的提高，现代社会中的温度控制不仅应用在工厂生产方面也应用于酒店，厂房以及家庭生活中，在有些应用中，如高精度的生产厂房，对温度的要求极其严格，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温度变化的设备，提供温度数据值，使人们对温度的变化做及时的调整，多点温度控制可根据人们不同的应用环境自行设置该环境的温度值，及时反映生产，生活中温度变化使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示人们温度变化情况，协助人们能及时的调整，起到温度报警作用，使温度控制更好的服务于社会生产，生活。

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则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。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。

1.2 国外研究状况和发展趋势

1.2.1温度检测技术简介

一、随着国外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用围也较广泛，大致包括以下几种方法[1]：

1.利用物体热胀冷缩原理制成的温度计，利用此原理制成的温度计大致分成三大类。

（1）玻璃温度计，它是利用玻璃感温包的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的；

（2）双金属温度计，它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在上一起制成的双金属片作为感温元件，当温度变化时，一端固定的双金属片，由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度；

（3）压力式温度计，它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度变化，压力发生相应变化，用弹簧管压力表测出它的压力值，经换算得出被测物质的温度值。

2.利用热电效应技术制成的温度检测元件

利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量围宽、精度高、热惯性小等特点。

常用的热电偶有以下几种。

（1）镍铬-镍硅，型号为WRN，分度号为K，测温围0-900℃，短期可测1200℃。

（2）镍铬-康铜，型号为WRK，分度号为F，测温围0-600℃，短期可测800℃。

（3）铂铑-铂，型号为WRP，分度号为S，在1300℃以下的温度可长期使用，短期可测1600℃。

（4）铂铑30—铂铐6，型号为 WRR，分度号为B，测温围300-1600℃，短期可测1800℃。

3.利用热阻效应技术制成的温度计

用此技术制成的温度计大致可分成以下几种。

（1）电阻测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。目前常用的有铂热电阻(分度号为Pt100、Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50、Cu100两种)。（2）导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。

（3）陶瓷热敏元件，它的实质是利用半导体电阻的正温特性，用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。突变型PCT元件的温阻特性是当温度达到顶点时，它的阻值突然变大，有限流功能，多数用于保护电器。缓变型PCT元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大，起温度补偿作用。NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反，即随温度升高，它的阻值减小。

二、近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。

1.晶体管温度检测元件

半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大1~2个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。

2.核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸