基于单片机的水温控制系统的研究与设计毕业答辩

实现
软件设计-显示流程图

图 4.5 为系统的显示流程图。主要 是通过对传输过来的信号进行显示 后，给操作者提供提示。已达到为 本系统提供对温度的显示和监控的硬件和软件两方面来讲述对温度的自动控制过程,在控制过程中主要应 用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器，和通过 DS18B20数字温度传 感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过七位数码管显示实时温 度的一种数字温度计。软件方面采用汇编语言来进行程序设计，使指令的执行 速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构， 使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。 最后,对系统功能和性能进行了考核和评估，结果表明系统的准确度和精确度较 现有仪器有较大提高。
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软件设计-计算温度子程序

计算温度子程序将RAM中读取值进 行BCD码的转换运算[9]，并进行温 度值正负的判定，其程序流程图如 图
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软件设计-按键流程图

图 4.4 为系统的按键流程图。主要 是通过人为的对外部按键的控制来 调节系统的温度，从而实现系统对 温度的手动和自动控制。
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总结
•本系统能够实现单片机的温度控制系统的设计，在控制过程中主要应用 AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器，而主要是通过 DS18B20数字温 度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过四位数码管显示实 时温度的一种数字温度计。这些单片机的功能都为我们实现电路提供了非常有 利的条件，同时也为开发环境友好，易用，方便，大大加快本系统设计开发。 键盘的使用，是操作更为简洁，易懂，方便，迅速。本制作的设计中使用了继 电器控制的只是插座电路，因此，该系统的可扩展性很强，随着插入插座的电 器不同，可以实现许多其他功能的电路。本设计的单片机温度控制系统结构简 单、测温准确，具有一定的实际使用价值。该智能温度控制器只是DS18B20数字 温度传感器在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如 可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短息的方式发送给用 户能够随时对温度进行控制。 •以AT89C51为核心的水温控制系统,相比传统温度控制器，有明显的改变.不仅 能实现温度数据的测量与控制，还能在一定的范围内采集监控水温，提高了控 制精度的可靠性和稳定性。同时具有较好的快速性，报警，七段数码管显示等 功能并且价格低廉，具有很高的工程应用价值和现实意义。
论文题目： 基于单片机的水温控 制系统的研究与设计
指导老师： 张老师 学生姓名： 学号：
论文提纲
现状
框架 实现 创新 总结 致谢 参考文献
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现状
课题的背景及其意义

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。
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实现
硬件设计

温度采样单元
。
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实现
硬件设计

控制温度 单片机是集成了中央处理部件，存储器、定时器和各种输入输出设 备等接口部件。具有集成度高，功能强、速度快、体积小、功耗小、 使用方便、价格便宜等优点，在工业生产中，电流、电压、温度、压 力流量和开关量都是常用的被控参数。其中，温度控制也越来越重要。 在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反 应炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制方便、简 单、灵活。而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大 的提高产品的质量和数量。
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实现
硬件设计

温度采样部分 温度采样单元用于采集被控制对象的温度采集参数，它由温度 电压转换，小信号放大及A/D转换三部分组成，其中将温度转化为电 量的温度电压转换由温度传感器——热敏电阻实现，A/D转换选择模 数转换器ADC0809将采集的温度模拟信号转换为8255能处理的二进制 数字信号。 ADC0809是位A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转 换的。ADC0809由单+5V电源供电；片内带有锁存功能的8路模拟多路 开关，可对8路0～5V的输入模拟电压分时进行转换，完成一次转换约 需100µS；片内具有多路开关的地址译码器和锁存器、高阻抗斩波器、 稳定的比较器，256电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。
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软件设计-温度控制器的软件设计

高级语言是面向问题和计算过程的语言 [7]，它可通过于各种不同的 计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系 统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令， 于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，而 MCS—52指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具 有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与 本系统的应用要求很适合。而且 MCS—52 指令系统有丰富的位操作 （或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这 是MCS—52指令系统主要的优点之一[8]。对于要求反应灵敏与控制及 时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电 脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易 于使用的特点。
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现状
课题的背景及其意义

目前国内温度监控系统的研究正在飞速的发展，被广泛用于工农业生产、 科学研究和生活等领域等方面，但对温度要求比较严格的场合，我国的 设备根本无法胜任,更提供不了具有建设性的、有价值决策的数据。而 国际上新型温度监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。另一方面智能温度监控器正朝着低功耗、智能化、高精 度、安全性及研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
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AT89C51系列单片机工作原理的研究
•AT89C51及80C51系列引脚功能 单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚[6]。 ⒈ 电源 ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V； ⑵ VSS - 接地端； •⒉ 时钟 XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 •⒊ 控制线：控制线共有4根 ⑴ ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址； ② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 ⑵ PSEN：外ROM读选通信号。
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现状
课题研究现状


温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温 度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设 定好的曲线进行变化。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在 某一数值上，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某一给定值。 20世纪80年代开始，国外在单回路PID控制器中引入了参数整定和自适 应控制理论，PID控制理论从此进入了高速发展阶段。 目前国内温控仪表的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距， 它们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温控仪 在全量程范围内温度控制精度低，自适应性较差。这种不足的原因是多 方面造成的，如针对不同的温控对象，由于控制算法的不足而导致控制 精度不稳定等。
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AT89C51系列单片机工作原理的研究
AT89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。其与80C51引脚结构基本相同，其逻 辑引脚图如图2.1所示。
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硬件设计


本设计采用按键作为输入控制，通过温度多采样单元采集温度信息， 经过LM324放大器放大及ADC0809数模转换器将其转换，由主机 AT89C51进行处理并将实际温度值和设定温度值分别显示在共阳极数 码显示管LED上。 电子探温技术已经应用到气象温度监测领域，其测得的温度数据输入 微机进行统计处理及保存。如果根据事先设定参数对测得数据进行实 时运算处理，根据其结果控制应用设备，就可以实现对应用设备的温 度监控。气象探温设备等专业仪器都使用感温探头、转换电路和 A/D 转换器，测量精度高、速度快，但成本较高。本文采用电容充电电路， 仅需要两个外部元件即可测出温度，无须转换电路、放大电路、A/D 转换器，采用单片机技术完成运算处理，降低了成本，电路简单，稳 定可靠，功耗小，特别适合于电池供电。接入交流接触器，就可以控 制取暖风机，电加热器、空调等设备，适用于农业、养殖、大型超市、 商场、宾馆、办公等一般性低精度要求的温度控制。如对精度要求较 高，只需将电阻、电容测温电路换成感温探头，并添加转换电路及 A/D转换器。
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框架
实现

AT89C51系列单片机工作原理的研究

硬件设计
软件设计

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AT89C51系列单片机工作原理的研究
•AT89C51及80C51系列基本组成及特性
AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压， 高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。而在众多的51系列单片机中， 要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为 它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是 FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦 除、改写。而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大 缩短。