基于8051单片机的温度控制系统

基于8051单片机的温度控制系统

姓名：尹刘军

学号： B

日期： 2014年5月13

摘要 (1)

第一章概述 (2)

课题研究的背景 (2)

温度控制系统需求分析 (2)

温度控制的应用现状分析 (2)

单片机的发展现状 (3)

第2章基于8051的温控系统总体设计 (4)

系统设计任务 (4)

系统性能要求 (4)

系统硬件方面 (4)

系统软件方面 (4)

第3章基于8051的温控系统硬件设计 (4)

单片机8051接口电路设计 (5)

8155并行接口芯片简介及在设计中的应用 (5)

LED显示和键盘输入电路 (5)

信号处理电路 (5)

滤波电路的设计 (6)

温度控制电路 (6)

A/D转换电路 (7)

信号放大电路 (7)

过零检测 (7)

硬件抗干扰措施 (8)

第四章总结及结论 (9)

参考文献 (10)

计算机行业兴起的几十年里，在国民经济中起到了主导作用。作为微型计算机的一个重要分支，单片机的发展迅速，应用范围口趋扩大，重要程度也逐渐提高。特别是在工业测控、智能仪表、机电一体化产品、家电等方面尤为突出。

本设计以微处理器为中心，设计、调试一个温度控制系统，实现温度的智能控制。论文介绍了以单片机8os1为核心的用于测量温度的控制系统的整体设计(包括硬件部分)。MCS-5l单片机具有结构体系完整、指令系统功能完善和内部寄存器的规范化等特色，在中国市场上一直是主流芯片。学习与掌握它的应用将为今后的工作和学习打下良好的基础。而接口技术在其中起着沟通外围设备与中央处理器的桥梁作用。正是接口技术的使用使计算机广泛应用于社会生产部门的各个领域。

系统的主要设计目的是对温度的自动控制。系统能通过PN结温度传感器和8位A/D转换器对温度进行实时检测和转换，然后送入CPU与预设值比较，通过可控硅对温度调节，实现其闭环控制。其中键盘可以实现人机交互，四位LED

显示可显示温度值。系统功能主要有信息采集、数据处理、输出控制。能对0°到100 °范围内的各种加热炉的温度进行精密测量，最终以显示器直接显示被控对象的温度值，稳定可靠，显示清晰，准确度高，使用方便。

本文详细介绍了该系统硬件部分各个接口电路的工作原理和电路原理图的设计，总体设计方案本着实用性强、性价比较高、易于扩展的指导思想进行设计。运用温度传感器采集温度，通过转换、处理与设定值进行比较，输出控制脉冲，从而改变可控硅的导通时间，达到调温的目的。同时，系统还可通过人机交互输入预置值并对温度进行显示。

第一章概述

课题研究的背景

工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于单片机STC89C52温度控制系统的设计，通过本次课程实践，我们更加的明确了单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。

随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本文采用单片机STC89C52设计了温度实时测量及控制系统。单片机STC89C52 能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶屏上实时显示，通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示出来。系统可以根据时钟存储相关的数据。

温度控制系统需求分析

温度是生活中非常重要的物理量之一。自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在国民经济各部门，如电力、化工、机械、冶金、农业等，温度检测与控制是十分重要的。

温度控制作为工业控制领域的控制对象，尤其是对液体、气体温度的测量，对炉温以及化学、物理变化过程中温度的控制都有重要的作用，温度控制精度、控制的灵活性、简单性会直接影响到设备的运行效率。检测温度的传感器元件很多。但随着微处理器技术的口益普及，智能化温度控制系统在工业中的应用越来越广泛。本设计以微处理器为中心，设计、调试一个温度控制系统，实现温度的智能控制，对于综合运用所学过的硬件设计知识，以及口后进行其它类似的智能仪器的设计、开发是大有裨益的，对于工业控制领域的智能化发展也是必要的。

下面就温度控制领域应用现状、单片机发展进行详细介绍。

温度控制的应用现状分析

温度控制的主要应用：

当前，温度控制在冶金、化工、检测等工业领域得到广泛应用。在实际生产中，为保证化学反应的顺利进行，需将各种原材料需要一个固定的温度进入到反应室。例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现。所以广泛应用于诸多领域，提高产品的功能和质量的同时，又降低了成本，简化了设计。随着智能化控制的产生和发展，温度控制将更好的服务于社会。

温度控制系统主要控制方法：

如采用单一的机械或人工的方法。其缺点是功能少大、控制精度不高，加工出的产品的质量和稳定性差，但是具有成本低，工作可靠的优点。因此仅仅能应用于一些对控制要求不高的场合。

采用计算机芯片的智能化控制方式。它具有精度高、易操作的优点。主要应用于精密加工和控制等领域。

本系统就是利用计算机芯片智能化，进行对温度的控制。目前智能化系统主

要以单片机芯片为核心。

随着各种不同类型的计算机、单片机和电子元件的不断推出，使控制系统、智能化仪表的总体设计随之发生变化，像过程控制系统的控制核心由早期的8048单片机发展到二十世纪九十年代推出的八位单片机2051, 8951及现在的PIC十六位、三十二位功能越来越强大的单片。80年代以来，Intel公司的MCS-51系列单片机在8位市场上占有的份额最大，达50%以上，配套的开发系统完备、可靠。由于其较高的性能价格比，它己是我国在工业检测、控制领域的首选机型。

单片机的发展现状

单片机的概况

单片微型计算机以极高的性能价格比，(简称单片机)作为微型计算机的一个分支，自70年代问世以来，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很快。

广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。

单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，己深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中，具有以下特点：

1：小巧灵活、成本低、易于产品化。

2：可靠性好，适应温度范围广。

3：易扩展，控制功能强。单片机的逻辑功能很强。

4：可以很方便的实现多机和分布式控制。

单片机的应用

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴:

智能仪器：单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(电压表、功率计，示波器，各种分析仪)。

工业控制：单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵活和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等

家用电器：现在的家用电器广泛采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。

网络和通信：现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到口常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

医用设备领域:单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。