2021年度基于的温度控制系统大学设计

摘要

摘要:本设计是以一个纸盒为控制对象,以ATS51为控制系统关键,经过单片机系统设计实现对箱子温度显示和控制功效。本温度控制系统是一个闭环反馈调整系统,由温度传感器LM35对纸盒温度进行检测,经A/D转换芯片得到对应温度值,将所得温度值和设定温度值相比较得到偏差。经过对偏差信号处理取得控制信号,去调整加热器通断,从而实现对保温箱温度控制。本文关键介绍了保温箱温度控制系统工作原理和设计方法,论文关键由三部分组成。①系统整体方案设计。②硬件设计,关键包含温度检测电路、A/D转换电路、显示电路、键盘设计和控制电路。③系统软件设计。

关键词: 单片机;传感器; 温度检测

ATS51 as the control system core, through the SCM system design andimplementation of temperature control and display function. Thetemperature control system is a closed-loop feedback control system,which is composed of a temperature sensor LM35 temperature detection,through the A / D conversion chip corresponding temperature value,the temperature value and temperature value is compared with thatobtained deviation. Deviation through the signal processing controlsignal to control the on-off, heater, thus realizing the temperaturedisplay and control. This paper introduces the temperature controlsystem principle of work and the design method, the paper mainlyconsists of three parts. The system overall plan design. The hardwaredesign, including the temperature detection circuit, A / D conversioncircuit, display circuit, keyboard circuit design and control. Thesystem software design.
Key words: single chip microcomputer;sensor; temperature detection

目录

摘要.......................................................................................................................................................................1Abstract..................................................................................................................................................................1目录.......................................................................................................................................................................2第1章绪论............................................................................................................................................................3

1.2中国外研究情况和发展趋势.................................................................................................................3
1.1课题设计背景和目标.............................................................................................................................3

2.1系统设计方案.........................................................................................................................................6 2.2处理器ATS51..............................................................................................................................7 2.3温度传感器LM35.................................................................................................................................10 2.4ADC0808..............................................................................................................................................11 2.5数码管显示..........................................................................................................................................13 2.6控制电路...............................................................................................................................................15 2.7半导冷片.......................................................................................................................................16第3章系统软件仿真..........................................................................................................................................19
3.1keiluVision...........................................................................................................................................19 3.2程序设计...............................................................................................................................................20

3.3proteus软件介绍...................................................................................................................................233.4仿真......................................................................................................................................................27第4章PCB板制作...............................................................................................................................................294.1 Protel DXP软件介绍...........................................................................................................................294.2原理图...................................................................................................................................................334.3PCB板图...............................................................................................................................................344.4实物图...................................................................................................................................................35结论.....................................................................................................................................................................37致谢.....................................................................................................................................................................38参考文件.............................................................................................................................................................39

第1章绪论

1.1课题设计背景和目标
在现代化工业生产中电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量全部是常见关键被控参数。温度作为一个基础物理量,它是一个和大家生活环境、生产活动亲密相关关键物理量。在现代化工业生产过程中温度作为一个常见关键被控参数,在很多生产过程中我们需要对温度参数进行检测。比如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等很多领域中, 大家全部需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行检测。

采取单片机来对温度进行控制,不仅含有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,

而且能够大幅度提升被控温度技术指标,从而能够大大提升产品质量和数量。

所以单片机对温度控制问题是一个工业生产中常常会碰到问题。

51系列单片机和多种外围电路组成单片机温度自动检测和控制系统,

经过此次设计掌握温度检测控制系统硬件设计方法和软件编写方法。

熟悉Protel软件使用方法。经过课题研究深入巩固所学知识,同时学习课程以外相关知识,

培养综合应用知识能力。锻炼动手能力和实际工作能力,将所学理论和实践结合起来。

1.2中国外研究情况和发展趋势

伴随中国外工业日益发展,温度检测技术也有了不停进步。

温度测量系统关键由两部分组成,一部分是传感器,它将温度信号转换为电信号。

另一部分是电子装置,它关键完成对信号接收、处理、对测点进行控制、

温度显示等功效。对应于不一样温度段及测量精度要求,测温装置也不尽相同,

现在 温度 检 测 技 术原 理很 多 ,

大致包含以下多个:(1)物体热胀冷缩原理(2)热电效应(3)热阻效应(4)利热辐射原理。

双金属开关等)即使有着各自不可替换优点,但因为本身因自热效应影响了测量精度,从而制

约了它们在微型化高端电子产品中应用。和之相比较,半导体温度传感器含有灵敏度高、

体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等很多优点,不管是电压、

℃)全部和温度成线性关系,适合在集成电路系统中应用。

现在,半导体温度传感器工作温度范围还限于-50～150℃。

未来关键研究方向将是怎样扩大它温度适用范围,和智能化、网络化等方面。

多个新检测原理和技术开发应用己取得了含有实用性重大进展。

新一代温度检测元件正在不停出现和完善化,关键包含以下多个。

(1)晶体管温度检测元件(2)集成电路温度检测元件(3)核磁共振温度检测器(4)热噪声温度检

测器(5)石英晶体温度检测器(6)光纤温度检测器(7)激光温度检测器。

温度测量首先是由温度传感器来实现。测温仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。

温度测量过程就是经过温度传感器将被测对象温度值转换成电或其它形式信号,传输给信

号处理电路进行信号处理转换成温度值显示出来。

温度传感器伴随温度改变而引发改变物理参数有:膨胀、电阻、电容、

热电动势,磁性能、频率、光学特征及热噪声等等。

伴随生产发展,新型温度传感器还会不停出现,现在,中国外通用温度传感器及测温仪大致有

以下多个:热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、

石英温度传感器测温仪。

1.3温度检测关键方法

传感器输出电压或电流和温度在一定范围呈线性关系。经过放大,采样得到被测量。

另一个温度测量方法是使用热电偶,其测量精度较高,但测试过程复杂,测量时间长,

而且采取电桥测量系统抗干扰能力较差,误差较大。

伴随集成电路技术快速发展新型数字化温度传感器其精度、稳定性、

可靠性及抗干扰能力全部优于模拟温度传感器。数字温度传感器也越来越到广泛应用。

温度检测方法依据敏感元件和被测介质接触是否,

接触式检测方法关键包含基于物体受热体积膨胀性质膨胀式温度检测仪表;

基于 热电 效 应 热 电偶 温度 检测 仪 表 。

非接触式检测方法是利用物体热辐射特征和温度之间对应关系,对物体温度进行检测,

关键有亮度法、全辐射法和比色法等。接触式测温是使测温敏感元件和被测介质接触,

当被测介质和感温元件达成热平衡时,感温元件和被测介质温度相等。

这类传感器结构简单、性能可靠、精度高、稳定性好、价格低、应用十分广泛,所以,

本方案采取接触式测温法,选择相关类型传感器。

由单片机组成温度测控系统,经过在单片机外部添加多种接口电路,

可组成单片机最小系统,用以实现对温度控制对象温度显示和控制。

同时也能依据实际情况实现多路巡回检测、数据处理、

报警及统计,对各个参数以一定周期进行检验和测量,检测结果经计算机处理后再进行显示

、打印和报警,以提醒操作人员注意或直接用于生产控制。

1.4课题设计关键内容

本 温 度 控 制 系 统 是 一个闭环反馈控 制 系 统 ,

它用温度传感器将检测到温度信号经A／D转换后送入单片机中进行数据处理并显示目前

温度值, 用目前 温 值 进 行 比 较 。

经过

系统功效由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分关键完成主机电路、数据采集电路、

键盘显示电路、控制实施等电路设计。软件程序编写关键用来实现对温度检测、

LED显示、继电器控制等数据处理功效。

第2章系统总体方案设计

2.1系统设计方案

它用温度传感器将检测到温度信号经A／D转换后送入单片机中进行数据处理并显示目前

依据比较结果得到控制信号用以控制继电器通断,实现对加热器控制。

本课题设计内容关键包含硬件设计和软件设计两部分。

系统功效由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分关键完成主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制实施等电路设计。软件程序编写关键用来实现对温度检测、

标度转换、LED显示、继电器控制等数据处理功效。

经过温度传感器将采集温度信号转换成和之相对应电信号,送入A/D转换器进行A/D转换,

将模拟信号转换成数字信号送入到控制芯片进行数据处理。经过在芯片外围添加显示、

控制等外围电路来实现对保温箱温度实时检测和控制功效。

本系统功效由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分关键完成传感器信号采集处理,

信息显示等;软件关键完成对采集温度信号进行处理及显示控制等功效。

温控电路由传感器电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路、

传感器电路将感受到温度信号以电压形式输出到输入到A/D采样电路, 由

A/D转 换 器 将 数 字量 值 送 给 单片 机 系 统 ,

单片机系统依据设计温度要求判定是否需要接通加温电路或降温电路。

当温度量值低于设定值时,使加温电路接通, 降温电路停止工作。

2.2处理器ATS51

ATS51芯片ATS51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytes ISP(In-system programmable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器,

51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位处理器和ISPFlash存放单元,
器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造,兼容标准MCS-

关键性能特点 1、4k Bytes Flash片内程序存放器;
2、 128 bytes随机存取数据存放器（RAM）;
3、 32个外部双向输入/输出（I/O）口;
4、 5个中止优先级、2层中止嵌套中止;
5、6个中止源;
6、2个16位可编程定时器/计数器;
7、 2个全双工串行通信口;
8、看门狗（WDT）电路;
9、片内振荡器和时钟电路;

12、三级程序存放器保密锁定;
13、可编程串行通道;
14、低功耗闲置和掉电模式。

管脚说明

GND: 电源地。

P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器,它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必需被拉高。

P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。

P2口: P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。

并所以作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时,P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存放器进行读写时,P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,因为外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。

P3口除了作为一般I/O口,还有第二功效:
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中止0）
P3.3/INT1（外部中止1） P3.4T0（T0定时器外部计数输入）
P3.7 /RD（外部数据存放器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。

I/O口作为输入口时有两种工作方法,即所谓读端口和读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器内容读入到内部总线,

只有读端口时才真正地把外部数据读入到内部总线。C51P0、P1、P2、P3口作为输入时全部是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口全部还有其它功效。 RST:复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期高电平时间。

ALE/PROG: 地址锁存许可/编程脉冲信号端。当访问外部存放器时,

地址锁存许可输出电平用于锁存地址低位字节。在FLASH编程期间,

此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是:每当用作外部数据存放器时,将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在实施MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁,置位无效。

PSEN:外部程序存放器选通信号,低电平有效。在由外部程序存放器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时,这两次有效/PSEN信号将不出现。

EA/VPP: 外部程序存放器访问许可。当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存放器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存放器。注意加密方法1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存放器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器输入端。

下载程序 ATSXX系列单片机实现了ISP下载功效,故而替换了CXX系列下载方法,也是因为这么,ATMEL企业已经停止生产CXX系列单片机,现在市面上ATCXX多是停产前库存产品。

2.3温度传感器LM35

LM35温度传感器
LM35 是NS企业生产集成电路温度传感器系列产品之一,它含有很高工作精度和较宽线性工作范围,该器件输出电压和摄氏温度线性成百分比。所以,从使用角度来说, LM35 和用开尔文标准线性温度传感器相比更有优越之处, LM35

?工作电流:小于133μA
?输出电压:+6V～-1.0V
?输出阻抗:1mA 负载时0.1?;
?精度:0.5℃精度（在+25℃时）;
?漏泄电流:小于60?A;
?百分比因数:线性+10.0mV/℃;
?非线性值:±1/4℃;
?校准方法:直接用摄氏温度校准;
?封装:TO-46、TO-92、SO-8;
?使用温度范围:-55～+150℃额定范围。

引脚介绍:
①正电源Vcc;②输出;③输出地/电源地。

2.4ADC0808

ADC0808是采样分辨率为8位、以逐次迫近原理进行模/数转换器件。其内部有一个8通道多路开关,它能够依据地址码锁存译码后信号,只选通8路模拟输入信号中一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809简化版本,功效基础相同。通常在硬件仿真时采取ADC0808进行A/D转换,实际使用时采取ADC0809进行A/D转换。

1.ADC0808管脚图

2.内部结构
ADC0808是CMOS单片型逐次迫近式A/D转换器,它有8路模拟开关、地址锁存和译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。

3.引脚功效（外部特征）
ADC0808芯片有28条引脚,采取双列直插式封装,如上图所表示。各引脚功效以下:

22（ALE）:地址锁存许可信号,输入,高电平有效。

输入一个正脉冲（最少100ns宽）使其开启（脉冲上升沿使0809复位,下降沿开启A/D转换）。

7（EOC）: A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

9（OE）:数据输出许可信号,输入,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。

10（CLK）:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于0KHZ。

12（VREF（+））和16（VREF（-））:参考电压输入端11（Vcc）:主电源输入端。

5.极限参数
电源电压（Vcc）:6.5V

功耗（T=+25℃）:875mW

引线焊接温度:①气相焊接（60s）:215℃;②红外焊接(15s):220℃

抗静电强度:400V

6.输出端注意

out7为最低位-out0为最高位,out7-out0分别接单片机P0.0到P0.7端。

2.5数码管显示

数码管相关内容

四位数码管是一个半导体发光器件,其基础单元是发光二极管。

能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,

八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）;

共阳数码管是指将全部发光二极管阳极接到一起形成公共阳极(COM)数码管。
按发光二极管单元连接方法分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阴数码管是指将全部发光二极管阴极接到一起形成公共阴极(COM)数码管。