本科毕业设计--基于arm单片机的温湿度监测系统的设计.doc
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1、题目:基于单片机的温度控制系统的设计摘 要近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及具体应用对象特点的软件结合,以作完善。本文从硬件和软件两方面来讲述水温自动控制过程,在控制过程中主要应用AT89C51、ADC0809、LED显示器、LM324比较器,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。软件方面采用汇编语言来进行程序设计
2、,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。而系统的过程则是:首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值,并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟-数字转换,再将转换后的数字量用数码管进行显示,最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热,直到能在规定的温度下恒温加热。关键词:单片机系统;传感器;数据采集;模数转换器;温度ABSTRACTIn recent years, with the computer penetration in the
3、social field, the application of SCM is to keep at the same time, traditional control testing update on Crescent benefits. In real-time detection and automatic control system of single-chip applications, often as a single-chip core component to use only single-chip is not enough knowledge, but also
4、the specific hardware structure and the specific features of application software objects combine to make perfect. In this paper, both hardware and software for automatic control of water temperature on the process, in the control of the main application of the process of AT89C51, ADC0809, LED displ
5、ay, LM324 comparator, but mainly through the digital temperature sensor DS18B20 collecting ambient temperature to single-chip microcomputer as the core control components, and through four real-time digital display of a digital thermometer temperature. Software using assembly language for programmin
6、g, so that the implementation of Directive speed, to save storage space. In order to facilitate the expansion and changes to the design of modular software structure, so that the logic of the relationship between program design more concise,Hardware software co-operation under the control of it.And
7、systematic process is: First of all, by setting the button, set the thermostat temperature at the time of operation, and digital display of the temperature. Then, in the running temperature of the process of sampling analog into the A / D converter in the simulation - digital converter, and then con
8、verted digital control with digital display, the last single-chip microcomputer to control the heater used for heating or stop heating until the temperature in the provisions under the constant temperature heating.Key words:Single-chip microcomputer system ;Sensor;Data Acquisition;ADC;Temperature目 录
9、第一章 绪论11.1 课题的背景及研究意义11.2 国外研究状况及趋势2第二章 工作原理及方案设计32.1 温度测量部分方案32.2 主控制部分方案4第三章 各单元的设计103.1 键盘单元103.2 温度控制及超温和超温警报单元113.3 温度测试单元123.4 温度控制器件电路123.5 七段数码管显示单元133.6接口通信单元14第四章 电源输入部分16第五章 程序设计175.1程序结构分析175.2主程序185.3程序代码(详见附录 程序清单)18第六章 测试分析19第七章 结论20参考文献21致 谢22附录23天津大学网络教育学院本科生毕业设计(论文)第一章 绪论温度控制系统广泛应用
10、于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20,因其
11、内部集成了A/D转换器,使得电路结构更加简单,而且减少了温度测量转换时的精度损失,使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信,大大减少了接线的麻烦,使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化,更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接,故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头,探入到狭小的地方,增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。1.1 课题的背景及研究意义二十一世纪是科技高速发展的信息时代,电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛,伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度测量。因此温
12、度一词在生产生活之中出现的频率日益增多,与之相对应的,温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语,同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中,利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中,用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。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
13、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。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。但温度是一个模拟量,如果采用适当的技术和元件,将模拟的温度量转化为数字量虽不困难,但电路较复杂,成本较高。1.2 国外研究状况及趋势设施农业是世界各国用以提供新鲜农产品、弥补季节性农产品短缺的主要技术措施。目前,荷兰、以色列、美国、日本等设施农业发达的国
14、家,在设施农业环境调控、肥水管理、品种选育等方面进行了全面深入的研究,具有技术成套、设施设备完善、生产比较规范,产量稳定、质量保证性强等特点,可以根据动植物生长的最适宜生态条件,在现代化设施农业内进行四季恒定的环境自动控制,而不受气候条件的影响,实现了周年生产、均衡上市,并向高度自动化、智能化和网络化方向发展,形成较为完整的摆脱自然的全新设施农业技术体系。荷兰玻璃温室在世界上数量最多,设施也最先进,集成化工业技术在设施农业中被广泛应用,计算机可对设施内温、光、水、气、肥等环境因子进行全面自动监测与调控。以色列在温室设备材料、种植技术及养殖品种方面堪称世界一流,在设施灌溉技术方面居世界领先地位。
15、美国的温室多为连栋温室,其高压雾化降温、加湿系统及湿帘降温系统世界领先。日本是世界上果树设施栽培面积最大、技术最先进的国家,也是世界上最先采用工业成套设备从事鱼类养殖的国家之一,其先进的温室配套设施和综合环境调控技术居世界先进行列,通过计算机可将温度、湿度、二氧化碳浓度、肥料等控制在最适合植物生长发育的水平上,产后清选、分级、包装、预冷等作业自动化或半自动化程度较高。国外设施农业以高投入、高产出、高效益及可持续发展为特征,且以传统农业前所未有的高生产率创造高的经济效益。目前,发达国家研究的总体趋势是实现设施内部环境因素(如温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等)的调控由过去单因素控制向利用环境计算机
16、进行多因子动态控制的发展;温室环境控制和作物栽培管理向智能化、网络化方向发展,而且温室产业向节约能源、低成本的地区转移,节能技术成为研究的重点。第二章 工作原理及方案设计温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度,单片机 AT89S51 获取采集的温度值,经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值,再根据当前设定的温度上下限值,通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时,单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ,当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。 当由于环境温度变化太剧
17、烈或由于加热或降温设备出现故障,或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候,单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据,以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。如图2-1工作原理:PC机加热器继电器2DS18B20 温度芯片数据传输键盘电路MAX232电平转换芯片 片AT89S518BIT CPU数据显示超温报警输入电源压缩制冷器继电器1 N图2-1工作原理2.1 温度测量部分方案DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点
18、,特别适合用于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号(按9位二进制数字)给单片机处理,且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片,它具有三引脚TO-92小体积封装形式,温度测量范围55125,可编程为912位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入,业可采用寄生电源方式产生,多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上,CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上,在本系统中我采用温
19、度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件,且此元件线形较好。在0100摄氏度时,最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号,便于单片机处理及控制。图3-1温度芯片DS18B202.2 主控制部分方案AT89S51 是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功
20、能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或
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