基于Proteus的多路溫度測控系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計方案題目基于Proteus的多路溫 度測控系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院 自動化與電氣工程 專 業(yè) 自動化 班 級 1001 學(xué) 生 XXXXXXX 學(xué) 號 XXXXXXXXXXX 扌指導(dǎo)教師 XXXXXX 二O—四年三月三^一日學(xué)院 自動化與電氣工程 專業(yè) 自動化 學(xué)生 XXXXXXX 學(xué)號 XXXXXXXXXXX 設(shè)計題目 基于Proteus的多路溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 一、選題背景與意義課題背景及研究意義隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式， 女口：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)所使用的加熱器件是電爐絲， 功率為三千瓦，要求溫度在4001000C。靜態(tài)控制精度為2.43C。本設(shè)計使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。國內(nèi)外現(xiàn)狀溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WT0,我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroller)，是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器， 從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是 INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展， 單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的 8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1美元，最高端的型號也只有 10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用， 大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。二、設(shè)計內(nèi)容本課題的研究重點(diǎn)是設(shè)計一種基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計控制系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主要工作如下：溫度測試基本范圍0C—100C。精度誤差小于1C。LED液晶顯示?？梢栽O(shè)定溫度的上下限報警功能。實現(xiàn)報警提示。數(shù)字溫度計采用溫度敏感元件也就是溫度傳感 器(如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等)，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān) 系，一定的曲線關(guān) 系等，這個電信號可 以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件 計算將這個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系 起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過顯示單元， 如LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計的 基本測溫功能。本文是基于AT89S51單片機(jī)，采用數(shù)字溫 度傳感器DS18B20，利用DS18B20不需要

包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路,A/D轉(zhuǎn)換，課直接進(jìn)行溫度采集顯 示，報警的數(shù)字溫度計設(shè)計。包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路,溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等組成。三、設(shè)計方案采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89C52構(gòu)成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機(jī)連接。這樣 ，測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也不大。采用51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89C52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用， 編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。該系統(tǒng)利用AT89C52芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計中加入時鐘芯片DS1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間， 并可以利用AT24C16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計算機(jī)的RS232接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。利用溫度傳感器DS18B20可以直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報警。同時處理后的數(shù)據(jù)送到 LCD中顯示。本課題以是單片機(jī)為核心設(shè)計的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等組成。系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、時鐘振蕩、 LCD顯示、溫度傳感器組成。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)基本方框圖四、參考文獻(xiàn)閻石著?數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）?北京:高等教育出版社,2006.李全利，仲偉峰，徐軍著?單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)社，2006.TOC\o"1-5"\h\z何立民著.單片機(jī)高級教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2000.郭天祥.51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008;56-389⑸楊帆.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,2010;15-168⑹劉文濤.VisualBasic+Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)與實例[M]?北京：清華大學(xué)出版社， 2006:89-256.楊路明著.C語言程序設(shè)計教程（第2版）.北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2005.馬忠梅，籍順心，張凱等著.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第4版）.北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2007.白駒珩，雷曉平著?單片計算機(jī)及其應(yīng)用?成都：電子科技大學(xué)出版社， 1997.譚浩強(qiáng)著?程序設(shè)計與開發(fā)技術(shù)?北京：清華大學(xué)出版社， 1991.鐘富昭著.8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計與應(yīng)用.北京：人民郵電出版，2007.于永，戴佳，常江著.51單片機(jī)C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計實例精講 .北京：電子工業(yè)出版社，2007.梁翎著.C語言程序設(shè)計實用技巧與程序?qū)嵗?.上海：上?？破粘霭嫔?，1998.LiWei-di,GuoQiang.ApplicationtechnologyofLCDdisplays.ChinaPublishingHouseofElectronicsIndustry,2000.SuKai,LiuQing-guo,ChenGuo-ping.PrincipleanddesignofMCS-51Single-chipmicroprocessor.MetallurgicalIndustryPress,2003.15.omasC.Bartee.ComputerArchitectureandLogicDesign[J].McGraw-HillInc.1991.9GJiangMZhang,XXie,SLi.ApplicationontemperaturecontrolofDS18B2[J].ControlEngineer