一、本課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義 |
1、研究主要內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對(duì)水箱溫度的顯示，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52單片機(jī)及LCD的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，而爐內(nèi)溫度控制部分，由DS18B20檢測(cè)爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單元作為最后檢測(cè)信號(hào)，并在LCD中顯示。控制器是用STC89C52單片機(jī)，用設(shè)定的算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出PWM控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫(xiě)及其溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而且不需要額外電源。同時(shí)DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試，溫度顯示，溫度門(mén)限設(shè)定，超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置等功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過(guò)一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對(duì)話部分來(lái)共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。 本文具體研究了如下幾方面： （1）水溫控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 主要包括STC89C52單片機(jī)、溫度傳感器模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊的硬件選擇及論證。 （2）水溫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 借助Keil C51開(kāi)發(fā)工具，以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了單片機(jī)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)與控制程序模塊、對(duì)溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進(jìn)行控制，鍵盤(pán)導(dǎo)入設(shè)定的溫度，使其與實(shí)際溫度進(jìn)行運(yùn)算并輸出。 （3）水溫控制系統(tǒng)的仿真 以Proteus為基礎(chǔ)，畫(huà)出電路圖加載各模塊，加載程序并模擬實(shí)際電路的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行仿真。 2、目的和意義 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐的溫度進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)節(jié)，因此需要一種合適的系統(tǒng)對(duì)其溫度進(jìn)行精確控制。由于單片機(jī)具有低功耗、高性能、可靠性好、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，因此采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅節(jié)約成本，控制方法靈活多樣，并且可以達(dá)到較高的控制精度，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，因此單片機(jī)被廣泛應(yīng)用在中小型控制系統(tǒng)中。 本論文以電阻爐為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。本溫度控制系統(tǒng)按功能分主要包括溫度傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、溫度顯示/設(shè)定模塊和溫度控制模塊。溫度傳感器采用了數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)返回給單片機(jī)。系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)電阻爐水溫進(jìn)行預(yù)設(shè)，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前爐內(nèi)溫度和預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行運(yùn)算，控制輸出寬度可調(diào)的PWM方波，并由此控制雙向可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而使水溫迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定不變。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，使系統(tǒng)功能模塊化并分別通過(guò)Proteus軟件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)功能后對(duì)硬件進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，并且反復(fù)論證、測(cè)試各器件參數(shù)以使其穩(wěn)定運(yùn)行，最終使得此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的恒溫控制。 |
二、文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)況和發(fā)展趨向） |
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 及時(shí)準(zhǔn)確地得到溫度信息并對(duì)其進(jìn)行適時(shí)的控制，在許多工業(yè)場(chǎng)合中都是重要的環(huán)節(jié)，水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，例如冶金、機(jī)械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對(duì)工件的水處理溫度要求嚴(yán)格控制。對(duì)于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個(gè)范圍。超過(guò)這個(gè)范圍，系統(tǒng)或許會(huì)停止運(yùn)行或遭受破壞，所以我們必須能實(shí)時(shí)獲取水溫變化。對(duì)于超過(guò)適宜范圍的溫度能夠報(bào)警。 單片機(jī)對(duì)溫度的控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制方法。從1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)，80年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)將微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口電路等集成在一個(gè)芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個(gè)小型化的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。采用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制，使得整個(gè)系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇研究水溫控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)進(jìn)行控制的水溫自動(dòng)控制電路，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，STC89C52單片機(jī)優(yōu)秀的實(shí)時(shí)控制功能、靈活的編程能力有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法，使系統(tǒng)具有控制精度高的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。不但能用于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其它一些研究課題的開(kāi)發(fā)，同樣能用于工廠多點(diǎn)溫度的控制，提高工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平。 |
三、擬采取的研究方法（方案、技術(shù)路線等）和可行性論證 |
1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 本論文以電阻爐為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。本溫度控制系統(tǒng)按功能分主要包括溫度傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、溫度顯示/設(shè)定模塊和溫度控制模塊。溫度傳感器采用了數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)返回給單片機(jī)。系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)電阻爐水溫進(jìn)行預(yù)設(shè)，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前爐內(nèi)溫度和預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行運(yùn)算，控制輸出寬度可調(diào)的PWM方波，并由此控制雙向可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而使水溫迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定不變。 2、設(shè)計(jì)（研究）思想 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對(duì)水箱溫度的顯示，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52單片機(jī)及LCD的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，而爐內(nèi)溫度控制部分，由DS18B20檢測(cè)爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單元作為最后檢測(cè)信號(hào)，并在LCD中顯示?？刂破魇怯肧TC89C52單片機(jī)，用設(shè)定的算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出PWM控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫(xiě)及其溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而且不需要額外電源。同時(shí)DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無(wú)需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試，溫度顯示，溫度門(mén)限設(shè)定，超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置等功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過(guò)一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對(duì)話部分來(lái)共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。 3、擬采用的技術(shù)方案 本文具體研究了如下幾方面： （1）水溫控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 主要包括STC89C52單片機(jī)、溫度傳感器模塊、溫度控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊的硬件選擇及論證。 （2）水溫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 借助Keil C51開(kāi)發(fā)工具，以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了單片機(jī)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)與控制程序模塊、對(duì)溫度傳感器模塊、顯示模塊、溫度控制模塊進(jìn)行控制，鍵盤(pán)導(dǎo)入設(shè)定的溫度，使其與實(shí)際溫度進(jìn)行運(yùn)算并輸出。 （3）水溫控制系統(tǒng)的仿真 以Proteus為基礎(chǔ)，畫(huà)出電路圖加載各模塊，加載程序并模擬實(shí)際電路的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行仿真。 可行性論證： 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 |
四、預(yù)期結(jié)果（或預(yù)計(jì)成果） |
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下： （1）能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，可用1602LCD液晶來(lái)顯示水的實(shí)際溫度。 （2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是30℃～90℃。 （3）用單片機(jī)STC89C52控制，通過(guò)按鍵來(lái)控制水溫的設(shè)定值，并保持恒定不變。 （4）誤差≤1℃。 |
五、研究進(jìn)度安排 |
2013.3.26-2013.3.28 畢業(yè)實(shí)習(xí)、文獻(xiàn)閱讀及開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě) 2013.3.29-2013.4.6 總體設(shè)計(jì)方案的確定 2013.4.7-2013.4.12 硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)并制作 2013.4.13-20132.4.20 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2013.4.21-2013.4.28 完成論文修改、定稿、打印、裝訂 2013.4.29-2013.5.10 答辯準(zhǔn)備 |
六、主要參考文獻(xiàn) |
【1】張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2010 【2】李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001 【3】王勇 .葉敦范.《基于AT89S51 的便攜式實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)儀》 【4】余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，1998 【5】楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，2006 【6】陳杰.黃鴻.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2010 【7】廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述［J］.電工技術(shù)，1999 【8】陳忠平．單片機(jī)原理及接口［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2007 【9】劉高潮.一種實(shí)用的多功能數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù), 2007 【10】韓志軍，劉新民．數(shù)字溫度傳感器DS18B20 及其應(yīng)用[J] ．南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003 |
七、審核意見(jiàn) |
指導(dǎo)教師對(duì)開(kāi)題的意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 |
院系審核意見(jiàn)： 審核人簽字： 年 月 日 |
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