

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文檔簡介
1、<p> 電氣工程課程設(shè)計報告</p><p> 題目:工廠自動溫度檢測控制系統(tǒng)</p><p> 系 別 電 氣 工 程 系 </p><p> 適用班級 電氣12級 </p><p> 指導(dǎo)教師 </p><p>
2、; 時 間 </p><p> 學(xué)生姓名 </p><p> 提交日期 </p><p><b> 摘要</b></p><p> 本設(shè)計是以51單片機作為控制核心的一種基于單片機的
3、工廠自動溫度檢測控制系統(tǒng),本系統(tǒng)設(shè)計采用LCD 1602液晶顯示屏作為輸出顯示模塊部分,DS18B20作為溫度采集模塊部分。該設(shè)計具有自動檢測環(huán)境溫度的功能,四個按鍵可以設(shè)置工廠車間的上限溫度和下限溫度。當(dāng)車間溫度超過設(shè)置溫度,系統(tǒng)會自動報警并且點亮報警燈,然后系統(tǒng)會自動啟動溫度處理模塊,對其溫度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。從而達(dá)到自動檢測控制的功能作用,為工廠提供了安全的工作環(huán)境。</p><p> 關(guān)鍵字:單片機; 溫度
4、; 控制</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘要I</b></p><p> 1.1 測溫元件的選擇1</p><p> 1.1.1 DS18B20數(shù)字溫度計1</p><p> 1.1.2 熱電偶測溫1</p>
5、<p> 1.1.3熱敏電阻測溫1</p><p> 1.2 顯示元件的選擇2</p><p> 1.2.1 液晶顯示2</p><p> 1.2.2數(shù)碼管顯示2</p><p> 第2章 系統(tǒng)原理圖設(shè)計及特點3</p><p> 2.1 整體系統(tǒng)設(shè)計3</p><
6、;p> 2.2系統(tǒng)與操作介紹4</p><p> 2.2.1檢測傳感器DS18B20工作狀態(tài)4</p><p> 2.2.2查看溫度報警值4</p><p> 2.2.3設(shè)定溫度報警值4</p><p> 2.2.4報警狀態(tài)顯示標(biāo)志4</p><p> 2.3系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖5</
7、p><p> 3.1 STC12系列單片機6</p><p> 3.2 DS18B20的介紹8</p><p> 3.2.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)8</p><p> 3.1.2 DS18B20測溫原理8</p><p> 第4章 系統(tǒng)模塊介紹10</p><p> 4.1
8、溫度檢測模塊10</p><p> 4.2 LCD1602液晶模塊11</p><p> 4.3電源模塊12</p><p> 4.4報警模塊13</p><p> 4.5處理控制模塊14</p><p> 4.6按鍵模塊15</p><p><b> 設(shè)計總結(jié)
9、16</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b> 附錄19</b></p><p><b> 方案選擇</b></p><p><b> 測溫元件的選擇</b></p><
10、p> 溫度的測量在當(dāng)今社會得到廣泛的運用,同時測溫元件也非常多,根據(jù)不同的應(yīng)用場合我們可以做出不同的選擇,首先介紹一下幾種測溫方式:</p><p> 1.1.1 DS18B20數(shù)字溫度計</p><p> DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire,即單總線器件,具有線路簡單,體積小的特點。另外它的測量溫度范圍在-55℃到+125℃之間,它是數(shù)字溫度計,分辨
11、率用戶可以從9位到12位選擇。因此用它組成一個測溫系統(tǒng),具有線路簡單,在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計,十分方便。</p><p> 1.1.2 熱電偶測溫</p><p> 電偶測溫原理是根據(jù)熱電效應(yīng)制成的一種測溫元件。它結(jié)構(gòu)簡單,堅固耐用,使用方便,精度高,測量范圍寬,便于遠(yuǎn)距離、多點、集中測量和自動控制,是應(yīng)用很廣泛的一種溫度計。如果取兩根不同材料的金屬導(dǎo)線A和B,將其兩
12、端焊在一起,這樣就組成了一個閉合回路。因為兩種不同金屬的自由電子密度不同,當(dāng)兩種金屬接觸時在兩種金屬的交界處,就會因電子密度不同而產(chǎn)生電子擴散,擴散結(jié)果在兩金屬接觸面兩側(cè)形成靜電場即接觸電勢差。這種接觸電勢差僅與兩金屬的材料和接觸點的溫度有關(guān),溫度愈高,金屬中自由電子就越活躍,致使接觸處所產(chǎn)生的電場強度增加,接觸面電動勢也相應(yīng)增高。由此可制成熱電偶測溫計。 </p><p> 1.1.3熱敏電阻測溫</p
13、><p> 熱敏電阻體是在錳、鎳、鈷、鐵、鋅、鈦、鎂等金屬的氧化物中分別加入其它化合物制成的。熱敏電阻和金屬導(dǎo)體的熱電阻不同,它是屬于半導(dǎo)體,具有負(fù)電阻溫度系數(shù),其電阻值是隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大,雖然溫度升高粒子的無規(guī)則運動加劇,引起自由電子遷移率略為下降,然而自由電子的數(shù)目隨溫度的升高而增加得更快,所以溫度升高其電阻值下降。</p><p> 根據(jù)這些,我選擇了DS18B
14、20做為溫度檢測的主要模塊器件。因為它線路簡單,操作起來方便。</p><p><b> 顯示元件的選擇</b></p><p> 1.2.1 液晶顯示</p><p> 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 線段的顯示:點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成,假設(shè)LCD顯示屏有64行,每行有128列,每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位,即每行由16
15、字節(jié),共16×8=128個點組成,屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng),每一字節(jié)H的16字節(jié)的內(nèi)容決定,當(dāng)(000H)=FFH時,則屏幕的左上角顯示一條短亮線,長度為8個點;當(dāng)(3FFH)=FFH時,則屏幕的右下角顯示一條短亮線;當(dāng)(000H)=FFH,(001H)=00H,(002H)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00F=00H,……(00EH)
16、=00H,(00FH)=00H時,則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。可以顯示英文,這樣更加方便反映了不同工作狀態(tài)下的工作狀態(tài)顯示。</p><p> 1.2.2數(shù)碼管顯示</p><p> 數(shù)碼管價格方便,可以顯示數(shù)字。可是無法顯示不同工作狀態(tài)的標(biāo)志,因此不夠清晰反映不同的工作狀態(tài)。</p><p> 根據(jù)以上內(nèi)容,我們選擇采用液晶作為顯示
17、部分。</p><p> 系統(tǒng)原理圖設(shè)計及特點</p><p> 2.1 整體系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 溫度只要在所設(shè)定的上下溫度界限內(nèi),就會在顯示設(shè)備中精確的顯示出來,如果溫度超過了所設(shè)定的溫度界限,就發(fā)出報警聲。能夠及時向溫度監(jiān)控人員發(fā)出溫度超限信息。便于溫控人員及時的調(diào)整與控制。另外此溫度控制器操作簡單,體積小,靈敏度高,精度高。其系統(tǒng)包含6大模塊。分
18、別是LCD液晶模塊、 按鍵模塊、處理控制模塊、報警模塊、電源模塊、溫度檢測模塊等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1-1所示。</p><p> 圖2-1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p> 2.2系統(tǒng)與操作介紹</p><p> 2.2.1檢測傳感器DS18B20工作狀態(tài)</p><p> 液晶顯示溫度控制器接通電源后,在工作正常情況下,液晶顯
19、示屏上第一行顯示信息為“DS18B20 OK”;第二行顯示為“TEMP:XX.X ℃”(實際溫度值)。若傳感器DS18B20 ERROR”;第二行顯示為“TEMP:---℃”.這時要檢查DS18B20是否連接好,如果連接沒問題,則需要更換一個新的DS18B20芯片。</p><p> 2.2.2查看溫度報警值</p><p> 按K1鍵,進(jìn)入查看溫度報警值狀態(tài),此時顯示屏第一行顯示為“
20、LOOK ALERT CODE”;第二行顯示“TH:0XX℃ TL:XX℃”.其中TH為高位報警值,TL為低位報警值。按K3鍵退出查看溫度報警狀態(tài)。</p><p> 2.2.3設(shè)定溫度報警值</p><p> 按K2鍵,進(jìn)入查看溫度報警值狀態(tài),此時顯示屏第一行顯示為“RESET ALERT CODE”;第二行顯示“TH:0XX℃ TL:XX℃”. </p><p&
21、gt; 此時的K1鍵為設(shè)定值加,減方式選擇鍵,默認(rèn)為減少。K2鍵為TH值設(shè)定鍵;K3鍵為TL值設(shè)定鍵;K4鍵為確定鍵,按此鍵退出設(shè)定狀態(tài)。</p><p> 2.2.4報警狀態(tài)顯示標(biāo)志</p><p> ?。?)當(dāng)實際溫度大于TH的設(shè)定值時,在顯示屏第二行上顯示符號為“℃>H”。此時關(guān)閉處理控制模塊,蜂鳴器響起,表示超溫。</p><p> ?。?)當(dāng)實際
22、溫度小于TL的設(shè)定值時,在顯示屏第二行上顯示符號為“℃<L”。此時蜂鳴器響起,表示加熱部分出現(xiàn)故障。</p><p> ?。?)當(dāng)實際溫度小于TH的設(shè)定值時,處理控制模塊,開始加熱,加熱的標(biāo)記為“!”。 </p><p> 2.3系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖</p><p> 本設(shè)計程序采用了匯編語言。通過對于溫度的采集以至最后系統(tǒng)根據(jù)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析做出處理
23、。其程序流程圖如圖2-3-1所示。</p><p> 圖2-2 整體工作流程圖</p><p> 第3章 部分器件的介紹</p><p> 3.1 STC12系列單片機</p><p> 1. STC12系列單片機為增強型 8051 芯片,1T,單時鐘/ 機器周期,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。2. 工作電壓: S
24、TC12C5410AD 系列工作電壓:5.5V - 3.8V(5V 單片機)/3.8V - 2.4V(3V 單片機)STC12C2052AD 系列工作電壓:5.5V - 3.4V(5V 單片機)/3.8V - 2.4V(3V 單片機,可到2V)3. 工作頻率范圍:0 - 35 MHz,相當(dāng)于普通8051 的 0~420MHz.實際工作頻率可達(dá)48MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K
25、 / 1K 字節(jié)5. 片上集成 512 字節(jié) RAM(STC12C5410AD 系列), STC12C2052AD 系列單片機為256 字節(jié)RAM6. 通用I/O 口(27/23/15 個),復(fù)位后為: 準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉(普通8051 傳統(tǒng)I/O 口)可設(shè)置成四種模式:準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉,推挽/ 強上拉,僅為輸入/ 高阻,開漏每個I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA,但整個芯片最大不得超過55mA7. ISP</p>
26、;<p> 本單片機相對在以前的51單片機上增加許多功能。本設(shè)計采用就是本系列單片機。其型號為STC12C5A32S2。</p><p> 3.2 DS18B20的介紹</p><p> 3.2.1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p> DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位激光ROM,溫度敏感元件,非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL
27、,高速暫存器。64位激光ROM是出廠前被光刻好的,它其中保存著該DS18B20的產(chǎn)品信息和產(chǎn)品系列編碼,可以看作是該DS18B20的地址序列號。單總線上所有DS18B20器件可以通過檢索器件的ROM中的內(nèi)容進(jìn)行識別。DS18B20的管腳排列如圖2所示。</p><p> 圖2 DS18B20管腳排列</p><p><b> 引腳功能如下:</b></p&g
28、t;<p> VDD:可選電源腳,電源電壓范圍3~5.5V。工作于寄生電源時,此引腳應(yīng)接地;</p><p> DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開路,常態(tài)下高電平。</p><p> 3.1.2 DS18B20測溫原理</p><p> DS18B20內(nèi)含兩個溫度系數(shù)不同的溫敏振蕩器,其中溫敏振蕩器1相當(dāng)于測溫元件,溫敏振蕩器2相當(dāng)于標(biāo)尺,通過不
29、斷比較兩個溫敏振蕩器的振蕩周期,得到兩個溫敏振蕩器在測量溫度下的振蕩頻率比值,根據(jù)頻率比值和溫度的對應(yīng)曲線,得到相應(yīng)的溫度值。其原理圖如圖3所示:</p><p> 圖3DS18B20測溫原理</p><p> 具體測溫過程如下:首先由預(yù)置器2將溫度寄存器預(yù)置為對應(yīng)于溫度下限(-55℃)的值。然后,由預(yù)置器1對計數(shù)器1也預(yù)置一個對應(yīng)于溫度下限(-55℃)的計數(shù)值,計數(shù)器1接收溫度振蕩器
30、1的輸出信號并進(jìn)行減法運算。計數(shù)器2接收溫敏振蕩器2的輸出信號得到實際溫度值并送給溫度寄存器作為比較標(biāo)尺。如果計數(shù)器1首先遞減到0,那么將向溫度寄存器輸出一個信號,溫度寄存器的值將增加一位,對應(yīng)溫度值增加一個分辨率的值(如分辨率為0.5℃時,對應(yīng)溫度值增加0.5℃),說明實測溫度高于-55℃。隨后,斜率累加器根據(jù)兩個溫敏振蕩器的溫度特性曲線計算出下一個溫度位置處計數(shù)器1的預(yù)置計數(shù)值,對計數(shù)器1再次進(jìn)行預(yù)置。計數(shù)器1和計數(shù)器2再次開始計數(shù)
31、。如果計數(shù)器2先于計數(shù)器1到達(dá)0,完成一次測溫。溫度寄存器中的值為測量所得的當(dāng)前溫度值。通過這個過程不僅完成了測溫,而且將完成了溫度值的數(shù)字化,省去了A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p> 第4章 系統(tǒng)模塊介紹</p><p><b> 4.1溫度檢測模塊</b></p><p> 本此設(shè)計選用的傳感器模塊是DS18B20芯片。DS18B20是
32、美國Dallas公司最新推出的一種單總線系統(tǒng)的數(shù)字溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同,它能夠直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式,可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單,可靠性更高。芯片的耗電量很小,從總線上“偷”一點電存儲在片內(nèi)的電容中就可正常工作,一般不用另加電源。最可貴的是這些芯片在檢測點已把被測信號數(shù)字化
33、了,因此在單總線上傳送的是數(shù)字信號,這使得系統(tǒng)的抗干擾性好、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)。</p><p><b> 該芯片有如下特點:</b></p><p> ?。?)單線接口,只有一根信號線與CPU 連接單總線器件,具有線路簡單,體積小的特點;</p><p> ?。?)不需要備份電源,可通過信號線供電,電源電壓范圍從3.3~5V;</p
34、><p> ?。?)傳送串行數(shù)據(jù),不需要外部元件;</p><p> ?。?)溫度測量范圍從-55℃~+125℃,-10~+85℃時測量精度為±0.5℃;</p><p> ?。?)通過編程可實現(xiàn)9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式(出廠時被設(shè)置為12 位);</p><p><b> ?。?)零功耗等待;</b><
35、/p><p> (7)現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫</p><p> 類消費電子產(chǎn)品等。其模塊圖如圖4-1-1所示</p><p> 圖4-1-1溫度檢測模塊</p><p> 4.2 LCD1602液晶模塊</p><
36、;p> 本設(shè)計采用是LCD1602液晶顯示,主要通過液晶來顯示溫度,該模塊把采集到的溫度顯示出來,通過液晶可以顯示系統(tǒng)各種工作狀態(tài)。生動形象反映系統(tǒng)工作狀態(tài)。其設(shè)計原理圖如圖3-2所示。</p><p> 圖3-2所示液晶顯示</p><p><b> 4.3電源模塊</b></p><p> 本電源模塊采用是外接電源,是從下載器
37、外引入電源。其中加入電源指示燈,便于識別電源是否正確接入。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-3-1所示。</p><p> 圖3-3-1電源模塊</p><p><b> 4.4報警模塊</b></p><p> 本設(shè)計采用軟件處理報警,利用有源蜂鳴器進(jìn)行報警輸出,采用直流供電。當(dāng)所測溫度超過或低于所預(yù)設(shè)的溫度值時,數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平,報警輸出。報警電路的
38、連接如圖3-4-1所示:</p><p> 圖3-4-1 報警電路</p><p><b> 4.5處理控制模塊</b></p><p> 本模塊是外接一個電機,并且有一個指示燈顯示。主要是用于對于溫度超過設(shè)置上下限值時,指示燈燈亮。就啟動了本處理模塊。對其溫度進(jìn)行改變。本模塊的結(jié)果框圖如圖3-5-1所示。</p><
39、p> 圖3-5-1處理控制模塊</p><p><b> 4.6按鍵模塊</b></p><p> 本模塊是系統(tǒng)設(shè)計的輸入部分,可以設(shè)置系統(tǒng)溫度的上限值和溫度的下限值和實現(xiàn)溫度的參考等功能。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-6-1所示。</p><p> 圖3-6-1按鍵模塊</p><p><b> 設(shè)計總結(jié)&
40、lt;/b></p><p> 通過本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,我大有收獲,在制作過程中,一定要注意的每個工作步驟的檢查,確保制作成功。比如在合理布線,檢查裝配無誤的情況下,如果還出現(xiàn)電路無輸出的情況,那么可以肯定是原理圖錯誤,這時就要回到原理圖進(jìn)行檢查??傮w的檢查順序應(yīng)該是原理圖、PCB圖、裝配情況、焊接工藝。從整體來說這是一個復(fù)雜的過程,要細(xì)心謹(jǐn)慎,沉著冷靜,反復(fù)檢查,直到找到原因為止。</p>
41、;<p> 這次單片機設(shè)計歷時至少一周,從一開始的確定課題,到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí),再有就是近來的調(diào)試和測試過程,這一切都使我的理論知識和動手能力進(jìn)一步得到頻率合成電路課題中包含了通信電路和單片機部分知識,可以說是對通信電路知識的一次全面綜合。在畫原理圖、PCB布線、安裝和調(diào)試過程中不可避免地遇到各種問題,這要求保持沉著冷靜,聯(lián)系書本理論知識積極地思考,實在解決不了可以請教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在制作過程中不可避免地遇
42、到很多問題,但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這些問題,實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設(shè)計與最后調(diào)試,相關(guān)指標(biāo)達(dá)到期望的要求,很好地完成了本次設(shè)計任務(wù)。</p><p> 經(jīng)過兩年的學(xué)習(xí)的積累,在已經(jīng)掌握相關(guān)專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下,我認(rèn)真嚴(yán)肅的完成了我的單片機課程設(shè)計。</p><p> 從得到題目到查找資料,從對題目的研究設(shè)定到PCB電路板的制作,從電路板的調(diào)試到失敗后再一次
43、全部重新開始……在這一個充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折,充滿熱情伴隨打擊的過程中,我感觸頗深,它已不僅是一個對我四年學(xué)習(xí)知識情況和我的應(yīng)用動手能力的檢驗,而且還是對我的鉆研精神,面對困難的心態(tài),做事的毅力和耐心的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做單片機的課程設(shè)計的意義所在,和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會有同樣的感觸。</p><p> 本課題的重點、難點是:</p><p> (1) 初步
44、接觸溫度傳感器,要對傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等各方面從頭開始琢磨;</p><p> (2) 考慮從非電量信號到電量信號的電路實現(xiàn)原理以及與單片機的接口;</p><p> ?。?) 熟悉拉RS-232-C串口編程的技術(shù);</p><p> ?。?) 考究調(diào)整電路的實現(xiàn)過程以及怎么樣通過單片機來間接的控制。</p><p> 通過做本課題
45、,我了解并掌握了傳感器的基本理論知識,更深入的掌握單片機的開發(fā)應(yīng)用和PC編程控制。為以后從事單片機軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、PC軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ),樹立獨立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心,并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]張國雄.《測控電路》.北京:機械工業(yè)出版社,2002.</p>&l
46、t;p> [2]李剛.《現(xiàn)代測控電路》.北京:高等教育出版社,2004.</p><p> [3]趙茂泰.《智能儀器原理及應(yīng)用》.北京:電子工業(yè)出版社,1999.</p><p> [4]季建華.《智能儀器原理、設(shè)計及調(diào)試》.上海:華東理工大學(xué)出版社,1995.</p><p> [5]施文康.《檢測技術(shù)》.北京:機械工業(yè)出版社,2002.</p
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51、echanic's Guide to Precision Measuring Tools》.</p><p> Motorbooks International,June 1,1999.</p><p><b> 附錄</b></p><p><b> 附錄1</b></p><p>
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