基于单片机的干燥箱温度监测系统(编辑修改稿)

基于单片机的干燥箱温度监测系统(编辑修改稿)内容摘要：

用的温度控制方式，监测工具多采用舷窗上的水银温度计，再结合人工加温或降温处理。 其并没有真正意义上的控制系统以及执行流程。 产能被严重限制且无意义的浪费大量劳动力，不适合现代化的工厂工业生产的装配。 自动控制。 利用早 期晶体管和单片机技术，对设备内温度进行自动数据监测记录并控制各操作环节。 但是这个时期的自动控制不能够有机的相结合，每个系统各自为营都需要相应的人工操作，虽能有效的记录并保持设备运行，但不利于大规模的生产装配以及中央集中控制。 智能化控制。 智能化控制技术是指整套控制设备完全由计算机操作，根据事先设定程序进行完全自动运行，并能通过集中的中央控制室对各类设备进行统一调控，实现干燥设备的生产运行的自动化管理。 【 2】 单片机温度监测系统主要研究的内容 本设计在设计单片机系统上主要有如下几方面的工 作： 确定系统的总体功能设计方案。 进行智能传感器的硬件电路设计。 进行软件端的程序调控。 根据上述软硬件的设计与调控制作出实际模型。 对设计内容整体进行系统阐述。 本文将信息采集技术、信息存储技术、信息传输技术和信息处理技术等问题互相融合，提出一套切实可行的温度监测控制系统，能够进行全方面的自动记录、存储、处理和读取的功能。 东华理工大学长江学院毕业设计 单片机温度监测控制系统总体设计 4 2 单片机温度监测控制系统总体设计 单片机温度监测系统的功能需求分析 本次设计来源于温度干燥系统，如图 图 由于设备 主要用于各类生鲜和中药材的干燥，因此不能产生过高的温度，否则将导致被干燥物的各项特性发生改变而失去应有的价值。 同时，由于高压电的存在，箱体必须密封，且不能随意开箱，因此对于所需设计的监测器材需满足下列条件： 实现在密闭环境中的温度监测与控制。 实现超限数据的实时报警功能。 实现温度调节功能。 实现温度调节后的报警解除功能。 通过设计使监测设备具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰性并且具有实时显示功能。 温度测量范围： 0℃ —100℃。 温度测量精度：177。 1℃。 单片机温度监测控制系统的设计原则 要 求本设计系统具有如下几个特点： 系统的可靠性 高度的可靠性是单片机应用的基本前提。 在系统设计的每一个环节中，都应该将可靠性作为首要的设计标准。 提高系统的可靠性通常可以从如下几个方面进行：使用可靠性高的元器件、对供电电路采用抗干扰措施、设计电路板时布线合理、输入输出端的抗干扰措施要完善、进行软硬件的滤波功能设计、系统的自我诊断等。 使用的便捷性 在系统的软硬件设计过程中，应当充分考虑实际操作过程中的使用便捷和维护方便，尽量减少对操作人员的要求，使整套系统能够方便的进行推广。 因此在设计时 ，要尽可能的减少人机交互接口（体现在工程按钮的数量方面），多采用系统内置的简化方法。 同时应配有自动的故障检测程序，一旦发生使用错误能够有效的提供错误信息，方便维修排查。 设备的性价比 东华理工大学长江学院毕业设计 单片机温度监测控制系统总体设计 5 由于单片机系统正是由于其体积小，价格低，是著名的低功耗，单芯片微型计算机系统，可广泛使用，价格是一个主要的因素，因此保持最佳成本效益的设计必须考虑的。 在设计过程中，尽可能地降低成本，简化外围硬件电路，例如在系统允许的情况下，尽可能使用软件而不是硬件功能等。 设备的可移植性 本次的设计仅围绕在干燥箱内的温度监测而 进行，但在单片机系统的开发上，因同时兼顾系统的可移植性。 温度监测体系不仅仅局限于干燥领域，在其他许多行业中都有着举足轻重的地位，因此，还需要考虑增加通用接口使设备具有良好的可移植性。 单片机温度监测系统的组成 本监测系统以单片机控制为核心，主体采用温度测量，通过通讯传输、误差修正都技术支持，以温度传感器为中心元件，构成整套的温度检测控制系统。 整套系统可分为温度监测电路、 A/D 转换电路、滤波电路、显示电路和蜂鸣报警电路，具体如图。 图 硬件结构示意图 经过筛选，硬件确定选择 DS18B20 传感器作为本系统的温度监测探头，选择单片机STC189C52 作为系统核心来完成各项工作。 DS18B20 是数字型温度传感器，功能上集成量大，可以省却采样电路、运放电路和 A/D 转换电路的铺设，简化设计流程，缩短系统的运行时间，降低整套系统的工作成本。 软件方面单片机采用汇编和 C 语言混合编程， LED 显示部分采用 C 语言。 运行过程如图 所示。 东华理工大学长江学院毕业设计 单片机温度监测控制系统总体设计 6 图 运行结构示意图 东华理工大学长江学院毕业设计 系统的硬件设计 7 3 系统的硬件设计 单片机的设计 单片机的选择 如今单片机技术发展的已相对成熟，应用非常广泛，国内外许多 SOC 集成电路厂商都推出了各自的单片机系统模块。 在如此庞大的单片机库中， MSC51 系列单片机是一套比较成熟和简洁的系统，其以卓越的性能、成熟的技术、稳重的可靠性和低廉的价格等优点，占据了很大一部分工业控制和自动化模块的芯片市场，成为国内外单片机实际应用与研究教学领域中的主流选择。 单片机的出现意味着计算机开始向通用型计算机系统和嵌入式计算机系统两个不同的方向发展。 通用型计算机系统主要运用于高数据量的运算处理和大规模集中运行，不需要考虑各方面的控制功能，其总线带宽也在不断倍增，从面世的 8 位一直发展到如今的 3 64 位，且 128 位系统也在研究中，预计数年内即将面世。 其典型代表即为现在的桌面 windows 操作系统和对应的 X64 处理器。 嵌入式操作系统则在不断的发展中，演变为体积极小、成本低廉和可靠性高的微处理系统，其广泛应用于日用电器、类人机械、控制仪表、工业控制单元、办公自动化和网络通讯产品中，成为现代电子设备内最为重要的芯片模组。 因此，单片机的面世极大的促进了现代计算机技术的发展。 考察各类型单片机系统后，由于 MSC 系列单片机集成了几近全部的中央处理单元和控制单元，其处理能力强，也集成了各类方便灵活的专用寄存器，使 我们利用单片机构造系统提供了极大的便利。 MSX 系列单片机将微型计算机的主要部件全部封装为一块处理芯片，减少各模块间数据的传输距离，增大传输带宽，使系统运行速度更快，可靠性更高以及更为强大的抗干扰性。 在 MSC 系列中， MSC51 单片机是其一个典型代表，有着价格便宜、 I/O 交互接口多、程序空间大等特点。 因此，在本次设计中， 51 单片机便是最为理想可靠的选择。 MSC51 单片机在国内外都得到广泛的使用，开发环境相对成熟且要求也较低，软件资源丰富，对应的开发工具和语言选择也有极大的便利，因此，经过多重分析后，本次设 计最终选择的单片机模块是基于 MSC51 系列的 STC189C52 单片机。 【 2】 单片机最小系统的设计 由于目前的单片机开发系统受到环境的限制，目前基于 PC 端只能够进行相对简单的仿真单片机设计，没有给用户提供一个完善的通用最小系统。 根据本设计的要求，只东华理工大学长江学院毕业设计 系统的硬件设计 8 需要做一个集成度非常小的最小系统应用在一些较小的控制单元中。 其应用特点为： 内部 I/O 接口均对用户开放，可以自由使用。 内部存储器的容量受限（根据选择只有 4096B 地址空间可用） 应用系统开发具有非通用性。 图 STC189C52 单片机最 小系统图 C52 最小系统框图如图 所示，设计有 4 个双向 8 位并行 I / O 端口，分别为 和 ， ， ，其中可以用来作为数据输入或输出端的接口为 ，以提供附加功能的一部分控制信号。 芯片的时钟电路，用于产生 MSC 51 单片微型计算机的工作时必须拥有的时钟信号，内部电路的时钟信号的控制的基础上，严格按照顺序指令操作。 MSC 一个高增益的反向放大器 51 内的微控制器芯片，使用振荡电路的组合物，为芯片引脚 XTAL1 和 XTAL2 输出端的反向高增益放大器的输入。 两个引脚之 间需要跳线和微调石英晶体振荡器电路，形成一个稳定的自激振荡器。 精细调谐电路的电容器 C1 和 C2，通常使用 30 pF 的电容，电容值的选择将影响自激振荡频率的高和低，振荡器的稳定性和快速性振动。 由设定，晶体振荡器的频率为 12 MHz。 把 EA 脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在 PC 值超过 0FFFH（ 4096byte地址范围）时，将自动执行外部程序存储器内的程序。 MCS52 的复位是由外部的复位电路来实现。 用最简单的外部按钮复位电路。 自动复位按钮实现通过一个外部复位电路。 我们选择 12 MHz 时钟频率， C1 取 45181。 f。 东华理工大学长江学院毕业设计 系统的硬件设计 9 温度传感器的设计 温度传感器的类型和原理 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个： 传统的分立式温度传感器 (含敏感元件 )。 模拟集成温度传感器 /控制器。 智能温度传感器。 传统分立式传感器由于技术限制已无参考价值，故不做讨论。 模拟集成传感器，其技术特点是采用硅半导体，问世的时间大约在 20 世纪 80 年代，它被设置在一个集成芯片的温度传感器，可以完成温度测量和模拟信号输出功能，拥有专业的输出 IC。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测 量温度），测温误差小，价格低，响应速度快，传输距离长，体积小，低功耗等，适合远距离测温，温度控制，非线性校正，仅需要做一个简单的外围电路。 这是目前在国内和国外最常用的，例如典型的传感器 AD590， AD592， TMP17， LM135 等。 模拟集成温度控制器主要包括温控开关，可编程温度控制器，典型产品有 LM56，AD22105 和 MAX6509。 某些增强型集成温度控制器（如 TC652/653）包括 A / D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。 但它由微处理器控制的，它们之间的主要区别是其自 己的系统里，不受外部控制。 智能温度传感器（也称为数字温度传感器）问世于 90 年代中期。 它是微电子技术，计算机技术和自动测试技术（ ATE）的结晶。 目前，世界上已开发出多种智能温度传感器系列产品。 智能温度传感器内部包含温度传感器， A/ D 转换器，信号处理器，存储器（或寄存器）和接口电路。 某些产品与多路选择器，中央控制器（ CPU），随机存取存储器（ RAM）和只读存储器（ ROM）。 智能温度传感器的特点是能输出温度数据和温度控制有关，适配各种微控制器（ MCU）。 而且它是在硬件的基础上，通过软件来实现的功能测试，其智 能程度还依赖于软件的发展水平。 目前，国际上新的温度传感器趋势是从模拟过渡到数字，向一体化迅速发展的智能化和网络化的方向迈进。 智能温度传感器 DS18B20 是朝着高精度，多功能，总线标准化，高可靠性和安全性，开发虚拟传感器和网络传感器，单片测温系统等高科技快速发展的发展方向。 因此，智能温度传感器 DS18B20 作为温度测量装置在人们的日常生活和工农业生产中有着广泛的应用。 各类 温度传感器的方案 行业常用的接触式温度传感器有三种类型，即：热电偶，热敏电阻和温度传感器集成电路。 温度传感器的每一种都有其独 特的温度测量范围，有自己的适用的温度环境，而不是一个温度传感器兼具所有用途：热电偶测量温度和热电阻的测量线性最优范围最东华理工大学长江学院毕业设计 系统的硬件设计 10 广的普及，热敏电阻具有最高的测量精度。 第一类、热电偶 （ 1） 测温原理 : 两种不同的导体（称为热电偶丝或热电极）两端结合成回路，当结合点的温度不一致时，在电路中产生电动势，这种现象称为热电效应，这种电动势称为热电电动势。 热电偶是在使用温度测量的原理，它直接用于测量介质的温度被称为结束时的工作端（也称为测量端），另一端称为冷端补偿（也被称为端）。 冷端连接到显示仪表中，示出热电偶的热电产生的电动势通过 查询热电偶分度表，可以测量介质的温度。 （ 2） 测温范围： 一般的热电偶可以测量的范围是从 60~+1500℃ ，而一些经过特殊处理的专用热电偶可以测到的最低温度达到 269℃ ，最高可达到 +3000℃。 （ 3） 常用热电偶型号： （ 4） 实例： T型热。