基于单片机温度检测及散热系统设计本科毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机温度检测及散热系统设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

扇，使温度一直保持在我们所需要的值上，避免因为过热使机器损坏的情况，这就摆脱了人为控制，达到智能控制的层次。 在本次的设计中，我们综合实际的设计需求，采用 STC 公司的 51 单片机 作为本系统的控制核心，使用温度检测系统来检测环境温度，同时为了采集者的方便观察，将数据通过 LED 进行显示，我们使用键盘作为输入系统，可以输入我们的理想目标温度，根据目标设定温度，控制器控制风扇电机使之达到目标温度，当目标温度达到以后，控制器将停止电机转动，实现自动化控制，同时可减少电源浪费。 温度控制技术 的发展历史与现状 从近年来的温控系统发展来看，在理论上温度的检测已经比较成熟，但问题的关键在于实际测量和控制，在实际的实现中我们需要保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并且能 够对所采集的温度精准的调控，这些都是目前需要解决的问题。 温度的调控技术主要包括温度的采集技术和温度的控制技术。 在温度的测量技术史上，接触式测温是发展较早的，同时也是比较成熟的技术，接触式测温技术拥有一系列非常好的优点，例如方法简单可靠，经济成本低成都学院学士学位论文（设计） 廉，并且在测量真实物体的温度时较准确。 但是由于传感器器件的热惯性的影响，测量温度时的响应时间长，对于一些热容量较小的物体，接触式难以测得精准温度，并且如果测量物体带有腐蚀性，或物体温度过高，或物体的移动速度过快，使用接触式都难以准确的测量物体温度。 另外有一种非接 触式的测量温度的方法，该方法的原理是通过物体向外辐射的能量来测量实际物体的温度的，这种方法的最大优点是可以不破坏测量的温场，可以测量腐蚀性物体，可以测量高温物体，可以测量热容量小的物体，可以测量快速移动的一系列物体。 但同时这种方法也不是完美的，它也有一些缺点，此种测量系统的结构复杂，并且价格昂贵。 因此，在实际的温度测量时，我们不能草率的决定采用哪种温测系统，我们应该根据实际的温测需求来进行温度测量的方法的选择，在满足测温需求的同时尽可能降低成本。 温度调控技术目前根据控制目标标准可以分为两类：动态温度跟踪 与恒值温度控制。 动态温度跟踪是指温度控制系统根据设定好的目标温度曲线随着时间的变化而变化的调节目标温度，这种温度调控技术在实际的工程中是经常遇到的，例如在生物工程中的发酵问题，化学工厂中的化学反应中，以及在冶金工业中的温度控制都属于这一类；横值温度控制系统是指被控制的温度唯一固定值，不随着时间的变化而变化目标温度，同时要求温度的幅值波动要在一定的范围之内，不允许超过范围极限。 本文实现的技术 指 标和功能 温度测量及调控系统，利用红外温度传感器测量环境温度，将温度采集采集到控制系统内，控制器处理信息 数据， LED 显示温度，控制电机速度来进行降温，通过按键进行温度设定，进行智能温度控制。 本文的章节安排 本论文以五章来阐述自己所做的工作，其中各章节的大致安排如下： 第一章为绪论，主要介绍了课题的研究背景与意义、 温度测控 的发展历史和研究现状以及技术指标和功能。 第二章为系统的总体方案设计，介绍了系统应该完成的功能，概括了系统的设计思想，并给出系统的总体方案设计。 成都学院学士学位论文（设计） 第三章为系统硬件简介，主要说明了温度测控系统中涉及到的硬件原理。 第四章为系统软件设计 ,这是本文最重要的部分。 主要内容有温度采集，并进行温度显示，以及温度设置和温度调节等。 第五章为系统调试运行结果，主要展示了系统实现的整体功能。 成都学院学士学位论文（设计） 第二章 系统总体方案设计 虚拟信号发生器 功能简介 根据实际需要，本系统主要完成以下功能 : 利用红外温度传感器采集温度数据 通过 LED 进行温度显示 通过键盘进行温度设定 通过 PWM 驱动调节风扇，进行温 度控制 虚拟信号发生器 的总体方案设计 本设计的整体思路是：本系统以 51 单片机为控制核心，将红外温度传感器检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机进行处理，同时利用 LED 数码管进行温度的显示。 同时采用 PWM 脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。 并通过一个按键实现智能控制和固定转速切换。 系统结构框图如图 21 所示。 图 21 系统结构框图 本章小结 本章只是从总体的思路上进行 了一个大体的介绍，分析了其中每个部分的功能 温度显示 LED 按键温度设定 电动风扇调节温度 PWM 电机驱动 STC89C51RC 红外传感器温度采集 成都学院学士学位论文（设计） 作用，为今后的具体涉及做好了基本的框架，其中并没有涉及到过多的技术内容，下面将从硬件和软件两部分进行详细的介绍。 成都学院学士学位论文（设计） 第三章 系统硬件简介 系统硬件设计规划 温度传感器的选择 在本设计中，温度传感器的选择有以下四种方案： 方案一：将热敏电阻作为温度检测的核心，热敏电阻的阻值会随着物体温度的变化而变化，在经过信号通过功率放大器电路将信号放大，进而可产生较大的电压信号最后通过模数转换芯片 ADC0809 将电压 信号模拟量转化为数字信号输入单片机处理。 方案二：采用模拟式的集成温度传感器 LM35 作为温度检测的核心元件，经模数转换芯片 ADC0809 将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。 方案三：采用温度传感器 DS18B20 作为温度采集的核心器件，通过单片机与其进行串口通信可采集数字温度数据 方案四：采用红外温度传感器 TN901,通过串口通信可以采集温度数据。 对于方案一，采用热敏电阻作为温度检测元件，有价格便宜，元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不太敏感，在信号采集、放大以及转换的过程中还会产生失 真和误差，并且由于热敏电阻的 RT 关系的非线性，其自身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路来修正，但这不仅将使电路变得更加复杂，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。 故该方案不适合本系统。 对于方案二，虽然模拟式集成温度传感器 LM35 的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，但由于其检测温度结果以电压形式输出，需要使用数模转换芯片 ADC0809 转换为数字信号，此过程较为繁琐。 并且由于 LM35 对温度变化产生的电压变化较小，系统易受干扰。 故该方案不 适合本系统。 对于方案三，虽然数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化，通过串口可以采集到数字量数据，但如果将 DS18B20 应用在高精端仪器的温度采集，并且对温度调节的实时性较高的系统中， DS18B20 温度传感器的性能就无法达到设计的要求。 因此该方案不适合本次系统设计。 成都学院学士学位论文（设计） 对于方案四，特点 TNm 红外温度计模块采用高灵敏度、高精度、的功耗的设计，保证了采用的优良特性。 MEMS 热电堆可以准确的测量出环境温度，采用温度补偿技术在 TNm 红外温度计模块 上。 ZyTemp 开发出独有的集成了所有硬件的集成电 路的组成了红外片上系统。 应用该创造 性的红外片上系统（ SoC）技术， TNm 红外温度模块具有很高的集成度和性价比。 ZyTemp39。 s 的产品可以承受 10℃ 的热冲击。 我们的产品擅长在宽范围温度变化环境中保 持精度。 例如：传统的红外测温仪温度变化带来的误差达到 ℃ ，需要 30 分钟的稳定 时间；而 ZyTemp39。 s TNm 产品误差仅仅是 ℃ ，仅需要 7 分钟的稳定时间 .TNm 产品只需要 3 伏电源供电，而多数其他红外温度计需要 9 伏电压供电 ZyTemp 保证温度标准溯源倒 NIST 或者国际测 量实验室 . 所有的 TNm 产品经过溯源 的红外温度标准源校准，校准的数据和产品的序列号保存在模块上 EEPROM 内。 红外温度传感器 TN901 的温度测量范围大，精确度高，响应时间快，抗干扰能力强，并且 TN901 属于数字量信号传感器，可以通过 SPI 串口采集出数据信号，避免了 A/D 转换部分，因此本次系统设计采用红外温度传感器 TN901。 图 31 为红外温度传感器 TN901 的最小单元模块。 图 31 TN901 最小单元模块 控制核心的选择 在本设计中采用 STC89C51RC 单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其 I/O 口输出控制信号。 STC89C51RC 单片机工作电压低，性能高，片内含 8k 字节的只读程序存储器 ROM 和 512 字节的随机数据存储器 RAM，它兼容标准的 MCS51 指令系统，性价比高，适合本设计系统。 温度显示器件的选择 在本次设计中温度显示器的选择方案共有两套，分别是： 方案一：应用动态扫描的方式，采用 LED 共阴极数码管显示温度。 方案二：采用 LCD 液晶显示屏显示 温度。 成都学院学士学位论文（设计） 对于方案一，该方案成本很低，显示温度明确醒目，即使在黑暗空间也能清楚看见，功耗极低，同时温度显示程序的编写也相对简单，因而这种显示方式得到了广泛应用。 但不足的地方是它采用动态扫描的显示方式，各个 LED 数码管是逐个点亮的，因此会产生闪烁，但由于人眼的视觉暂留时间为 20MS，故当数码管扫描周期小于这个时间时人眼不会感觉到闪烁，因此只要描频率设置得当即可采用该方案。 对于方案二，液晶显示屏具有显示字符优美，其不仅能显示数字还能显示字符甚至图形，这是 LED 数码管无法比拟的。 但是液晶显示模块的元件价格昂贵 ，显示驱动程序的编写也较复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。 调速方式的选择 方案一：采用数模转换芯片 DAC0832 来控制，由单片机根据当前环境温度值输出相应数字量到 DAC0832 中，再由 DAC0832 产生相应模拟信号控制晶闸管的导通角，从而通过无级调速电路实现风扇电机转速的自动调节。 方案二：采用单片机软件编。