数字温度自动控制系统毕业设计
摘要
随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。阐述了以AT89C2051单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。主要组成部分：AT89C2051单片机、温度传感器、显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。而且设有大功率驱动电路。测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，大幅提高了被控温度的技术指标。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测与温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。
关键词：温度自动控制;AT89C2051;DS18B20
目录
绪论 (2)
第1章系统总体设计 (3)
1.1系统设计任务与要求 (3)
1.1.1系统设计任务与要求 (3)
1.1.2重点研究容 (3)
1.1.3实现途径及方法 (4)
1.2系统总体方案设计 (4)
第2章系统硬件各功能模块的设计 (6)
2.1主控模块的设计 (6)
2.1.1单片机的选择 (6)
2.1.2 温度传感器的选择 (8)
2.1.3复位和时钟电路的设计 (12)
2.1.4 温度采集电路 (13)
2.2人机接口设计 (14)
2.2.1键盘的设计 (14)
2.2.2显示电路的设计 (14)
第3章软件设计 (18)
3.1主程序模块 (18)
3.2数据采集和显示模块 (20)
3.3输入模块 (21)
第4章调试与仿真 (23)
4.1 调试 (23)
4.1.1硬件调试 (23)
4.1.2软件调试 (24)
4.1.3综合性能调试 (24)
4.2 仿真 (25)
结论 (26)
参考文献 (27)
致 (29)
附录1：源程序 (30)
附录2：各部分模块子程序 (41)
绪论
温度是表征物体冷热程度的物理量。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。
单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占了系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
第1章系统总体设计
1.1系统设计任务与要求
1.1.1系统设计任务与要求
该温度自动控制系统采用AT89C2051单片机为主控芯片，传感器采用数字温度传感器DS18B20，实现对温度的检测和控制。
主要技术指标：可调节的围为0℃—99℃。
该温度自动控制系统由温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，电源电路，时钟信号电路等构成，并运用程序算法进行温度控制和调整。
根据设计任务，详细分析温度自动控制系统的设计需求，并进行软硬件的总体设计。由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行计算，输出反馈量给温度控制电路，实现升温。显示电路实现现场温度的实时监控。设计人员需完成全部硬件和软件的设计，做出成品并对设计结果进行验证。
1.1.2重点研究容
本设计包括硬件设计和软件设计。
硬件设计主要包括温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，电源电路，时钟信号电路等，其中硬件设计重点是键盘及显示电路和温度控制电路。
软件设计主要完成系统初始化、键盘处理子程序、DS18B20和数码管的子程序设计、温度控制计算子程序等工作。
1.1.3实现途径及方法
本系统主要通过资料查找、系统需求分析、系统总体设计，软硬件总体设计、详细的软件与硬件设计、调试、资料整理等步骤来完成。
本系统利用ProtelDXP软件完成硬件电路版设计工作，利用Keil51软件完成系统控制软件的编译调试工作，通过制作成型来用现实生活进行对设计的真实考验。
1.2系统总体方案设计
在这个系统中我们从性能及设计成本考虑,我们选择AT89C2051芯片。AT89C2051的广泛使用，使单片机的价格大大下降。目前，AT89C2051的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而AT89C2051的功能实际上远远超过以上芯片。因此，如把AT89C2051作为接口芯片使用，在经济上是合算的。在温度传感器的选择上我们采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0—1000C时，最大线形偏差小于10C。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。本制作的最大特点之一就是直接采用温度芯片对温度进行测量，使数据传输和处理简单化。采用温度芯片DS18B20测量温度，体现了作品芯片化的这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。对于温度的调节系统，我们采用的只是简单的升温方法，当温度低于我们设定的最低温度值时，则单片机系统控制加热装置产生热量来提高温度。在这个过程中，我们通过单片机将传感器所测量出来的温度通过两位数码管可以显示出来。这样就能实时显示温度情况。
本设计采用了程序控制。在工程实际中，程序算法控制以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术也难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时，应用程序算法控制技术最为方便。
温度自动控制系统原理框图如图1-1所示：
图1.1 温度自动控制系统原理框图