毕业设计（论文）-基于单片机的智能温控仪的硬件设计

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1、淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第1页共24页第一章绪论1.1引言近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通管理和微波炉等专用控制上。随着单片机的迅速发展，已渗透到诸多学科和领域，由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生厂家相继推出了各种类型的单片机。在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及

2、高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以较为方便的利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。本系统用PID控制算法实现温度控制，可以使系统的精度达到±1℃，准确度和稳定性都可以令人满意。本系统以[1]单回路控制为例，极易扩展成多回路控制。本设计实现的任务是单片机对温度进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，送到计算机进行PID运算调节，得到恒定的温度值。因为要实

3、现两种工作方式（即内给定和外给定），因而还涉及到与计算机通讯方面的设计。1.2课题研究背景温控仪表发展快速，使它集成了许多自动控制功能，众多温控仪表的发展来看,智能温控仪表的发展前景看好。其主要表现在它的“智能性”。它的工作原理其实是比较智能而简单化的，它是通过一块智能芯片加上外部信号输入和输出功能相结合而形成的一个测试整体，它的工作原理像电脑一样，是通过一块处理芯片，像电脑中的CPU，但又没有CPU功能强大，再加上信号输入，信号放大，数模转换，控制输出等几个部份组成。而信号的转换主要是通过单片机来完成的。智能温控器(亦称数字温控器)是

4、在20世纪90年代中期问世的。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，国际上已开发出多种智能温控器系列产品的应用,诸如:用于面包房发酵时的温度控制、用于工业锅炉的淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第2页共24页温度控制等。智能温控器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。进入21世纪后，智能温控器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温控器和网络温控器、研制单片机

5、测温控温系统等高科技的方向迅速发展。1.3课题研究重点本课题重点是如何把单片机技术、温控技术这两者完美的结合,同时还要看到这两门技术各自的发展趋势,在设计的过程当中力求用到各自的新技术，力求从速度、准确度和稳定性上均达到要求;另一方面，根据课题研究内容做出硬件电路原理图和PCB板图，同时协作软件对系统进行功能仿真。淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第3页共24页第二章系统的硬件设计2.1温度测控系统总体结构简介本系统用PID控制算法实现温度控制，可以使系统的精度达到±1℃准确度和稳定性都可以令人满意。本系统采用单回路控制，系统可分为五个模

6、块：输入模块、通信模块、控制模块、人机接口模块和输出模块。温度结构框图如下图所[6]示：图2.1温度控制结构框图该系统的硬件部分包括温度采集模块、数据转换模块、单片机控制模块、驱动电路模块、数码管显示模块，温度控制模块等。图2.2系统框图具体工作过程是：系统输入由AD590温度传感器采集的温度信号，再由模数转换器ADC0832将该信号转换后输入到单片机，再由单片机将其与给定温度对比，发出相应控制信号，控制模块是利用继电器来切断电源，以免温度继续上升，并且用三个数码管同步显示温度，系统框图如图2.2所示。2.2输入模块的设计淮阴工学院毕业

7、设计说明书（论文）第4页共24页2.2.1温度检测及放大电路模块设计本设计以单片机为核心，采用的AD590是一种低温传感器。它的主要特性如下：1、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。2、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1A，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。3、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。图2.3为电平转换模拟电路的结果，测量温度

8、从0～100℃，转换电压范围在1～3.5V之间，在此电压范围之内可以确保测量的精度，减少误差。图2.3温度转换电路模拟结果温度传感器获得温度的值，经温度检测及变换电路来调节电压的大小，经过电压变换以及反向滤