畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計(jì)-文獻(xiàn)綜述定稿 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述基于單片機(jī)的溫度控制器設(shè)計(jì) 學(xué) 生：XXX學(xué) 號(hào)：XXXXXXXXXXXXXXX專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：2008.2指導(dǎo)老師：XXX四川理工學(xué)院自動(dòng)化與電子信息學(xué)院二O一二年六月前言在某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如恒溫爐、倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)藏、花卉種植、小型溫室等領(lǐng)域都對(duì)溫度有著嚴(yán)格的要求，需要對(duì)其加以檢測(cè)和控制1。在工業(yè)生產(chǎn)中如果檢測(cè)得不準(zhǔn)確就會(huì)發(fā)生許多的生產(chǎn)事故。如化工生產(chǎn)中對(duì)溫度的檢測(cè)不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的下降。而現(xiàn)在所使用的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)通常都是精度為1或0.1的水銀、煤油或酒精溫度計(jì)進(jìn)行的溫度檢測(cè)和用傳統(tǒng)的物理模擬量的方法進(jìn)行的濕度檢測(cè)。這些溫濕度檢測(cè)計(jì)的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，因此很難讀準(zhǔn)，并且使用非常不方便。因此，設(shè)計(jì)先進(jìn)、實(shí)用的溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)有著重要的意義。正文國(guó)外和國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫度測(cè)控技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。美國(guó)、日本的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近20年來(lái)發(fā)展很快，他們結(jié)合本國(guó)條件做出了具有創(chuàng)新特色的成就，但其監(jiān)控設(shè)備價(jià)格昂貴。我國(guó)對(duì)于溫度測(cè)控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫度測(cè)控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。 我國(guó)近年引進(jìn)了多達(dá)16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的工廠環(huán)境控制系統(tǒng)，對(duì)吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、推動(dòng)工廠溫度自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)生了積極的作用。我國(guó)溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問(wèn)題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。2 溫度控制器設(shè)計(jì)方案2.1 基于單片機(jī)的溫度控制器圖1是基于單片機(jī)的溫度控制器框圖。該控制器由溫度采集模塊、控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊以及電源模塊等組成。圖1基于單片機(jī)溫度控制器框圖單片機(jī)是控制器的控制核心，因此單片機(jī)的選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種類很多，在眾多51系列單片機(jī)中，較為常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52單片機(jī)，AT89C51片內(nèi)4KROM是Flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行電擦除和改寫(xiě)，片內(nèi)有128字節(jié)的圖2基于ARM溫度控制器框圖溫度傳感器測(cè)量外部溫度信息，在CPLD的控制下，把AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入ARM微處理器中進(jìn)行處理，同時(shí)通過(guò)LCD顯示處理信息，由網(wǎng)絡(luò)接121 遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)也可由鍵盤(pán)實(shí)時(shí)人工干預(yù)。經(jīng)ARM微處理器處理的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口傳送到上位機(jī)進(jìn)行顯示存儲(chǔ)。當(dāng)然，工作過(guò)程中若出現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)產(chǎn)生聲光報(bào)警等。同時(shí)，鍵盤(pán)還可現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)設(shè)置，處理故障等2。這里ARM微處理器選用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI內(nèi)核外，其內(nèi)部還集成有許多外圍設(shè)備，大量?jī)?nèi)部寄存器可快速完成中斷處理。由于AT91M40800微處理器通過(guò)可編程的EBI與片外存儲(chǔ)器相連，使其具有較快的訪問(wèn)速度；同時(shí)它還具有8個(gè)優(yōu)先級(jí)向量中斷控制器與外部數(shù)據(jù)控制器連接，進(jìn)而提高中斷響應(yīng)速度。因此，AT91M40800微處理器非常適用于工業(yè)實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，是嵌入式工業(yè)控制器中處理器的最佳選擇。2.3 基于PLC的工業(yè)溫度控制器PLC與其他微型計(jì)算機(jī)相比,更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行,且數(shù)據(jù)處理功能大大增強(qiáng), 具有強(qiáng)大的功能指令，編程也極為方便簡(jiǎn)單編程指令具有模塊化功能,能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問(wèn)題。PLC 的梯形圖語(yǔ)言清晰、直觀、可讀性強(qiáng), 易于掌握.PLC具有豐富的功能指令，能實(shí)現(xiàn)加減乘除四則運(yùn)算及數(shù)據(jù)傳送比較移位等功能，還具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令，可方便的實(shí)現(xiàn)定時(shí)及時(shí)間和年月日的設(shè)置與顯示。PLC的主要優(yōu)點(diǎn)可概括如下:高可靠性 ；豐富的I/O接口模塊；采用模塊化結(jié)構(gòu)；編程簡(jiǎn)單易學(xué)；安裝簡(jiǎn)單，維修方便。上述三種方案各有其優(yōu)點(diǎn)，且均適合在工業(yè)場(chǎng)合使用，但是基于ARM處理器的控制器設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)；而基于PLC的溫度控制器，設(shè)計(jì)成本高，靈活性較低，因此，本課題擬采用單片機(jī)作為控制器的主控芯片，基于單片機(jī)的溫度控制器具有開(kāi)發(fā)周期短，成本低，功耗低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。3 溫度傳感器的方案溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來(lái)間接測(cè)量，利用這種物理特性制成的傳感器稱為溫度傳感器。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器等多種。3.1 數(shù)字溫度傳感器典型的數(shù)字溫度傳感器如DS18B20，該傳感器主要特性如下：1.適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下由數(shù)據(jù)線供電；2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；3、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；5、測(cè)溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5；6、可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫； 7、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； 8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以單總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 3.2 熱電阻溫度傳感器熱電阻的測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,使用方便,測(cè)量范圍寬,在高精度、低溫測(cè)量中占有重要的地位。熱電阻傳感器主要用于中低溫度 -200+650或850 范圍的溫度測(cè)量。常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑電阻傳感器是利用金屬鉑 Pt 的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而制成的溫度傳感器。以鉑電阻作為測(cè)溫元件進(jìn)行溫度測(cè)量的關(guān)鍵是要能準(zhǔn)確地測(cè)量出鉑電阻傳感器的電阻值。對(duì)比上述兩種方案，數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20）使用方便，測(cè)量精度高，而PT100的測(cè)溫電路外圍電路較為復(fù)雜，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)放大電路，線性化電路。因此本控制器的設(shè)計(jì)中，溫度傳感器擬選擇DS18B20作為溫度采集傳感器。結(jié)論利用51單片機(jī)對(duì)溫度檢測(cè)、控制，具有精度高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、簡(jiǎn)便靈活等優(yōu)點(diǎn)，很好的滿足了工藝的要求，本課題擬采用STC89C52單片機(jī)為控制核心。DS18B20溫度