一、本课题研究的主要内容、目的和意义 |
1、研究主要内容 本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，而炉内温度控制部分，由DS18B20检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LCD中显示。控制器是用STC89C52单片机，用设定的算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWM控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而且不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。 本文具体研究了如下几方面： （1）水温控制系统硬件的设计 主要包括STC89C52单片机、温度传感器模块、温度控制模块、显示模块、按键模块的硬件选择及论证。 （2）水温控制系统软件的设计 借助Keil C51开发工具，以C语言为开发语言，开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、对温度传感器模块、显示模块、温度控制模块进行控制，键盘导入设定的温度，使其与实际温度进行运算并输出。 （3）水温控制系统的仿真 以Proteus为基础，画出电路图加载各模块，加载程序并模拟实际电路的运行状态并进行仿真。 2、目的和意义 在工业生产过程中，往往需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉的温度进行检测和调节，因此需要一种合适的系统对其温度进行精确控制。由于单片机具有低功耗、高性能、可靠性好、易于产品化等特点，因此采用单片机对温度进行控制不仅节约成本，控制方法灵活多样，并且可以达到较高的控制精度，从而能够大大提高产品的质量，因此单片机被广泛应用在中小型控制系统中。 本论文以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。 设计过程中，首先进行软件设计和开发，使系统功能模块化并分别通过Proteus软件进行仿真，实现功能后对硬件进行了综合设计，并且反复论证、测试各器件参数以使其稳定运行，最终使得此系统实现了温度的恒温控制。 |
二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向） |
本次的毕业设计是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。 及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制，在许多工业场合中都是重要的环节，水温的变化影响各种系统的自动运行，例如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于超过适宜范围的温度能够报警。 单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法。从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。 本毕业设计选择研究水温控制系统，采用单片机进行控制的水温自动控制电路，使系统能简单的实现温度的控制及显示，STC89C52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来，并且通过软件编程能实现各种控制算法，使系统具有控制精度高的特点，对实现对水温的自动控制，具有重大的现实意义。不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发，同样能用于工厂多点温度的控制，提高工业企业自动化水平。 |
三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证 |
1、设计内容 本论文以电阻炉为研究对象，开发了基于单片机的温度控制系统。本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20，对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算，控制输出宽度可调的PWM方波，并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率，从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。 2、设计（研究）思想 本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，而炉内温度控制部分，由DS18B20检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LCD中显示。控制器是用STC89C52单片机，用设定的算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWM控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而且不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。 3、拟采用的技术方案 本文具体研究了如下几方面： （1）水温控制系统硬件的设计 主要包括STC89C52单片机、温度传感器模块、温度控制模块、显示模块、按键模块的硬件选择及论证。 （2）水温控制系统软件的设计 借助Keil C51开发工具，以C语言为开发语言，开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、对温度传感器模块、显示模块、温度控制模块进行控制，键盘导入设定的温度，使其与实际温度进行运算并输出。 （3）水温控制系统的仿真 以Proteus为基础，画出电路图加载各模块，加载程序并模拟实际电路的运行状态并进行仿真。 可行性论证： 本次的毕业设计是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。 |
四、预期结果（或预计成果） |
本系统实现其具体控制功能如下： （1）能够连续测量水的温度值，可用1602LCD液晶来显示水的实际温度。 （2）能够设定水的温度值，设定范围是30℃～90℃。 （3）用单片机STC89C52控制，通过按键来控制水温的设定值，并保持恒定不变。 （4）误差≤1℃。 |
五、研究进度安排 |
2013.3.26-2013.3.28 毕业实习、文献阅读及开题报告撰写 2013.3.29-2013.4.6 总体设计方案的确定 2013.4.7-2013.4.12 硬件设计，软件设计并制作 2013.4.13-20132.4.20 撰写毕业设计论文 2013.4.21-2013.4.28 完成论文修改、定稿、打印、装订 2013.4.29-2013.5.10 答辩准备 |
六、主要参考文献 |
【1】张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2010 【2】李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001 【3】王勇 .叶敦范.《基于AT89S51 的便携式实时温度检测仪》 【4】余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，1998 【5】杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006 【6】陈杰.黄鸿.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2010 【7】廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999 【8】陈忠平．单片机原理及接口［M］．北京：清华大学出版社，2007 【9】刘高潮.一种实用的多功能数字温度计设计[J].电子测量技术, 2007 【10】韩志军，刘新民．数字温度传感器DS18B20 及其应用[J] ．南京工程学院学报：自然科学版，2003 |
七、审核意见 |
指导教师对开题的意见： 指导教师签字： 年 月 日 |
院系审核意见： 审核人签字： 年 月 日 |
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