多点温度监测控制系统设计

邵阳学院毕业设计（论文）

良，以此为出发点，主要阐述室温自动控制系统的实现方法。

1.2.1 课题的主要研究的内容

本文所要研究的课题是基于单片机控制的室温控制系统的设计，主要是介绍了对温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。室温控制部分，提出了用

DS18B20、AT89S51单片机及LCD的硬件电路完成对室温的实时检测及显示，

利用DS18B20与单片机连接由软件来实现对温度的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。由DS18B20检测室内温度，即测量3个点的实际温度，并把实际温度放在LCD中显示。控制器是用AT89S51单片机，对检测信号和设定值的差值进行调节后输出控制信号给执行机构，去调节系统的温度控制系统，从而控制室内温度。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DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入

DS18B20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于RS-485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。

1.2. 2 多点温度检测控制系统设计要求

（1）能够连续测试室温的温度值，用液晶显示器LCD来显示室温的实际温度。 （2）能够设定室内的温度值，设定范围是20℃～40℃。

（3）能够实现室温的自动控制，如果设定室温为32℃，则能使室温保持恒定在

32℃的温度下运行。

（4）用单片机AT89S51控制，通过按键来控制室温的设定值，数值采用LCD显示。

1.3 课题的研究方案

温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、

2

邵阳学院毕业设计（论文）

智能化，比过去单纯采用电子线路进行调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。

温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。对于这种温控对象，一般认为其具有以下的传递函数形式：

G(s)?方案一（见图1.1）

图1.1 方案的原理框图

温度预置数据采集信号放大比较器信号放大固态继电器KTS?1e??s （1.1）

负载此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静态差大、不稳定。系统受环境影响大，不能用液晶显示器显示，不能用键盘设定，操作起来很复杂，故不采用一位式模拟控制方案。 方案二（见图1.2）

上限比较信号采集信号放大温度预置下限比较信号处理固态继电器负载

图1.2 方案二的原理框图

此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用液晶显示器LCD显示，对键盘进行设定。操作起来比较复杂，需要花费很多的时间对其进行设计。这无疑会降低次毕业设计的效率，故不采用二位式模拟控制方案。

3

邵阳学院毕业设计（论文）

方案三（见图1.3）

键盘设定AT89S51单片机数据采集光耦可控硅负载数据显示

图1.3 方案三的原理框图

此方案采用AT89S51单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可以用液晶显示器来显示室温的实际值，能用键盘输入设定值。本方案选用了AT89S51芯片，不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。

结论：前两种方案是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂的控制规律，控制方案的修改也较为繁琐。而方案三是采用以单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，可达到模拟控制所达不到的效果，并且实现显示和键盘设定功能，大大提高了系统的智能化。也使得系统所测得结果的精度大大提高。所以，经过对三种方案的比较，本次毕业设计采用了方案三。

4

邵阳学院毕业设计（论文）

2 多点温度监测控制系统的硬件设计

本设计系统的基本组成包括：主机、温度采样单元、温度显示部分、单片机控制单元等，本章将逐一进行介绍。

2.1 AT89S51系列单片机

2.1.1 AT89S51 系列基本组成及特性

AT89S51是一种4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable And Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8

位微处理器，俗称单片机。而在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的

AT89S51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚完全

兼容，而且其片内的4k程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

AT89S51基本功能描述如下：AT89S51是一种低损耗、高性能、CMOS

八位微处理器，而且在其片种还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89S51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒，仅为

8751/87C51 的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比，不

易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。

AT89S51芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手

段，能完全保证程序或系统不被仿制。另外，AT89S51还具有MCS-51系列单片机的所有优点。128×8位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时器/计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。

AT89S51有间歇、掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的，当外围器件

仍然处于工作状态时，CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态，内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限，当振荡器停止振动时，CPU停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变，一直到掉电模式被终止。只

5