1、期 中 測 評家庭智能溫度控制系統(tǒng)設(shè) 計制 作 者：鮑 翔指導(dǎo)老師：杜 菲講師1 引言1.1課題研究的目的和意義 當(dāng)今社會，溫度測量系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于社會生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域，在工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、家庭等多方面均有應(yīng)用。同時單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。 在很多電子產(chǎn)品中也不免將會用到溫度監(jiān)測和溫度控制。目前溫度測量系統(tǒng)種類繁多功能參差不齊，有簡單的應(yīng)用于家庭的如空調(diào)、電飯煲、太陽能熱水器，電冰箱等家用電器的溫度驚醒檢測和控制，采用AT89C51單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。

2、單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期斷等優(yōu)點(diǎn)，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件在日常生活中成為必不可少的器件，尤其在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個日常生活中經(jīng)常會遇到的問題。 本論文一上述問題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計實現(xiàn)了溫度實時測量、顯示、控制系統(tǒng)。以AD590為采集器，89C51為處理器，空調(diào)相應(yīng)電路為執(zhí)行器來完成設(shè)計任務(wù)提出的溫度控制要求，設(shè)計過程流暢，所設(shè)計的電路單元較為合理。該設(shè)計在硬件方案設(shè)計，單元電路設(shè)計，元器件選擇等方面較有特色。1 .2溫度控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 通過網(wǎng)上查詢、翻閱圖書了解到目前國內(nèi)外市場以單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)很

3、多，而且方案靈活，應(yīng)用面比較廣，可用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，在日常生活中的應(yīng)用也比較廣泛，如熱水器、室溫控制，在農(nóng)業(yè)中的大棚溫度控制。以上出現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)產(chǎn)品，根據(jù)其系統(tǒng)組成、使用技術(shù)、功能特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)，選出其中具有代表性的幾種如下： 1大棚溫度控制系統(tǒng) 該設(shè)計使大棚內(nèi)的溫度保持在一定的水平，從而有利于農(nóng)作物的生長，提高產(chǎn)量。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是在一臺電腦上可以監(jiān)測到多個大棚內(nèi)的溫度情況，從而進(jìn)行溫度控制。 該系統(tǒng)有單片機(jī)、溫度傳感器、串口通信和計算機(jī)組成。計算機(jī)主要用于編程，對溫度進(jìn)行顯示、報警和控制等；溫度傳感器對大棚內(nèi)溫度進(jìn)行測量、顯示；單片機(jī)是對溫度傳感器進(jìn)行編程，去讀溫

4、度傳感器的溫度值，并把所得溫度值通過串口通信送入計算機(jī)；串口通信作用是把單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)送到計算機(jī)里，起到傳輸作用。 2電烤箱溫度控制系統(tǒng) 該方案采用美國TI公司生產(chǎn)的FLASH型超低消耗16為單片機(jī)MSP430F123為核心器件,通過熱電偶檢測系統(tǒng)溫度,用集成溫度傳感器AD590座位溫度測量器件,利用該核心內(nèi)置的比較器完成高精度AD信號采樣,根據(jù)溫度的變化情況,通過單片機(jī)編寫閉環(huán)算法,從而成功的實現(xiàn)了對溫度的測量和自動控制功能.其測量范圍較低,大概在0-250之間,具有精度高,響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 3小型熱水鍋爐溫度控制系統(tǒng) 該設(shè)計解決了北方冬季分散取暖采用人工定時燒水供熱，耗煤量大，浪 費(fèi)人

5、力，溫度變化大的問題。設(shè)計方案硬件方面采用MCS-51系列8031單片機(jī)為核心，擴(kuò)展程序存儲器2732，AD590溫度監(jiān)測元件測量環(huán)境溫度和供水溫度，ADC0809進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，同向驅(qū)動器7407、光電耦合器及9103的功放完成對電視的控制。軟件方面建立了供暖系 統(tǒng)的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，本系統(tǒng)硬件電路簡單，軟件程序易于實現(xiàn)，它可用于一臺或多臺小型取暖熱水鍋爐的溫度控制，可使居室溫度基本恒定，節(jié)煤、節(jié)電、省人力。1.3溫度控制系統(tǒng)方案 結(jié)合本設(shè)計的要求和技術(shù)指標(biāo)，通過對系統(tǒng)大致程序量的估計和系統(tǒng)工程速度的估計，考慮價格因素。選定AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制芯片，8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD080

6、9，采用AD590進(jìn)行溫度采集，溫度設(shè)定范圍為-1045，通過溫度采集系統(tǒng)，對溫度進(jìn)行采集并作A/D轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。以空調(diào)為執(zhí)行器件，通過單片機(jī)程序完成對室內(nèi)溫度的控制。1.4論文的主要任務(wù)和所做的工作 本論文主要是完成一種低成本、低價格、功能齊全、集溫度測量、顯示、控制于一體的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的理論設(shè)計。包括硬件電路和主要的軟件設(shè)計。 研究的關(guān)鍵問題是：室溫的精確測量；溫度采集器AD590溫度控制電路設(shè)計；單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路以及軟件設(shè)計。 2 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計 方案及原理2.1系統(tǒng)的主要要求 （1）溫度設(shè)定范圍在-10 45 ，最小區(qū)分溫度為0.5 ，標(biāo)定溫差

7、小于等于0.5 。 （2）用四位十進(jìn)制數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。 （3）能根據(jù)設(shè)定的溫度自行實現(xiàn)加熱或降溫處理。 （4）設(shè)計出控制系統(tǒng)電路單元。2.2系統(tǒng)的工作原理 在溫度系統(tǒng)中，需要將溫度的變化轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號的變化，選用AT89C51單片機(jī)為中央處理器，通過溫度傳感器對空氣溫度進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對空氣進(jìn)行處理，從而模擬實現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。 工作流程說明如下： 開始，先接通電源，四段數(shù)碼管顯示器就自動顯示當(dāng)前溫度。 按下S1鍵，功能轉(zhuǎn)換鍵，將系統(tǒng)由監(jiān)測狀態(tài)轉(zhuǎn)換到設(shè)置狀態(tài)，

8、按此鍵則開始鍵盤控制。 此時可以通過鍵盤輸入預(yù)設(shè)置的溫度。按下S2加鍵，則溫度設(shè)定加0.5度。按下S3減鍵，則溫度設(shè)定減0.5度。再次按下S1，此時系統(tǒng)由設(shè)定功能返回到監(jiān)測狀態(tài)。 就這樣通過溫度芯片的反饋信息，實現(xiàn)溫度保持在設(shè)置值上，從而達(dá)到自動控制溫度的功能。2.3系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo) 測溫范圍：-55 +100 溫度分辨率：0.5 LED顯示位數(shù)：42.4系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的硬件電路有溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示等組成部分，總體結(jié)構(gòu)方案見圖2-1所示3 溫度控制硬件單元設(shè)計 方案與選擇3.1 溫度傳感部分3.2 A/D轉(zhuǎn)換部分3.3 數(shù)字顯示部分3.4 加熱降溫驅(qū)動控制電路3.5

9、鍵盤輸入部分4 溫度控制系統(tǒng)的單元電路設(shè)計4.1 溫度采集電路4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路4.3 顯示電路4.4 鍵盤電路4.5 驅(qū)動控制電路4.6 電源電路5 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1主程序流程圖及子程序流程圖 軟件設(shè)計從主程序流程圖設(shè)計開始，依次編制出各個子程序。 5.1.1主程序設(shè)計 本程序主程序流程圖如圖5-1所示。 程序啟動后，首先清理系統(tǒng)內(nèi)存，然后進(jìn)行采集，并通過A/D轉(zhuǎn)換后，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，再有單片機(jī)控制顯示設(shè)備，顯示現(xiàn)在ide適時溫度，然后系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待鍵盤輸入設(shè)定溫度，然后系統(tǒng)將設(shè)定溫度與現(xiàn)在溫度進(jìn)行比較，得到結(jié)果后，啟動制冷系統(tǒng)或是加熱系統(tǒng)。 5、精度高。AD590共

10、有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150 范圍內(nèi)，菲線性誤差為0.3 二、AD590 的應(yīng)用電路 1、 AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。電路分析 2、 由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V 3、 接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝

11、氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。二、ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能1、IN0IN7，路模擬量輸入端。2、D7D0，位數(shù)字量輸出端。3、ALE， 地址鎖存允許信號輸入端。通常向此引腳輸入一個正脈沖時，可將三位地址選擇信號A、B、C鎖存于地址寄存器內(nèi)并進(jìn)行譯碼，選通相應(yīng)的模擬輸入通道。4、START，啟動A/D轉(zhuǎn)換控制信號輸入端。一般向此引腳輸入一個正脈沖，上升沿復(fù)位內(nèi)部逐次逼近寄存器，下降沿后開始A/D轉(zhuǎn)換。5、CLK，時鐘信號輸入端。6、EOC，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。A/D轉(zhuǎn)換期間EOC為低電平，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC為高電平。7、OE，輸出允許控制端，控制輸出鎖存器的三態(tài)門。當(dāng)OE為高電平時，轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)出現(xiàn)在D7D0引腳。當(dāng)OE為低電平時，D7D0引腳對外呈高阻狀態(tài)。8、C、B、A，路模擬開關(guān)的地址選通信號輸入端，3個輸入端的信號為000111時，接通IN0IN7對應(yīng)通道。9、VR（）、VR（）：分別為基準(zhǔn)電源的正、負(fù)輸入端。三、ADC0809與單片