基于单片机的温度控制系统设计毕业设计论文

专科毕业设计说明书（论文）

2 系统总体方案设计

2.1 方案论证

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方案一：本课题的初步设计方案是通过控制调功电路的导通比，来实现对被调对象的控制，由图1可见，负载是加热器件，而过零触发电路是由锯齿波发生，信号综合，直流开关，同步电压与过零脉冲输出5个环节组成。如下图所示:

图2.1 方案一电路图

图2.1为第一个设计方案，该方案的工作原理简述如下：

（1） 锯齿波是由单结晶体管BT和R1，R2，R3，W1和C1组成的张驰震荡产生，然后经射极跟随器V1、R4输出。

（2） 控制电压（Uk）与锯齿波电压进行电流叠加后送到V2的基极，合成电压为Us，当Us>0（0.7）时V2导通，Us<0，则V2截止。

（3） 由V2、V3以及R8、R9、DW1组成一直流开关，当V2基极电压Ube2>0(0.7)，V2导通，Ube3接近零电位，V3截止，直流开关导通。输出24V直流电压。

（4） 过零脉冲的输出，由同步变压器TB，整流桥D1及R10，R11组成一削波同步电源，这个电源与直流开关的输出电压共同去控制V4与V5。只有当直流开关导通期间，V4截止，V4、V5基电极和发射极之间才有工作电压，才能工作在期间，同步电压每次过零时，V4截止，其集电极输出正电压，使V5由截止转导通，经脉冲变压器输出触发脉冲而此脉冲使晶闸管T在需要导通的时刻导通。

在直流开关导通期间使出连续的正弦波控制电压Uk的大小决定了直流开关导通时

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间的长短，也就决定了在设定周期内导通的周波数，从而可输出功率的调节。显然，控制电压Uk越大，则导通的周波数就越多，输出的功率也就越大，电阻炉的温度也就越高，反之，电阻炉的温度就越低。

闭环控制自动调温的基本指导思想是在系统中增设温度传感器和温度调节器，温度传感器的基本功能是检测电炉的实际温度，并变换成电压讯号和炉温控制电压Uk进行比较，根据两者差值的大小（Δe=Uk-Uft）和变化方向（即△e为正还是为负），通过调节器进行相反方向的调节，使调节器的输出控制直流开关导通时间的长短，从而使设定周期内晶闸管的导通周波数增大或者减小，相应的电炉温度升高一点或者减小一点。采取这种控制方式，可以使炉温在较小的范围内变化，控制精度高。

方案二：为了使得电路的简单化，采用单片机作为控制核心来设计本课题，温度信号采集使用温度传感器DS18B20，温度控制的基本思想为：通过采集到的温度与标准温度之间的差值来控制加热电阻丝的通电时间长短，从而起到恒温控制的目的。方案二的设计框图如下图所示：

显示电路 温控电路 单片机 图 2.2 方案二设计框图

温度采集 按键电路 电源 本方案采用单片机作为控制核心，使用温度传感器进行温度采集，通过将采集到的温度与标准设定温度之间的差值进行温度控制，从而使得温度维持在标准设定温度。本方案设计成本低，具有具有较高的可靠性，对于系统动态性能与稳定要求不是很高的场合非常的合适。

2.2 系统功能介绍

本设计是对房间温度进行检测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定的温度时，系统自动通过PWM启动加热装置，使温度上升。当温度高于设定的温度时，停止加热。三位数码管及时显示温度，精确到小数点后一位。

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本文设计的温度控制系统具有如下功能：

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（1）通过温度芯片DS18B20采集温度，并以数字信号的方式传送给单片机。 （2）四位数码管动态实时显示房间温度，显示精度0.10C。 （3）三个按键实现标准温度的设定。 （4）利用PWM实现温度的控制。

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3系统硬件电路设计

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此方案以AT89C51为核心，通过DS18B20检测房间温度，将信号传输至单片机，用四位LED数码管显示温度，同时通过将检测的温度与标准设定温度的偏差来控制电阻丝通断时间的长短，从而达到恒温控制的目的。

3.1传感器接口电路设计

3.1.1温度数据采集电路

DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，与其它温度传感器相比，DS18B20具有以下特性：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。温度范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率±0.5℃；测量结果直接输出数字温度信

号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC效验码，具有极强的抗干扰纠错能力；测量结果以9位数字量方式串行传送。

DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但