基于单片机的温度报警系统报告

基于单片机的温度报警系统报告（精选8篇）

基于单片机的温度报警系统报告 第1篇

基于单片机的温度报警系统报告

姓名：

班级：

学号：

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，本次主要设计一个基于89C52单片机的数字温度传感器开发测温系统，重点掌握对传感器下在单片机的硬件连接，软件编程以及各个模块系统流程的详尽分析，提高电路设计的技巧。该系统可以方便的实现温度的采集和显示，它使用起来相当方便，具有精度高、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适用于我们的日常生活。该系统结构简单，抗干扰能力强，有广泛的应用前景。

在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、速度和开关量都是常用的主要被控制参数、其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常遇到的控制问题。

在传统的温度测控系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免的遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题，而其中任何一环节处理不当，就会造成整个系统性能的下降。采用数字温度传感器与单片机组成的温度检测系统进行温度检测、数值显示和数据储存，体积减小，精度提高，抗干扰能力强，并可组网进行多点协测，还可以实现实时控制等技术，在现代工业中应用越来越广泛。

传统的温度测控系统设计往往是热电阻、adc转换器和控制器的搭配，再加上人机互动操作操作设备这样就会增加系统的成本和系统软件设计的负担，传统的温度测控系统软件设计不仅要控制温度采集、adc的转换、数据的处理、显示和按键功能。制温度采集、adc的转换、显示和按键功能相对简单一些，但是adc采集数据不是现成的温度数据还要控制器处理器对数据处理进行处理，热电阻是反映温度和电压的关系，常用的有正温度和负温度电阻，而且大多数不是正比例而是指数型，这样的数据处理函数可想而知有多复杂，还要考虑电压在传输时的损耗。

本设计就采用以52单片机为核心，和单总线数字式温度传感器模拟出一温度测控系统。

方案：

采用AT89C52单片机，温度传感器，液晶显示屏，设计能设定温度上下限。当温度低于下限值或高于上限值是能进行报警，能显示实际的温度值，显示精度为±1°本方案主要利用硬电路连接，通过软件编程，显示出温度。

重要元器件1：AT89C52 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用位

中央处理器和Flash存储单元，功能强的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。具有低电压供电和体积小等特点。

重要元器件2：DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20数字温度传感器接线方便，耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

本温度计采用一种智能温度传感器DS18B20作为检测元

件。该元件测温范围为-55~125度，最高分辨率为0.0625度，完全满足本设计中分辨率为0.1度的要求!考虑到下载程序的方便和一些条件的限制我选了STC89C52RC这款单片机作为控制器。

报警方面，当温度超过警界最高温度时，报警，红色发光二极管打开;当温度低于最低温度报警时，报警，红色发光二级管打开。为使电路的简化，其温度报警值已预设在程序中，可以通过修改程序中的预设值改变报警温度!主要实现：在基于52单片机的情况下进行，实时温度测量以及显示，超出温度范围声光报警，上下限温度可设定等功能。

电路图：

总结：

从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。并且做每一件事都要认真严谨去完成，否则，一个小小的问题都会让你付出更多的时间和代价。

总的来说，自己从这次独立的课程中收获了一些的知识与经验，一些从书本中学之不来的东西。

基于单片机的温度报警系统报告 第2篇

业

论

文

开

题

报

告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文

献

综

述

一、题目背景和研究意义

温度是工业生产中最常见和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行实时监控。通常采用单片机完成对温度信息的存储、实时控制、检测以及数字显示。这对于提高企业生产效率、提升产品质量、节约能源等都有重要的作用。为此，本文设计了一种温度采集系统，选用DS18B20数字温度传感器和TI公司的MSP430FG4618单片机作为主控制器[1]。

采用这种设计的温度采集系统，可以实现温度检测、信息存储、实时控制以及数字显示，对于提高企业生产效率、节约能源及资源都有重要的作用，具有很大的发展前景[1]。

二、温度传感器及温度测量的国内外发展现状

2.1

温度传感器的国内外发展现状

温度的测量方法通常分为两大类即接触式测温和非接触式测温。接触式测温是基于热平衡原理，测温时，感温元件与被测介质直接接触，当达到热平衡时，获得被测物体的温度，例如，热电偶，热敏电阻，膨胀式温度计等就属于这一类；非接触式测温基于热辐射原理或电磁原理，测温时，感温元件不直接与被测介质接触，通过辐射实现热交换，达到测量的目的，例如，红外测温仪、光学高温计等[2]。

常用的测温传感器有热电偶，热电阻，导体温度传感器等，由于科学技术的发展，现多使用集成温度传感器，这里选用的是DS18B20。

集成温度传感器可以分为三类：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器。

智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器，智能式传感器有如下显著特点[3]：

1.提高了传感器的精度

智能式传感器具有信息处理功能，通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适省地补偿随机误差、降低噪声，大大提高了传感器精度。

2.提高了传感器的可靠性

集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善整个系统的抗干扰性能；同时它有自诊断、自校淮和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能)，具有良好的稳定性。

3.提高了传感器的性能价格比

在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。

4.促成了传感器多功能化

智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式(如RS232串行输批，PIO并行输出，IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等)，适配各种应用系统。

2.2

温度测量的国内外发展现状

虽然温度测量方法多种多样，但在很多情况下，对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量，比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲，要想得到准确可靠的结果并非易事，需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点，结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。同时，还要不断探索新的温度测量方法，改进原有测量技术，以满足各种条件下的温度测量需求[4]。

温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。

目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。

测温方法

温度传感器

测温范围（℃）

精度%

接触式

热电偶

-200~1800

0.2~1.0

热电偶

-50~300

0.1~0.5

非接触式

红外测温

-50~300

其它

示温材料

-35~2000

<1

表1常用测温方法和特点

三、课题的基本技术原理

1.基于MSP430的温度采集系统的结构

本系统主要由DS18B20温度传感器及MSP430单片机两部分组成，其系统结构框图如图1所示：

DS18B20温度传感器

MSP430单片机

报警模块

按键输入模块

LCD显示模块

电源及复位模块

图1

温度采集系统结构框图

上述各个模块的功能是：

传感器：将被测非电量即温度转换成电信号。温度传感器的种类很多，有热电偶、热电阻和热敏电阻等，这里选用的是DS18B20集成温度传感器。

MSP430微处理器：实现对从传感器输入的数字信号进行存储、控制及显示等功

能。

按键输入模块：应用软件程序确定报警启动的上限温度及下限温度。

电源及复位模块：为整个系统提供电源及复位信号。

报警模块：当所测温度超过设定的上限温度或下限温度时启动，蜂鸣器报警。

LCD显示模块：显示当前所测得的温度值。

2.温度传感器的选型

2.1

温度传感器的选型

本设计选用DS18B20温度传感器，作为一种数字化温度传感器，DS18B20测温时无需任何外部元件，可直接输出9~12位（含符号位）的被测温度值，测温范围为-55Ǜ~+125℃；在-10~+85℃范围内测量精度为±0.5℃，输出测量分辨率可谓，最高可达0.0625℃；支持“单线总线”技术，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与单片机的通信；现场温度直接以“单线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果[5]。

2.2

DS18B20的内部结构及管脚分布

DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，如图2

所示。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20的目的。高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入[6]。

64位ROM

和单线端口

存储器和逻辑控制

暂存器

8位CRC产生器

温度传感器

上限触发TH

下限触发TL

电源检测

VDDD

DQ

图2

DS18B20的内部结构

DS18B20数字温度计以9位数字量形式反映器件的温度值。DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需要一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连接在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监控和控制等方面非常有用[7]。

GND：接地

DQ：数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路

VDD：可选的VDD脚。

3.MSP430的简介及功能特性

3.1

MSP430的简介

MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低

功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器(Mixed

Signal

Processor)。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[8]。

3.2

MSP430的功能特性[9-16]

低电源电压范围：1.8V至3.6V

超低功耗：主动模式：400微安在1MHz，2.2V也可

待机模式：2.5微安

关闭模式（RAM保持）：0.35微安

有5种省电模式，待机到唤醒不到6us

如表2

模式

状态

低功耗模式0

LPM0

CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动，MCLK停止

低功耗模式1

LPM1

CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动,MCLK停止，若没有被外围模块使用,DCO发生器关闭

低功耗模式2

LPM2

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK保持活动，DCO发生器保持活动

低功耗模式3

LPM3

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-DCO发生器停止，ACLK保持活动

低功耗模式4

LPM4

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK停止，DCO发生器停止，晶体振荡器停

表2

MSP430的5种省电模式

16位RISC架构，扩展内存，125ns指令周期时间

三通道内部DMA

12位A/D转换器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能

电源电压监控器可编程电平检测

串行通信接口（USART1的），选择异步UART或同步SPI的软件三个可配置运算放大器

FALSH存储模块主要特点：

编程可使用位、字节和字操作

可以通过JTAG、BSL和ISP进行编程

1.8V~3.6V工作电压，2.7~3.6V编程电压

数据保持时间从10年到100年不等

可编程次数从100到

100,000次

60K空间编程时间<5秒

保密熔丝烧断后不可恢复，不能再对JTAG进行任何访问

FALSH

编程/擦除时间由内部硬件控制，无需任何软件干涉

参考文献：

[1]王晓银，基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计[期刊论文]-微计算机信息，2006(22)

[2]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京:清华大学出版社,2005：26~27

[3]金永贤，智能化电子产品的低功耗设计[J]，华东交通大学学报，200l，18(1)：15-16．

[4]叶湘滨、熊飞丽等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2008：285~28

[5]陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理及其应用，2002(4)

[6]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430xlxx

family

user＇s

guide

2007

[7]

周云波，由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统，1996(2)

[8]祖静，新概念动态测试.动态测试技术专题，2006

[9]秦龙，MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲，2007

[10]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller

2007

[11]张文栋，存储测试系统的设计理论及其应用，2004

[12]沈建华、杨艳琴、翟骁曙，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用，2008

[13]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002

[14]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430F16X/161Xdeviceerrata

Sheet

2007

[15]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，2003

[16]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002

２．本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）：

一．本课题所要研究的问题：

如何设计一个温度采集及显示系统。1.设计MSP430单片机的最小工作系统及其外围模块电路；2.学习DS18B20温度传感器的单总线协议；

3.调试各个功能模块的程序，使该系统能够测量并显示温度值；4.检测系统的功耗。

二．本课题拟采用的研究手段：

拟设计的研究方案框图如图3所示。

DS1B20传感器

Msp430单片机

时钟

复位系统

电源系统

LED显示及报警

图3

方案的总体设计框图

该方案选用DS18B20作为温度传感器、MSP430为主控制器，并将温度值显示在LCD显示屏上。传感器根据温度的变化输出一定的模拟数字信号，该信号进入MSP430中，此过程需要系统内的定时器按照一定的频率控制不断循环运行，从而达到实时采集的目的，采集后的温度值存储于FLASH中。最后，经LCD液晶显示屏把温度显示出来，并在必要的时候报警。

三．相关软件环境和开发平台

软件平台：电路原理图、PCB板图制作软件PROTEL

99SE；MSP430相关的软件编程环境

IAR

硬件平台：万用表、示波器、计算机等

毕

业

论

文

开

题

报

告

指导教师意见：

X同学通过检索大量的温度传感器及温度测量电路的相关论文资料，对本课题的研究背景、研究意义、国内外研究现状的相关理论都有了基本的了解。

本设计拟采用MSP430芯片完成对温度的测量，同时涉及单片机最小系统及低功耗的设计。开题报告书写条理清晰、思路明朗、结构紧凑、有着重点。

该方案合理可行，同意开题。

指导教师：

****年**月**日

所在系审查意见：

系主任：

基于单片机的温度报警系统报告 第3篇

1.1 系统设计思路

本设计题目为语音温度计, 因为要用单片机去完成程序控制以及数据转换, 故外围电路设计较简单。硬件设计可分为:核心控制CPU、环境温度采集、数码管显示、语音播报、键盘以及超量报警[1]。硬件电路的系统框图如图 1 所示。

1.2 方案选择

基于图 1 的框图介绍, 可了解到语音温度计设计的各种模块。每一模块均有一个核心器件, 对于该器件的选择在某种程度上决定了设计方案的选择[2]。

(1) 由于是利用单片机控制电路, 因此在电路中, 单片机控制处理器为核心器件[3]。在该设计中可使用 AT89C2051、 AT89S51 以及凌阳公司生产的16位单片机等。但考虑到各种因素, 设计选用AT89S51单片机作为核心控制CPU。

(2) 要设计温度计便要有温度采集, 可以采集温度的途径较多, 文中采用达拉斯 (Dallas) 公司生产的单线数字温度传感器DS18B20, 其可使温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理, 且外围电路简单、实现方便。

(3) 要弥补之前用视觉单一解决问题的缺陷, 可采用美国ISD公司出品的新型优质单片录放音电路实现语音播报功能, 该功能采用直接模拟量存储技术DAST来完成语音的录入、存储及分段输出。因此失真小、使用方便、不需专用语音开发工具且成本低廉, 所以得到了广泛使用。

(4) 在语音播报时需考虑音量的大小, 设计采用LM386音频功率放大器来实现音量大小的调节。语音芯片输出的声音大小无法直接改变, 需通过外围电路对其进行放大, 因此在外围电路添加一个放大的音频功率电路, 在此电路中应用LM386既可实现音量放大且造价低廉、操作方便易实现, 因此选择该系统来控制音频。

(5) 显示技术是传递视觉信息的技术, 由于LED数码管显示器的寿命较长、价格低廉且显示清晰, 所以在设计中选择LED显示环境温度[4]。

1.3 系统电路的软硬件设计和模块原理

系统电路的软硬件设计和模块原理, 如图2～图5所示。

2 各单元的建立

2.1 核心控制CPU的介绍

AT89S51是一种低损耗、高性能、CMOS 8位的微处理器, 片内有4 kB的在线可重复编程快擦快写存储器, 可重复写入或擦除1 000 次, 数据可存储10年。其与MCS 251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 251 系列单片机, 且功能多于MCS 251系列。AT89S51可构成单片机最小应用系统, 缩小系统体积、增强系统的可靠性且降低了成本。只要程序长度≤4 kB, 4个I/O 口全部为用户提供。可用5 V 电压编程, 且擦写时间仅需10 ms, 仅为8751/87C51 擦除时间的1 %, 与875/87C51 的12 V电压擦写相比, 不易损坏器件, 并无两种电源的要求, 且改写时无需拔下芯片, 适用于众多嵌入式控制领域。

2.2 键盘控制模块

单片机应用系统中除复位按键有专门的复位电路及复位功能外, 其他按键或键盘均是以开关状态来设置功能或输入数据的。因此, 这些开关不仅单一用于电平输入。

当所设的功能键或数字键按下时, 计算机应用系统将完成该键预设的功能。因此, 键信息输入是与软件结构相应的过程。对于某些应用系统, 键输入程序是整个应用系统的核心。图6为单片机键盘扫描框图。

对于一组键或一个键盘, 总有一个接口电路与CPU相连。通过软件了解键输入信息, CPU可采用中断或查询的方式了解是否按下按键, 并检查按键。当有键按下时, 便执行该键的功能程序。

2.3 温度采集模块

(1) 设计采用DS18B20作为数据采集器, 其精度可精确到0.062 5, 可进行环境温度的测量。DS18B20是美国Dallas公司生产的单总线数字温度传感器, 可将温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理, 而且可在一条总线上挂接多个DS18B20芯片, 构成多点温度检测系统无需任何外加硬件。DS18B20 数字温度传感器可提供9～12 位温度读数, 读取或写入DS18B20 的信息仅需一根总线, 总线本身可向所有挂接的DS18B20 芯片提供电源, 无需额外电源[5,6]。

(2) 温度传感器与单片机的接口。设计中, 传感器的DQ端连接单片机AT89S51的P1.0端。其测量温度子程序的流程图如图7所示, 可根据流程图以及DS18B20测量温度的基本指令来编写程序。

2.4 语音录放模块

ISD1400系列语音芯片是美国ISD公司的新产品, 图8是其原理框图, 包括时钟振荡器、低噪前置放大器和差分功率放大器等电路。ISD1400系列语音芯片采用直接存储模拟信号、自动待机省电、可编程电擦除和读写存储等技术。

2.5 数显电路模块

数码管使用的是4位共阳极的LED数码管, 公共端都经过PNP三极管连接电源, 由单片机的P2.0～P2.3接口控制三极管的基极。当基极为低电平时三极管导通, 对应的数码管点亮并显示相应的数值, 如图9所示。

3 结束语

温度监控报警系统可实现以下功能: (1) 可在0～90 ℃之间设定, 标定温差为xx。 (2) 当温度未在设定范围内时会自动报警并发送无线信号, 发送距离>10 m。 (3) LED数码管可较为准确地显示实际温度。 (4) 通过按键可设置温度和语音播报, 语音可完成远距离传送报警信号。

摘要：设计了一款用于温度监控报警系统, 采用DS18B20温度检测, 可自动将采集的温度信号转化为数字信号串行输出。采用单片机80C51作为主控制系统, 可接受采集转化后的数字信号。通过按键可设定温度测量范围的上、下限, 并可开机自动复位。数显采用4位LED动态扫描显示相应的温度值。语音播报采用ISD1420, 将数显温度值用语音的方式播报。

关键词：单片机,DS18B20,ISD1420,80C51

参考文献

[1]白驹珩, 雷晓平.单片计算机及其应用[M].成都:电子科技大学出版社, 1997.

[2]朱定华.单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[3]谭家玉.单片机原理及接口技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2003.

[4]郭强.液晶显示应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[5]邓鹏.基于单片机的家用电话远程遥控装置设计[J].电子科技, 2011, 24 (12) :79-81.

基于单片机的温度控制系统设计 第4篇

关键词：单片机；温度传感器；设计；检测

随着人们环保意识的增强，人们对温度越来越重视，温度的测量与控制也被提升到了一定的高度，逐渐变得越来越重要，然而在实际测量与控制环节当中仍然存在着很多问题，通过哪些方法手段对温度进行实时采样，在传输过程中还要保证数据的正确性，而且还要采取方法手段对所测温度场实行较为精确的控制，是目前温控系统面临的重要问题。在实际操作中，单片机的控制方便、使用简单与灵活性强等优点能够做到对温度实行相应的控制，通过相应的技术性能指标来完善温度控制系统，这样对产品的质量与数量有着很大的提升作用。

一、单片机的温度控制系统的功能及工作原理

（一）单片机的温度控制系统的功能。单片机作为温度控制系统的核心元器件，对产品生产过程进行温度控制发挥着重要的作用，单片机在此系统里功不可没。在控制功能进一步细分的基础上，我们不难发现单片机的温度控制系统的主要功能就是可以对温度进行检测，然后将检测的数据通过一定的传输介质传送给监控人员，操作人员在进行系统设置的时候发挥着重要的作用，他可以随时调整温度适应不同的温度控制系统的应用场所，一旦温度不符合标准，系统在没有人为的干预下自动将温度调节标准温度，保证产品生产所需的温度，在适度的温度下实现产品生长。

（二）单片机的温度控制系统的原理。传感器在捕捉温度信息发挥着重要的作用，通过传感器转换成电压信号，并对电压信号进行放大，单片机就会将其控制到处理的范围以内。在这个时候，信号经过数字滤波以后，标度就会逐渐转换出来，并通过把温度显示出来。与此同时，当实际检测到的温度值与之前设定的温度值进行比较。在通过输出控制量的数值，来进行导通的时间以及加热的功率的优化，从而能有效的调节温度环境。在整个温度控制系统设计中，单片机做整个系统的重要组成部分，并对温度进行实时的检测，并对检测结果进行控制，该系统的应运用来解决工业以及日常生活中对温度控制的问题。主要的目的就是为了能够达到检测和控制温度的目的，使测控的精度更加准确，该设备的应用使整个系统稳定性好、可靠性高并且速度较快，具备灵活性。

二、基于单片机的温度检测方法

在实际的生产生活中，半导体模拟温度传感器是测量温度的主要方法，这种传感器通过测量的温度信息通过一定的方式转换成电压或者电流，传感器输出的电压或电流与温度在一定范围存在着关系，主要呈线性关系。这种通过测量温度与电压或电流之间的相互转换，可以实现对温度的可视化，无形中实现对采样信息的放大。

热电偶是温度测量的另一种方法，这种测量方法没有半导体模拟温度传感器测量法强大，在具体的应用中，热电偶测量法弥补了半导体模拟温度传感器测量法的测量精度问题，该方法测量的精度是相当高的，但是在精度测量高的基础上测量过程相对复杂，测量工作持续的时间长，由于热电偶测量方法在测量过程中要使用电路，受到外界不确定因素的干扰比较大，容易出现较大的测量误差，给使用者带来不必要的麻烦。

温度检测方法的分类根据不同的标准分类是不一样的，按照敏感元件和被测介质接触与否，可以分为接触式与非接触式两大类，这两类检测方法的每一种温度检测方式在一定程度上具有相应的检测区间。接触式温度检测方法主要是基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表以及基于热电效应的热电偶温度检测仪表，非接触式温度检测方法主要是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系。基于单片机的温度控制系统，在单片机的外部添加各种接口满足系统的需要，对不同环境下的物质温度进行不定期的检测与显示，并且根据检测的实际场所的情况进行调整，当检测的温度超过一定标准就就进行报警，并做好相关的提醒记录，便于今后工作人员查询与使用。

三、温度控制系统的设计

（一）硬件电路的开发与应用。硬件电路是整个温度监控系统中的重要组成部分，在研究与开发过程当中，在系统控制中把单片机作为主机，然后再将传感变送器、多路开关等设备有效的结合，再充分结合相关转换器与调节阀等各种操作设备，当这些设备有效结合在一起的时候就能够达到预先设定的目标，可以轻松实现对于某些环境的温度进行自动控制目的。也可以根据内外部环境的不同增加键盘、报警电路与显示电路等各种设备，以便可以更好完善系统的实际功能。

（二）软件开发与应用。系统的操作软件也是通过语言进行交流的，该系统主要是使用C语言实现，对单片机也是用C语言编程达到各种功效。主程序对各个模块进行清晰划分，并用语言将各个模块串联起来。主程序的主要功能是通过一定的程序监测温度，并在不同时段进行实时显示、读出并且处理。它的功能还有控制芯片的测量当前温度值，同时负责调用各个子程序使其达到有效配置和优化。系统依据不同时段监测结果进行比较，对比较结果进行自动调节控制。假如实际测量的温度与预先在系统设置的温度出现一定的偏差，系统会根据不同的措施调整偏差，并达到预期的目的。

（三）温度检测的开发与应用。热电偶传感器的应用，无疑中对温度系统实现温度检测又一突破。它也是传感器的一种。该传感器的高精度是很多传感器无法比较的，这种传感器不仅质量好而且价格便宜。该传感器整体构造简单，测量的范围广等特点，决定了它的反应速度是非常理想的。热电偶传感器也有自身的缺陷，它输出的电压信号仍相对比较微弱，识别的电压范围很窄，所以在处理这种问题时，就是要对信号进行一定程度的调节处理，然后经过使用高放大倍数的电路来实现。

结束语：基于单片机的温度控制系统正是研究人员研究的如火如荼，并且应用到各行各业的温度控制的系统。它的应用不仅能够实现对环境温度的实时有效的检测，并能根据检测结果进行精确测量。这系统的自身特点，在宏观上能够提升社会的生产效率，在微观上能够极大地方便使用者实现查询操作，该温度控制系统具有很高的推广价值，将来的应用前景一定非常广泛。

参考文献：

[1] 吕俊亚. 一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J]. 计算机仿真. 2012（07）

[2] 夏发钦. 基于单片机的精密温度控制系统的设计与实现[J]. 信息技术. 2011（10）

基于单片机的温度报警系统报告 第5篇

一、本课题的内容及研究意义

1、论文研究的目的和意义

如今，照明电路的数量越来越多，使得城市街道、小区内的路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备有不能正常工作。

所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此智能节能路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。本论文旨在设计一套对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压的控制系统，它能对路灯进行稳压、调压、自启动并延长路灯寿命的作用。

2、论文研究内容

本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试、完成整个系统功能。主要内容如下：

(1)根据控制技术的特点，进行路灯系统设计的整体研究与设计。 (2)针对光线和电压信号的采集，采用数据采集技术。

(3)通过按键可对相关的参数值进行设置，从而实现对不同时间进行不同的开灯模式。

(4)当电压符合额定电压时，系统自动进行稳压。 (5)在午夜之后降低电压以调节路灯亮度，实现调压。

二、本课题的研究现状和发展趋势

目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。

我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。

另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的`使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在1小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏，还会造成不必要的电费开支。

而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。本设计通过使用AT89c51单片机对系统进行智能控制，使系统达到自动启停及智能调压。

近年来，随着科技的不断发展，各种路灯控制器也被不断的研究出来。其中，美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器荧光灯两个方面。而我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果。

综上所述，未来的智能路灯控制必将向着更安全、更环保、更节能、更高效率的方向发展。

三、本课题的研究方案及工作计划

1、设计方案

本次课程设计是由传感器通过外界光信号的强弱来产生电压信号，再由单片机控制实现路灯的自动启停及智能稳压。本设计通过使用AT89c51单片机芯片来设计电路，编制程序，仿真，调试，完成整个系统的功能。整个控制系统主要包括四个模块：信号采集模块、数据处理模块、稳压模块和控制模块。

2、技术路线

设计要求采集输入电压信号，通过A/D转换后输入控制器，当外界光信号的强度低于一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通过软启动关闭路灯，并将采集输入电压信号，与已设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，再通过时钟电路对路灯亮度进行调节，在午夜之后对路灯亮度进行降低，最后达到节电稳压。技术方案如下图：

外部光线强度光敏电阻AT89c51单片机A/D转换器继电器驱动

键盘控制LED显示报警电压放大三端稳压器路灯

3、关键问题

(1)信号采集电路设计

该模块需要检测环境光的变化，根据环境光的明暗进行路灯开关的自动控制。基于此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进行检测。光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。在不同的光强下，光敏电阻的电阻值会发生明显变化，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光通过检测不同光强下电阻值的变化量来控制路灯的开和关。

(2)稳压模块设计

通过采集三端稳压器输出的电压并将该电压与设定电压进行比较，进而调整输出电压的大小，达到稳压的目的。本设计使用美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路LM317。

(3)时钟电路设计

为实现路灯对电压进行智能补偿，从而达到智能调压，本设计采用美国DALLAS公司的实时时钟电路DS1302，该芯片一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与cPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。另外该芯片有备份电源引脚，可以在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性。

3、时间安排

(1) 20xx.2.20—20xx.2.29查阅相关资料，理解设计任务书。

(2) 20xx.3.1 —20xx.4.1搜索资料，完成开题报告。

(3) 20xx.4.1 —20xx.4.20硬件调试，排除故障直至满足设计要求。

(4) 20xx.4.20—20xx.5.10软件调试，排除故障直至满足设计要求。

(5) 20xx.5.10—20xx.5.30 整理资料，按要求撰写论文，完成初稿。

(6) 20xx.6.1—20xx.6.20论文整定，最终定稿，准备答辩。

四、主要参考文献

[1]查兵，崔浩.单片机原理[J].中国高新技术,20xx年1期

[2]李健，蒋全胜，任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机,20xx年6期[3]金仁贵.单片机应用系统的开发方法[J].电脑知识与技术：学术交流,20xx年12期

[4]严怀龙.基于单片机的数据采集系统[J].广西轻工业,20xx年6期

[5]王虎城，周晋军，皮依标，叶振华.基于光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计[J].科技广场,20xx年1期

[6]王立红.基于单片机的智能路灯控制系统[J]. 网络财富,20xx年6期[7]王皑，佘丹妮.基于单片机的模拟路灯控制系统设计[J].仪表技术,20xx年11期[8]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社,20xx [9]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,20xx

[10]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,20xx [11]程德福，林君.智能仪器[M].机械工业出版社,20xx

[12]刁鸣.常用电路模块分析与设计指导[M].清华大学出版社,20xx

五、wuAT89c51的介绍

1、描述

AT89c51是一个低电压，高性能cMoS 8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PEnRoM）。这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与McS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89c51单片机能够被应用到控制领域中。

2、功能特性

AT89c51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/o口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89c51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。

3、引脚描述

Vcc：电源电压GnD：地P0口

P0口是一组8位漏极开路双向I/o口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。

4、P1口

P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/o口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。

5、P2口

P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/o口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。

6、P3口

P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/o口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。

P3口除了作为一般的I/o口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

端口引脚P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7第二功能RXD TXD InT0 InT1 T0 T1 WR RD P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。

7、RST

复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。

8、ALE/PRoG

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对

特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MoVX和MoVc指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

9、PSEn

程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89c51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEn有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEn信号不出现。

10、EA/VPP

外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，cPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。 XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。

11、时钟震荡器

AT89c51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。外接石英晶体及电容c1，c2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容c1，c2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF±10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。

12、内部振荡电路、外部振荡电路、闲散节电模式

AT89c51有两种可用软件编程的省电模式，它们是闲散模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器Pcon中的PD和IDL位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是闲散等待方式，当IDL=1，激活闲散工作状态，单片机进入睡眠状态。如需要同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。在闲散工作模式状态，中央处理器cPU保持睡眠状态，

而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内随机存取数据存储器和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。闲散模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止闲散工作模式的方法有两种，一是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL被硬件清除，即刻终止闲散工作模式。程序会首先影响中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序，并紧随RETI指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入闲散工作模式，那条指令后面的一条指令。二是通过硬件复位也可将闲散工作模式终止。需要注意的是：当由硬件复位来终止闲散工作模式时，中央处理器cPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止中央处理器cPU访问片内RAM，而允许访问其他端口，为了避免可能对端口产生的意外写入：激活闲散模式的那条指令后面的一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。

13、掉电模式

在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在中指掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将从新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效切必须保持一定时间以使振荡器从新启动并稳定工作。

14、闲散和掉电模式外部引脚状态。

模式闲散模式闲散模式掉电模式掉电模式程序存储器内部内部外部外部ALE 1 1 0 0 PSEn P0 P1 P2 P3 1 1 0 0数据程序存储器的加密AT89c51可使用对芯片上的三个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）得到如下表所示的功能：

程序加密位1 2 3 4 U P P P U U P P U U U P没有程序保护功能禁止从外部程序存储器中执行MoVc指令读取内部程序存储器的内容除上表功能外，还禁止程序校验除以上功能外，同时禁止外部执行保护类型当LB1被编程时，在复位期间，EA端的电平被锁存，如果单片机上电后一直没有复位，锁存起来的初始值是一个不确定数，这个不确定数会一直保存到真正复位位置。为了使单片机正常工作，被锁存的EA电平与这个引脚当前辑电平一致。机密位只能通过整片擦除的方法清除。

指导教师意见：

签名：月日

教研室意见

教研室主任（签章）：月日

基于单片机的温度报警系统报告 第6篇

0 引言

随着数字信息时代的不断发展，基于单片机的数据采集系统凭借结构紧凑、工作性能稳定、可扩展性好、功能丰富等优点，得到了充分的重视和广泛的应用。人是恒温动物，人体的肝、脾、胆以及血压、血液成分等会随着气温的变化受到不同程度的影响，舒适的气温有利于健康。

本文针对室温对基于单片机的智能温度数据采集系统进行进一步分析和研究。该系统分为两部分：室温的数据采集器和监控室内温度的上位PC机。采集器基于STC15F2K61S2单片机，实现对室温的实时监测，显示及对相关设备进行控制，以达到控制室温的效果。

1 系统的总体设计

系统整个过程包括信号的采集、单片机对信号处理、采集数据的实时显示、温控设备的智能控制，最后将采集数据上传至PC机存储分析，系统原理如图1所示。系统包括前端的温度传感器、单片机、按键、数码管显示、空调等温控设备、PC机。其中，单片机是核心设备，主要完成采集信号的处理和转换，将转化后的数据信息显示在数码管上。同时，根据温度变化自动控制空调、风扇、暖气，并将数据存储到上位PC 机的数据库内，可显示当天室温变化的情况和历史变化趋势曲线，空调、暖气设备的使用状况。

1.1单片机I/Ο口分配

对于单片机控制下的智能温度采集系统而言，单片机是系统设计的.核心部分，合理使用单片机的I/Ο口资源是系统设计成功与否的关键。本系统将单片机的P0,P2口分别用于控制数码管的字位码和字形码，P1.0口用于将传感器检测的模拟信号输入至单片机内部的A/D转换器，P3.0和P3.1与上位PC机实现串口通信，P3.2~P3.4接按键，P3.5~P3.7接温控设备。

1.2 A/D转换模块

将温度传感器采样的信号进行数据采集，由单片机同时触发启动转换过程，转换完毕后读入单片机，并进行进一步的信号处理。本系统使用的ADC转换器模块为STC15系列单片机内部集成的8路10位高速ADC转换器模块，模拟信号输入端口设置在P1端口的8个引脚上，本系统仅使用P1.0作为模拟信号输入口。ADC转换器模块涉及的主要寄存器有：

(1)ADC控制寄存器ADC_CONTR(见表1)。

(2)A/D 转换中断有关的寄存器 IE(见表 2)。

EA:总中断允许控制位，置 1 开总中断。

EADC:ADC使能控制端，置1开ADC中断。

当EA =1,EADC =1时 ,ADC控 制 寄 存 器ADC_CONTR中的ADC_FLAG是A/D装换结束标志位，也是A/D转换结束的中断请求标志位。

该模块中主要包括两部分程序：ADC初始化程序和ADC中断服务程序。其中，初始化程序主要用于将P1口设置为ADC的输入通道，启动ADC转换器，并开启CPU中断，等待A/D转换结束的中断请求。程序设计流程如图2所示。

当A/D转换结束后，ADC转换器工作停止，同时相应的中断标志位ADC_FLAG被置为1,程序跳转至ADC中断服务程序入口，在ADC中断服务程序中，主要完成的工作为清除中断标志位，并计算出A/D转换的数字量，然后重新启动ADC转换器。ADC中断服务程序工作流程如图3所示。

1.3数据存储、分析模块

单片机采集到室温后，经过数据处理，需将结果上传给PC机做数据的存储和分析。由于上传的数据量较小，本系统采用串行口通信进行数据传送。上位机接收到实时数据后，需要将实时室温存储至数据库中，为历史数据的管理和分析提供可靠数据支撑。

本系统使用的数据库为SQL Server,通过JDBC提供的接口编写JAVA语言连接数据库并对数据库进行操作。数据存储流程如图4所示。

2 结语

单片机的智能温度采集与分析系统能够实时记录室内温度的变化情况，并能够在温度不适宜人体健康时智能控制温控设备，调节室内温度。

参考文献

[1]董巍巍，李钊，李建军。基于单片机的数据采集系统设计[J].计算机与网络，(12)：34-36.

[2]邢献芳，刘建华，郝绒华，等。基于单片机的数字式温湿度数据采集器的研制[J].冶金自动化，(Z1)：1013-1015.

[3]刘明龙，刘浩，王腾。基于单片机的智能数据采集系统[J].科技博比，(32)：167.

基于单片机的温度报警系统报告 第7篇

电气工程及自动化

基于状态观测器的蒸汽温度控制与诊断系统的设计（诊断部分）

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

锅炉是发电厂中实现能源转换的关键设备，同时也是能源消耗的主要设备。对锅炉生产过程进行有效的控制，不仅能够提高产品的质量，改善操作人员的工作环境和条件，而且可以提高锅炉的燃烧效率，达到节约能源的目的。为此，锅炉节能控制一直被列为我国控制领域一个重要的推广应用项目。锅炉系统是由制粉、给水、蒸汽过热、燃烧等多个子系统构成的母系统，而蒸汽过热系统则是锅主蒸汽温度控制直接影响到火电厂的热效率和设备的安全运行，因此，主蒸汽温度控制系统是全厂的重要控制系统之一。

目前，蒸汽温度控制方法繁多，大致可以分为以下方法：

1．串级控制方法：串级控制系统采用两个检测变送器和两个调节器，他把前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个串级控制系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。在工业上常常用来克服被控过程较大的容量滞后，在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，尤其当被控对象是温度时，控制要求较高，利用串级控制系统的二次回路可以改善过程动态特性，来解决单回路控制系统不能满足生产工艺的要求的问题。

2．PID控制方法：在工业生产中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器诞生到现在已经将近有70年的历史了，因为他的结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，它的应用很广泛，因此它成为了工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不是完全被我们掌握，或者我们在设计时找不到精确的数学模型的时候，或者控制理论的其他技术难以采用的时候，系统控制器的结构和参数必须要依照经验和现场调试来确定，也就是说当我们不完全了解一个系统和被控对象，或者不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合采用PID控制技术。

3.人工智能控制与自适应系统：自适应控制系统，能在系统和环境的信息不完备的情况下改变自身特性来保持工作效果的控制系统，信息不完善表现在系统和环境的特性或其变化规律的不确定性。自适应系统中采用有目的性的搜索方法，通过对环境的观察和对已有条件的分析，在采集和加工信息的基础上学习和改进以减小不确定性，从而模仿人的设计过程，自动地调整系统的结构和参数，来达到改善控制效果的目的。适应性是生物机体的基本特性之一，无论生物个体还是整个物种，都是依靠适应性才能在长期进化的过程中形成相对较完善的控制功能。我认为自适应控制系统和人工智能控制有一定的相似点，所以放在一起讨论，人工智能控制是一种新生的控制方法，它是通过专家系统积累的知识在环境和信息不完备的情况下能相对只能的控制被控对象，它和自适应系统一样都需要通过计算机来实现控制，它通过计算机来控制一些工业生产把人从一些相对较危险或工作条件较差的工作环境中解脱出来。

目前，大型机组的主蒸汽温度控制主要采用串级控制这种方案。所要控制的主蒸汽温度就是过热器的出口汽温。现今，广泛采用的控制方式是应用喷水来控制这个出口汽温。对于喷水减温这种控制方式，喷水量扰动就是基本扰动了。在基本扰动下主蒸汽温度有较大的容积迟延，而减温器出口蒸汽温度却有明显的导前作用。所以根据串级控制系统的设计原则：副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；副回路应具备超前控制作用。因此，构造的串级控制系统以减温器出口汽温为副参数，以过热器出口的主蒸汽温度为主参数。锅炉炉系统安全正常运行，确保蒸汽品质的重要部分，控制锅炉蒸汽温度的意义：蒸汽温度过高将危及锅炉过热器和汽轮机的安全,蒸汽温度过低会降低发电厂循环效率，并使汽轮机排汽湿度增大，影响安全运行。因此，蒸汽温度必须严加控制，电站锅炉的过热汽温的允许波动范围为额定汽温的正负5度内。在温度控制方面锅炉过热器和再热器出口蒸汽温度是单元机组运行中必须保证在一定范围的重要参数。随着机组容量的增大，过热器和再热器管道也随之加长，这就使得其热惯性和调节滞后都大大增加，从而造成汽温控制系统投自动困难，或被调参数的动、静态品质指标差。为此人们作了许多有益的尝试，如采用自适应控制可将一台亚临界汽包炉的主蒸汽温度偏差控制在4

℃

左右；如提出了一种离散时滞系统自适应预估控制算法，并应用于一台

650t/h

直流炉再热汽温的控制，在变工况运行过程中将再热汽温控制在±

℃的偏差之内。

但是现实是采用自适应控制技术需要对被控对象的动态特性进行辨识，目前通用的计算机分散控制系统（DCS）中还没有提供一套对被控对象进行实时动态地系统辨识的软件工具，其次在应用领域真正能够掌握和运用自适应控制技术的人才也很缺乏。

鉴于此，人们研究了另外一种控制方案，该方案将现代控制论中状态反馈和状态观测器理论与传统的PID

控制相结合，既克服了

PID

对大滞后对象控制效果不理想的缺点，同时又具有在目前的DCS

系统中易于实现的优点。虽然在设计状态观测器时同样需要掌握被控对象的有关知识，但它并不一定要求确切地知道对象模型的定量的数据，对系统辨识这一难点问题作了一定程度的简化处理。

本课题是基于状态观测器的蒸汽温度控制和检测系统的设计，因此将采用上述的将现代控制理论中的状态反馈和状态观测器理论和传统PID控制系统相结合的方法进行设计。它能具有克服PID控制系统对大滞后被控对象控制效果差的缺点也能具有在目前DCS系统中易于实现的优点。并且它不需要确切的知道对象模型的定量和数据，能降低建模的时候遇到的困难。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

（1）查找相关资料，熟悉现有的基于状态观测器的蒸汽温度检测与控制系统的发展情况。

（2）熟悉锅炉蒸汽温度控制系统的情况，提出新的控制方案。

（3）进行基于状态观测器的蒸汽温度控制与诊断系统的设计。

（4）总结得出结论。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解传统的锅炉蒸汽温度控制技术。

(2)分析相关的蒸汽温度控制的技术。

(3)基于状态观测器的蒸汽控制和诊断系统设计。

(4)分析控制效果。

(5)总结得出结论。

措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献

[1]

吴忠强，刘志新，魏立新等.控制系统仿真及MATLAB语言[M].北京：电子工业出版社，2009.[2]

罗万金.电厂热工程自动调节[M].北京：中国电力出版社，1991.[3]

刘豹.现代控制理论[M].北京：机械工业出版社，2000.[4]

张武，王玲芳，孙鹏.译，基于MATLAB的线性控制系统分析与设计[M]。北京：机械工业出版社，2008.[5]

丁俊宏.基于状态观测器的主汽温控制与诊断系统的研究[D].华北电力大学硕士论文，2003

[6]

翟少磊.基于状态反馈的主蒸汽温度控制系统的设计[D].华北电力大学硕士论文，2007.[7]

张德丰.MATLAB控制系统设计与仿真[M].电子工业出版社,2009.[8]

金以慧.过程控制[M].北京：清华大学出版社，2000.[9]

薛定宇，陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学版社，2002.[10]

张晓华.控制系统数字仿真与CAD[M].北京：机械工业出版社，2005.[11]

基于单片机的温度记录系统 第8篇

目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至仪表之间通常都要用专用的温度补偿导线,而温度补偿导线的价格很高,并且线路太长,会影响测量精度,这是直接以模拟量形式进行采集的不可避免的问题。在实际应用中,往往需要对较远处的温度信号进行监视。为此,设计了一种用单片机与数字温度传感器集成的方案,它可以以更低的成本和更高的精确度实现温度检测[1]。

1 系统综述

系统硬件设计以Atmel公司的AT89S52单片机为核心,主要由电源电路、复位电路、晶振电路、串口通讯电路、温度传感器电路、12864液晶显示电路、I2C存储器电路以及按键输入电路构成[2]。温度采集电路采用单总线数字温度传感器实现温度采集,可设计为一路或多路;温度存储电路采用I2C接口E2PRPOM存储芯片,以实现数据记录;液晶显示电路采用图形点阵液晶显示器,以实现温度的即时显示。同时配以键盘输入电路,可以接收用户指令输入,随时改变工作模式,或查询任意时间的温度数据[3]。

2 硬件系统设计

硬件电路设计总体结构图如图1所示。由+5 V电源电路、手动复位电路、晶振电路(11.059 2 MHz)构成单片机最小系统,完成单片机的基本运行需求。串口电路用于通信,实现与主机的交互。温度采集电路、1602液晶显示电路、I2C存储器电路为该设计的三个核心模块,实现主要设计功能,同时实现按键输入电路。

2.1 温度采集电路设计

该设计采用Dallas公司生产的3引脚T0-T2小体积封装温度传感器DS18B20。DS1820是美国Dallas半导体公司推出的第一片支持“单总线”接口的温度传感器。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,可直接将温度转化成串行数字信号,供微机处理[4]。

温度测量范围为-55~+125℃,可编程为9~12位A/D转换精度,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。测温分辨率可达0.062 5℃,其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生,易于系统集成[5]。多个DS18B20可以并联到三根或两根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路[6]。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。温度传感器电路图如图2所示。

2.2 I2C存储器扩展电路设计

I2C总线(Inter Integrated Circuitbus)包括一条数据线(SDA)和一条时钟线(SCL),是单片机系统常用的总线结构[7]。这种总线结构尽可能地节省了单片机I/O资源,为多路温度采集保留了最大的扩展空间。

该设计中采用的存储器AT24C16是Atmel公司生产的I2C接口E2PROM芯片。AT24C16中带有片内寻址寄存器。每写入或读出一个数据字节后,该地址寄存器自动加1,以实现对下一个存储单元的操作,且所有字节都以单一操作方式读取。为降低总的写入时间,一次操作可写入多达8 B的数据。I2C存储器电路图3所示。

2.3 液晶显示电路设计

液晶显示电路采用1602带字库液晶实现。这一液晶模块,接口功能明确,操作简单,简化了电路设计,自带字库极大地方便了显示操作的实现[8]。

3 系统功能实现

系统软件设计主要有两项任务,是用于不间断记录温度数据;二是用于接收用户输入,响应用户指令。

温度记录程序中每隔固定时间间隔采集温度数据,将温度数据与当前时间一并记录。若不扩展实时时钟芯片,可用软件方式,依据时间间隔计算转换得到当前时间,避免使用时钟芯片增加系统成本。对于用户按键输入,以外部中断方式予以响应[9]。

该设计中没有采用操作系统,因此,多任务的调度是系统功能实现的关键之一。该设计没有输入中断产生时,为普通单任务系统;中断产生时,工作在多任务模式下。因此,中断产生后,两个任务模仿Linux操作,系统系多线程工作模式实现调度。

由于单片机工作频率所限,加之温度传感器为单总线串行器件,读/写占用时间周期相对较长,因此系统应考虑环境温度变化的剧烈程度[10]。

4 结语

该设计可以实现温度数据的采集与长时间数据记录,既可以单独采样其中任意一路,也可以实现多路同时采样,同时可以与主机交互。该系统的整个运行过程在同一地点进行集中监控,方便又节省人力,实现了温度的采集、显示、存储于一体的集成记录功能。设计使用的外围元件较少,具有设计简单,扩展灵活,功能较全面等特点。

摘要：介绍一种基于单片机和数字温度传感器的多路温度采集、记录系统的软、硬件实现方案。系统硬件设计以At-mel公司的AT89S52单片机为核心,选择高性价比元部件完成电路设计,通过数字温度传感器DS1820实现温度采集,以1602字库液晶实现数据实时显示,并将温度数值存储在I2C接口芯片AT24C16内。系统可以实现单路、多路温度的自动定时采集与保存。设计使用的外围元件较少,具有设计简单,扩展灵活,功能较全面等特点。

关键词：AT89S52,温度采集,LCD显示,I2C接口芯片

参考文献

[1]夏大勇,周晓辉,赵增,等.MCS-51单片机温度控制系统[J].工业仪表与自动化装置,2007(1):43-46.

[2]钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用[J].北京:人民邮电出版社,2007.

[3]管力锐.单片机在大型粮库温度测量中的应用[J].长春光学精密机械学院学报,2000,23(2):52-55.

[4]王俊杰.DS18B20在粮仓测温系统上的应用.郑州轻工业学院学报,2007,22(5):83-85.

[5]余瑾,姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].微计算机信息,2009,25(8):105-106.

[6]李钢.1-Wrie总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技术,2005,28(21):77-79.

[7]何力民.I2C总线应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.

[8]连林珍.单片机控制SED1353实现LCD显示[J].仪表技术,2007(5):27-30.

[9]张建军,郑和喜,李兴军,等.交互式PID温度控制系统的设计[J].华北航天工业学院学报,2000,10(1):55-59.