以单片机为核心器件的温度测量仪器的研究

第一章绪论

1.1概述
在现代中我们对温度能够进行的一个是测量一个是控制。传统的温度测量方法一般是用温度计来进行的，例如室温的测量我们用室温温度计，体温的测量用体温温度计，但是对于需要随时都能了解温度变化的场合下，这样的办法就会耗费大量可同资源，比如人力、物力等等，况且，对于变化非常快的温度的测量要想做到同步及时的测量，也可以说是一件非常困难的事情，很有可能充斥着极大的误差。再有，利用人工进行读数十也会产生误差，人为因素也会在读取测量数据的误差中占有很大的比重，所读取到的测量数据在生产中很有可能失去了意义，导致生产生活环节的不安全，效率低，浪费能源等等。
因此在很多的生产生活中测量温度的目的都是为了更好的控制温度，那么除了准确的测量之外，就是利用测量出的数据来对温度进行控制。而在实际的生产生活环境下，对于温度的控制无非是让温度增高或者降低，增高需要对周围环境加热，而降低需要对周围环境进行制冷。如今，微电子、微计算机技术发展的今天，利用微机测量和控制温度的技术得到了广泛的应用，其逻辑结构简单、控制灵活、使用便利以及性能稳定，性价比高的特点使得这样的技术发展迅猛。在电力、军事、交通、农业、石油化工、电讯等各个领域都得到了广泛的应用。
在日常生活中，比如空调、冰箱、微波炉等等家用电器社会都利用的是这样的测温控温技术，而很多的技术都用到了单片机控制。单片机也叫做单片微型机计算机，指集成在一个芯片上的微型计算机，集成有cPu、ROM、RAM、FO接口电路、定时计数器等，从而构成了完整的微型计算机。其具有体积小、重量轻、耗电少、安全性高、使用灵活等优点，利用单片机进行温度的测量是控制，很大程度上提高了温度测量和控制的可靠性、灵活性。但单片机自身是不能对温度进行直接的测量和控制的，需要利用外加的扩展接口电路、传感器、模数转换器、外部设备、被控对象等硬件和软件来进行测量和控制。因此需要对单片机进行研究设计来形成单片机的定时温控系统。

1.2工程背景及意义
随着社会的发展，在工作生活中经常会碰到与时间相关的矛盾事件例如某日下午需要熬煮一个菜品，可是此时正好有事情要出门，这就是一对突出的矛盾.要解决这个矛盾，就必须有一个自动装置，能根据经验对熬煮这个过程进行定时或对其进行温度控制当然生活中还有许许多多这方面与时间、温度相关的例子，这就给我们的研究提供了广阔的应用前景。温度控制是一项琐碎，复杂而又十分细致的工作，湿度控制的工作量很大，一般不允许出错，如果实行手工操作，温湿度控制须人手进行大量复杂的工作，这就会耗费工作人员大量的时间和精力，计算机进行温度控制时，不仅能够保证温度准确无误，而且快速及时，便于工作人员进行随时的监督与控制。同时计算机具有手工管理所无法比拟的优点。北方的冬天非常寒冷，人们会在2一3米的地下挖菜窖来储存菜品，在地下挖菜窖的好处是地下温度较地上高，不用供暖就可以储存蔬菜，不至于使蔬菜冻坏。但是地下菜窖有着极大的危害性，长期密封不透气的地下菜窖，由于蔬菜细胞呼吸作用消耗氧气释放二氧化碳，菜窖中缺乏氧气，人进入到菜窖中会因为缺氧而晕倒甚至死亡的事件层出不穷，半地下菜窖安全性就较地下菜窖高了许多。但菜窖的温度会比地下较低，因此需要使用到可以使菜窖温度维持在蔬菜保鲜最好的0一5℃的加温装置。这种装置也适用于极冷天气下的地下菜窖，可以保证蔬菜的新鲜。基于此，本课题围绕应用于菜窖的基于单片机的定时温控系统展开设计与研究工作。该定时温控系统具有对温度的实时检测和控制功能，兼有定时、实时日历时钟、温度和时间数值的设定等功能。当然，关于时间、温度控制这方面，市面上也有类似的产品，但一方面其价格比较昂贵，动辄上千元，另一方面控制范围相对较小，没有可选择的余地，而且大部分是应用在生产过程中，影响该类产品在社会生活中的推广和应用.我们的研究就是针对其他产品的不足，结合系统的社会需求，利用实验室仿真软件，开发设计了相应的硬件电路和软件系统，并将其模块化、产品化，实现时间温度控制统的价格低廉化、可控范围扩大化、控制系统模块化，有利于将我们的研究转化为实用技术，从而加快该控制系统大众化，普及化。

1.3温度测控技术发展现状
在国外对于温度测量控制技术研究始于20世纪70年代。而我国的温度测控技术研究始于20世纪80年代。温度测控技术包括了温度的测量技术和温度的控制技术。
目前的温度测量技术主要的测量方法分成两大类别，一类是接触式的测温方法，另一类是非接触式的测温方法。接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，主要包括的测温方法有膨胀式测温，接触式光电、热色测温，电量式测温等等。而非接触式的测温方法不需要接触被测对象，包括激光干涉测温、光谱法测温、辐射式测温以及声波、微波测温方法等。

    1.4 本文主要工作及章节安排 ...................9-10
        1.4.1 本文主要工作 ...................9
        1.4.2 章节安排 ...................9-10
第二章系统硬件设计 ...................10-30
    2.1 系统总体设计概述 ...................10-12
        2.1.1 系统性能需求 ...................10-11
        2.1.2 系统组成 ...................11
        2.1.3 系统硬件总体设计 ...................11-12
        2.1.4 系统软件总体设计 ...................12
    2.2 系统硬件选择 ...................12-27
    2.3 系统硬件结构原理 ...................27-28
    2.4 控制方案 ...................28
    2.5 节电设计 ...................28-30
第三章 系统软件设计 ...................30-46
    3.1 系统软件主程序设计 ...................31-37
    3.2 控制算法 ...................37-39
    3.3 主要子程序设计流程 ...................39-46
        3.3.1 温度测量子程序 ...................39-41
        3.3.2 显示数据子程序 ...................41-42
        3.3.3 判断加热子程序 ...................42
        3.3.4 调整时间子程序 ...................42-46
第四章 系统调试 ...................46-51
    4.1 仿真器及开发软件 ...................46-49
        4.1.1 STAR51仿真器 ...................46-47
        4.1.2 星研集成环境软件 ...................47-49
    4.2 系统硬件调试 ...................49-50
    4.3 系统软件调试 ...................50
    4.4 运行结果与分析 ...................50-51

结论

本文首先在绪论部分，对论文的研究背景和应用价值进行了论述，并对温度测控技术的现状进行了分析研究，根据研究背景和温度测控技术的现状对定时温控系统的性能需求进行了分析、对硬件和软件进行了总体的设计规划。以及对本文主要工作做出了相应的部署和安排。
接下来在系统硬件设计部分，本文对系统硬件进行了详细设计，其中包括对系统设计所需硬件进行选择的方案，以及对选定的系统硬件中的各种器件做出了具体介绍。并对系统硬件进行了连接设计和原理说明，对控制方案进行了说明，根据系统应用特性对整个系统做出了节电设计方案。然后在系统软件设计部分根据软件编程的主要思想和需要遵循的要求，进行了模块化设计。分别对系统的主程序进行了流程规划和程序设计，对系统中设计到的恒温控制部分进行了原理说明和程序设计，最后对系统主要子程序的设计流程进行了说明。最后进行了系统调试，包括对本系统所用到的仿真器和开发软件进行了说明，对系统硬件和软件调试的重要性以及方法进行了研究。
本文主要研究的基于单片机的定时温控系统以AT89C51单片机为核心器件，配以DS12B80温度传感器，DS12887时钟芯片、BC7281A键盘显示芯片和固态继电器、翅片型加热管为主要硬件。通过汇编语言进行结构化编程，利用单片机P3.1引脚为控制端连接到固态继电器，采用PID控制算法对恒温部分进行控制的软件设计。