单片机的居里温度仪控制系统设计
摘 要本课题对当前大量居里温度仪相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了AT89C51单片机来作为控制器芯片，结合了S49E型霍尔传感器、DS18B20温度传感器等核心器件，设计了一款可以实现不同金属材料居里温度点测量、报警以及液晶显示等功能的居里温度仪控制系统，在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款居里温度仪控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、 引言 1
（一） 智能居里温度仪的发展背景 1
（二） 智能居里温度仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机 4
（三） 霍尔传感器模块介绍 5
（四） 温度传感器简介 5
（五） LCD1602型显示器概述 6
（六） 蜂鸣器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 居里温度仪系统的方案设计 8
（二） 最小系统设计 9
（三） 磁场检测电路设计 9
（四） 温度传感器电路设计 10
（五） 显示器外围电路设计 11
（六） 测量完毕提示电路设计 11
（七） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 居里温度仪系统的软件工作流程设计 13
（二） 磁场检测流程设计 14
（三） 温度传感器工作流程设计 14
1. 复位操作 14
2. 读数据操作 15
3. 写数据操作 15
（四） 显示器工作流程设计 16
1. 判忙函数?? 16
2. 写数据流程?? 17
3. 写指令流程?? 17
五、实物测试.18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 程序 24
引言
智能居里温度仪的发展背景
随着科学技术的不断发展以及新型金属材料不断被发现和合成，对于金属的居里温度参数成为了检测新型金属材料的重要环节，由于居里温度点的大小标志着该款金属材料的应用场合，如电饭煲和电热水壶的磁钢金属，这种金属材料的居里温度稍高于100摄氏度，磁钢具有磁性，在磁性的吸力作用下内部加热电路能够对锅内的实物进行加热，而当达到100摄氏度时磁钢瞬间失去磁性，内部弹性吸附元件在没有磁力下将断开，停止加热，这就是居里温度参数在生活中最典型和最有价值的一个应用。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和霍尔传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能居里温度仪控制系统。所谓“居里温度仪控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合霍尔传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现居里温度仪系统的自动控制特性。居里温度仪控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——霍尔传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将金属的磁场强度大小通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在霍尔传感器出现之前，磁场的测量几乎无法实现，人们的很多对于磁场测量的想法只能够停留在理论阶段。由于霍尔传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的居里温度仪系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的居里温度仪控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的居里温度仪控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型居里温度仪控制系统。
智能居里温度仪的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的居里温度仪系统进行研究，由于基本的居里温度测量已经实现了普及化，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手持仪器中，将能够很大程度的节约手持居里温度仪的电量开销。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现不同金属材料居里温度点测量、报警以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
而如果采用Altera公司或者赛灵思等公司推出的高性能FGPA器件来作为控制系统的核心处理器，那么将能够实现系统更高的集成度，许多硬件结构以及软件结构都能够通过程序的配置而在FPGA芯片内部实现，尤其是一些逻辑器件，FPGA在这方面最强。FPGA在开发成本相对51单片机来说较高，这不仅和FPGA高超的处理性能有关，而且还和FPGA造价昂贵的程序下载仿真器件有密切关系，另外笔者对于开发FPGA的VHDL等语言较为陌生，如果采用FPGA来作为主控处理器，那么必须花费一段时间来对VHDL语言进行熟悉，这样急促的毕业设计时间来说非常浪费。FPGA芯片在内部资源模块上相对于51单片机来说具有更多的功能，内置的IP核以及DSP处理核，能够辅助用户大大提高数字信号的处理能力，是51单片机所不能相提并论的，另外FPGA的IO管脚数量一般都能够达到100以上，是51单片机的数倍。
目录
一、 引言 1
（一） 智能居里温度仪的发展背景 1
（二） 智能居里温度仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机 4
（三） 霍尔传感器模块介绍 5
（四） 温度传感器简介 5
（五） LCD1602型显示器概述 6
（六） 蜂鸣器概述 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 居里温度仪系统的方案设计 8
（二） 最小系统设计 9
（三） 磁场检测电路设计 9
（四） 温度传感器电路设计 10
（五） 显示器外围电路设计 11
（六） 测量完毕提示电路设计 11
（七） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 居里温度仪系统的软件工作流程设计 13
（二） 磁场检测流程设计 14
（三） 温度传感器工作流程设计 14
1. 复位操作 14
2. 读数据操作 15
3. 写数据操作 15
（四） 显示器工作流程设计 16
1. 判忙函数?? 16
2. 写数据流程?? 17
3. 写指令流程?? 17
五、实物测试.18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 程序 24
引言
智能居里温度仪的发展背景
随着科学技术的不断发展以及新型金属材料不断被发现和合成，对于金属的居里温度参数成为了检测新型金属材料的重要环节，由于居里温度点的大小标志着该款金属材料的应用场合，如电饭煲和电热水壶的磁钢金属，这种金属材料的居里温度稍高于100摄氏度，磁钢具有磁性，在磁性的吸力作用下内部加热电路能够对锅内的实物进行加热，而当达到100摄氏度时磁钢瞬间失去磁性，内部弹性吸附元件在没有磁力下将断开，停止加热，这就是居里温度参数在生活中最典型和最有价值的一个应用。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和霍尔传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能居里温度仪控制系统。所谓“居里温度仪控制系统”，实际上是指通过单片机、DSP等微处理器作为主控器件，在处理器外部结合霍尔传感器、显示器、时间处理模块、音频模块以及其他功能而实现的一种微处理控制系统，通过相应的语言进行软件程序的编写，从而实现居里温度仪系统的自动控制特性。居里温度仪控制系统的出现是在电子技术以及传感器技术的飞速发展以及趋向成熟后的一个必然产物，其中主要的核心部件——霍尔传感器不仅依靠经过反复推敲的理论基础，并且需要结合到实际应用中，将理论基础映射到实际的电子线路中，将金属的磁场强度大小通过硬件电路来实现，并通过数字信号输出的形式来实现加速度值的检测输出。在霍尔传感器出现之前，磁场的测量几乎无法实现，人们的很多对于磁场测量的想法只能够停留在理论阶段。由于霍尔传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的居里温度仪系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的居里温度仪控制系统，可以看出要设计出一款性能卓越的居里温度仪控制系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型居里温度仪控制系统。
智能居里温度仪的国内外发展现状
目前国内外的很多企业或者高校实验课题小组都投入了大量的精力来对高性能的居里温度仪系统进行研究，由于基本的居里温度测量已经实现了普及化，然而要实现更高精度、更高灵敏度的检测性能，无论是国外还是国内都还有一段很长的路要走。国内的研究小组主要将研究重心放在了大幅度降低其功耗上，这样将其嵌入到智能手持仪器中，将能够很大程度的节约手持居里温度仪的电量开销。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现不同金属材料居里温度点测量、报警以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
而如果采用Altera公司或者赛灵思等公司推出的高性能FGPA器件来作为控制系统的核心处理器，那么将能够实现系统更高的集成度，许多硬件结构以及软件结构都能够通过程序的配置而在FPGA芯片内部实现，尤其是一些逻辑器件，FPGA在这方面最强。FPGA在开发成本相对51单片机来说较高，这不仅和FPGA高超的处理性能有关，而且还和FPGA造价昂贵的程序下载仿真器件有密切关系，另外笔者对于开发FPGA的VHDL等语言较为陌生，如果采用FPGA来作为主控处理器，那么必须花费一段时间来对VHDL语言进行熟悉，这样急促的毕业设计时间来说非常浪费。FPGA芯片在内部资源模块上相对于51单片机来说具有更多的功能，内置的IP核以及DSP处理核，能够辅助用户大大提高数字信号的处理能力，是51单片机所不能相提并论的，另外FPGA的IO管脚数量一般都能够达到100以上，是51单片机的数倍。
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