89c51的智能温度测控系统软件设计(附件)
本文阐述了温度控制系统的研究背景与意义，介绍了温度控制技术的研究现状以及单片机的发展。对智能温度控制系统提出两种设计方案，通过方案对比选择了以AT89C51单片机为核心，DS18B20温度传感器采集温度的方案，方案确定后，简要对相关元器件进行分析及选择。接着，对智能温度控制系统进行了总体设计，包括：系统控制模块，温度采集模块，报警电路，数码显示电路，系统软件设计流程图。在介绍AT89C51芯片、数字温度传感器DS18B20时，主要从芯片引脚、内部结构、特性等方面进行展开。确定设计方案后，建立仿真模型，得出仿真结果。本文详细阐述了智能温度控制系统的软件设计，在进行软件时，根据要求将系统分成若干个相对独立的部分，设计出适用的软件总体结构，使其简单明了。接着将各功能程序实行模块化、子程序化，这样既方便调试、连接，又便于移植修改。最后对系统相关程序进行调试，并与硬件电路进行联合调试。关键词 AT89C51，数字温度传感器，控制系统，软件设计目 录
1绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.2 温度控制技术研究现状 1
1.3 单片机技术的发展和应用 2
1.3.1单片机技术的发展 2
1.3.2 单片机技术的应用 2
1.4 温度检测控制技术的发展趋势 3
1.4.1 温度检测控制技术动向 3
1.4.2 国内外温度检测控制技术发展趋势 4
1.5 本论文研究的主要目的和工作安排 4
1.5.1 温度控制系统的设计目的 4
1.5.2 温度控制系统完成的功能 4
1.5.3 工作安排 4
2 基于单片机的智能温度控制系统方案设计 5
2.1 系统设计方案对比 5
2.2 系统组成和总体框图 5
2.3 系统主要器件的选择 6
2.3.1 温度传感器的选择 6
2.3.2单片机的选择 8
2.4 系统主要模块介绍 10
2.4.1 系统控制器介绍 10
2.4.2 温度传感器DS18B20介绍 14
2.4.3 报警电路 18
2.4.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
r /> 2.2 系统组成和总体框图 5
2.3 系统主要器件的选择 6
2.3.1 温度传感器的选择 6
2.3.2单片机的选择 8
2.4 系统主要模块介绍 10
2.4.1 系统控制器介绍 10
2.4.2 温度传感器DS18B20介绍 14
2.4.3 报警电路 18
2.4.4 数码显示电路 19
3 基于Proteus的智能温度控制系统仿真分析 19
3.1 仿真软件介绍 19
3.2 基于单片机的智能温度控制系统仿真模型 20
3.3系统仿真结果和分析 21
4 智能温度控制系统软件设计 24
4.1智能温度控制系统硬件部分介绍 24
4.2 基于单片机的智能温度控制系统软件设计 24
4.2.1 系统软件设计的整体思想 24
4.2.2系统程序流程图 25
5 系统软硬件联合调试 30
总结与展望 32
致 谢 32
参 考 文 献 34
1绪论
1.1 课题研究背景与意义
智能化成为温度控制系统发展的主流。智能温度控制系统的设计是为了满足市场对低成本、高性能、远程监控、控制现场温度的需求而做的课题，具有广泛的应用前景。
众所周知，温度与社会的发展，科技的进步息息相关，测温仪器已在各个领域使用。与此同时，人们对控制系统提出了新的要求，要想保证产品的质量、提高生产效率、达到安全生产的标准等都需要对温度进行严格的控制，因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。
本设计主要是针对测温精度要求较高的场合，采用数码显示管显示温度。与传统的测温方式相比，本设计具有测温更为准确、范围更广、控温响应更快、读数更为方便等优势。
1.2 温度控制技术研究现状
温度检测控制技术包含有温度测量技术与温度控制技术，温度测量技术又分为接触式测温技术和非接触式测温技术。接触式测温技术因为结构简单，精度高，价格便宜，满足正常情况下的测量，被较早应用；然而在测量温度值较低的物体时，非常容易受到外界干扰，不能获得正确的数据，除此之外，对腐蚀性介质，超高温度，运动物体等物质的温度测量都难以把握。非接触式测温技术弥补了接触式的缺点，对热容量小的，运动中的物体温度都能捕捉测量并且不破坏被测温度现场。响应速度快就会存在测量不精确的缺陷，测温装置复杂，价格贵。在实际使用中，要根据现实情况选择满意的方式，能够确保器件符合测量要求；同样在满足测量要求的同时也要兼顾下资金的投入，以最少的价格最优。
根据其控制目标存在的差异性我们可以将温度控制技术分成动态温度跟踪与恒值温度控制两种。动态温度跟踪能够实现将被控制的物体的温度根据之前设置的曲线产生变动的目的；恒值温度控制技术，顾名思义：可以让被控物体的温度保持在稳定的某一数据内，并且波动的浮动在允许的范围内。因为本设计主要是利用水测得的温度完成控制功能，所以需利用恒值温度控制技术。恒值温度控制技术可以分为几种，分别是：
（1）定值开关控温法
这种方法的原理阐述如下：借助一些硬件或者软件电路来获得温度值，得到后的数据与原先设好的定值温度比较，存在差异，从而系统根据差异做出判断，到底是要开通加热装置还是要关断冷却装置？这些动作的实施也就是完成了控温，此种方法可以在系统温度上升到之前设置好的温度点时断开电源，在系统温度下降到设置温度点时开通电源，但会在运行过程中产生滞后，导致温度上下波动，不易控制，缺乏准确性。
（2）PID线性控温法
PID控制很早就得到了大众的热捧进而发展起来，有着算法简单，高可靠的优点让它在工业中得到重视，尤其符合高精确的数学模型控制系统。系统的误差，误差积累，误差变化这三个部分，如果控制不好的话，它的三个控制性能会同时改变，那被控对象的质量就很难得到保证了。
（3）智能温度控制法
智能温度控制法已经成为当下热潮，人们纷纷想出一系列的控制方法满足要求。不少人在PID基础上，想出采用自动调节PID参数的方式，适量减少线性控温缺点[4~6]。
1.3 单片机技术的发展和应用
1.3.1单片机技术的发展
将CPU，存储器，I/O接口集成在一块集成电路芯片上，形成单片微型计算机，简称单片机。从产生和发展过程可以将单片机简要划分为三个过程[1, 4, 9~12]。
（1）形成阶段
1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。主要特点有：单芯片完成CPU，存储器，输入输出接口等部件的集成；由于技术不太成熟存在些缺点，比如CPU存储容量比较窄，不够使用，寻址范围也比较窄，无串行口，
1绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.2 温度控制技术研究现状 1
1.3 单片机技术的发展和应用 2
1.3.1单片机技术的发展 2
1.3.2 单片机技术的应用 2
1.4 温度检测控制技术的发展趋势 3
1.4.1 温度检测控制技术动向 3
1.4.2 国内外温度检测控制技术发展趋势 4
1.5 本论文研究的主要目的和工作安排 4
1.5.1 温度控制系统的设计目的 4
1.5.2 温度控制系统完成的功能 4
1.5.3 工作安排 4
2 基于单片机的智能温度控制系统方案设计 5
2.1 系统设计方案对比 5
2.2 系统组成和总体框图 5
2.3 系统主要器件的选择 6
2.3.1 温度传感器的选择 6
2.3.2单片机的选择 8
2.4 系统主要模块介绍 10
2.4.1 系统控制器介绍 10
2.4.2 温度传感器DS18B20介绍 14
2.4.3 报警电路 18
2.4.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
r /> 2.2 系统组成和总体框图 5
2.3 系统主要器件的选择 6
2.3.1 温度传感器的选择 6
2.3.2单片机的选择 8
2.4 系统主要模块介绍 10
2.4.1 系统控制器介绍 10
2.4.2 温度传感器DS18B20介绍 14
2.4.3 报警电路 18
2.4.4 数码显示电路 19
3 基于Proteus的智能温度控制系统仿真分析 19
3.1 仿真软件介绍 19
3.2 基于单片机的智能温度控制系统仿真模型 20
3.3系统仿真结果和分析 21
4 智能温度控制系统软件设计 24
4.1智能温度控制系统硬件部分介绍 24
4.2 基于单片机的智能温度控制系统软件设计 24
4.2.1 系统软件设计的整体思想 24
4.2.2系统程序流程图 25
5 系统软硬件联合调试 30
总结与展望 32
致 谢 32
参 考 文 献 34
1绪论
1.1 课题研究背景与意义
智能化成为温度控制系统发展的主流。智能温度控制系统的设计是为了满足市场对低成本、高性能、远程监控、控制现场温度的需求而做的课题，具有广泛的应用前景。
众所周知，温度与社会的发展，科技的进步息息相关，测温仪器已在各个领域使用。与此同时，人们对控制系统提出了新的要求，要想保证产品的质量、提高生产效率、达到安全生产的标准等都需要对温度进行严格的控制，因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。
本设计主要是针对测温精度要求较高的场合，采用数码显示管显示温度。与传统的测温方式相比，本设计具有测温更为准确、范围更广、控温响应更快、读数更为方便等优势。
1.2 温度控制技术研究现状
温度检测控制技术包含有温度测量技术与温度控制技术，温度测量技术又分为接触式测温技术和非接触式测温技术。接触式测温技术因为结构简单，精度高，价格便宜，满足正常情况下的测量，被较早应用；然而在测量温度值较低的物体时，非常容易受到外界干扰，不能获得正确的数据，除此之外，对腐蚀性介质，超高温度，运动物体等物质的温度测量都难以把握。非接触式测温技术弥补了接触式的缺点，对热容量小的，运动中的物体温度都能捕捉测量并且不破坏被测温度现场。响应速度快就会存在测量不精确的缺陷，测温装置复杂，价格贵。在实际使用中，要根据现实情况选择满意的方式，能够确保器件符合测量要求；同样在满足测量要求的同时也要兼顾下资金的投入，以最少的价格最优。
根据其控制目标存在的差异性我们可以将温度控制技术分成动态温度跟踪与恒值温度控制两种。动态温度跟踪能够实现将被控制的物体的温度根据之前设置的曲线产生变动的目的；恒值温度控制技术，顾名思义：可以让被控物体的温度保持在稳定的某一数据内，并且波动的浮动在允许的范围内。因为本设计主要是利用水测得的温度完成控制功能，所以需利用恒值温度控制技术。恒值温度控制技术可以分为几种，分别是：
（1）定值开关控温法
这种方法的原理阐述如下：借助一些硬件或者软件电路来获得温度值，得到后的数据与原先设好的定值温度比较，存在差异，从而系统根据差异做出判断，到底是要开通加热装置还是要关断冷却装置？这些动作的实施也就是完成了控温，此种方法可以在系统温度上升到之前设置好的温度点时断开电源，在系统温度下降到设置温度点时开通电源，但会在运行过程中产生滞后，导致温度上下波动，不易控制，缺乏准确性。
（2）PID线性控温法
PID控制很早就得到了大众的热捧进而发展起来，有着算法简单，高可靠的优点让它在工业中得到重视，尤其符合高精确的数学模型控制系统。系统的误差，误差积累，误差变化这三个部分，如果控制不好的话，它的三个控制性能会同时改变，那被控对象的质量就很难得到保证了。
（3）智能温度控制法
智能温度控制法已经成为当下热潮，人们纷纷想出一系列的控制方法满足要求。不少人在PID基础上，想出采用自动调节PID参数的方式，适量减少线性控温缺点[4~6]。
1.3 单片机技术的发展和应用
1.3.1单片机技术的发展
将CPU，存储器，I/O接口集成在一块集成电路芯片上，形成单片微型计算机，简称单片机。从产生和发展过程可以将单片机简要划分为三个过程[1, 4, 9~12]。
（1）形成阶段
1976年，Intel公司推出MCS-48系列单片机。主要特点有：单芯片完成CPU，存储器，输入输出接口等部件的集成；由于技术不太成熟存在些缺点，比如CPU存储容量比较窄，不够使用，寻址范围也比较窄，无串行口，
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