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1、-_北京经济管理职业学院毕业论文题目：单片机温度控制系统研制 系 院：工程技术学院学生姓名：张德培学 号：20130627115专 业：机电一体化年 级：2013指导教师：荣瑞芳完成日期：5月11日 毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目 单片机温度控制系统研制 学生姓名 张德培 专业 机电一体化 指导教师姓名 荣瑞芳 下发日期 2015 年 12 月 29 日任务起止日期： 2015年 12月 29 日至 2016 年 5 月 15 日设计（论文）的主要内容：进 度 安 排序号设计（论文）工作任务日 期1指导教师指导毕业生选题2015.12.292016.3. 42指导教师指导论文提纲201
2、6.3.42016.3.113指导教师指导论文第一稿2016.3.122016.3.314指导教师指导论文第二稿2016.4.12016.4.305指导教师指导论文定稿2016.5.12016.5.126 论文答辩2014.5.132016.5.14主要参考文献：1 张耀宗.机械加工实用手册编写组.机械工业出版社，20092 李军.数控机床参考点的设定间.制造技术与机床，20133 许镇宇.机械零件.北京：高等教育出版社,20124 孔庆复.计算机辅助设计与制造.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20115 雷宏，机械工程基础.哈尔滨：黑龙江出版社2012 6 王中发.实用机械设计。北京：北京理工
3、大学出版社20137 唐宗军，机械制造基础。大连：机械工业出版社.2010 系负责人意见：摘 要温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。温度控制的发展引入单片机后，可以降低对某些硬件电路的要求。基于单片机的温度控制系统，可以实现对温度的精确控制。 本文以温室为研究对象，以AT89C51单片机为核心所实现的温度控制系统具有自动完成数据采集、数据处理、数据转换控制、键盘终端处理及显示的功能。当实际温度低于设定值，PTC进行加热，反之PTC就停止加热。实际温度超上限或者低下限时，系统自动报警。温度控制采用的
4、是双位控制，简单易行，在精度要求不是特别高的温室，可行度很高。 最后对系统进行调试并在PROTEUS里仿真，结果表明该系统原理可行。又在一个小空间进行试验，误差在1左右，结果符合预期。运行稳定、控制效果好、性价比高。关键词：单片机，温度控制，DS18B20，温室-_目 录摘 要IAbstractI目 录II第一章 绪论11.1课题研究背景及意义11.2国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状11.2.3总的发展阶段21.3课题研究的内容2第二章 硬件系统总体方案设计32.1硬件系统总体设计方案一32.2硬件系统总体设计方案二42.3硬件系统的方案选择4第三章 控制系统硬件
5、设计63.1单片机63.2 数字温度计DS18B2093.2.1 DS18S20数字温度计的主要特性93.3 4X4键盘93.4数码管103.5光电耦合器123.6 双向晶闸管133.7 PTC加热器143.8 反相器7406153.9双四输入与门74LS21163.9蜂鸣器16第四章 控制系统软件设计174.1 主程序模块设计174.1.1主程序流程图174.2温度采集模块程序设计184.2.1 DS18B20的时序184.2.3 读温度子程序流程图204.3温度设定模块程序设计214.3.1中断服务子程序214.3.2 键盘扫描子程序214.4温度显示模块设计234.4.1设定值显示子程序
6、234.4.2 实际值显示子程序244.5温度控制模块设计254.5.1双位控制算法设计254.5.2温度控制子程序流程图254.6报警模块程序设计26第五章 结果分析275.1 PROTEUS仿真275.1.1 键盘设定温度仿真275.1.2 温度采集仿真285.1.3 整体仿真285.2实际运行结果29第六章 总结与展望316.1总结316.2展望31致 谢32附录程序33参考文献42-_第一章 绪论1.1课题研究背景及意义温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重
7、要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。温度控制采用单片机设计的全数字仪表，是常规仪表的的升级产品。温度控制的发展引入单片机后，可以降低对某些硬件电路的要求，但依然需要重视测试电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给以充分的重视，有时提高整台仪器的性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着
8、小型、固态、多功能和集成化的方向发展。基于单片机的温度控制系统，可以实现对温度的精确控制，使得在某些场合下人们对温度高低的要求得以实现。对人们的生产和生活影响巨大，比如，在我国的北方，冬天温度极低，但引入温室大棚后，冬天的时候人们也能吃到新鲜的蔬菜；钢铁厂里炼铁，对温度的要求更高，这就使得温度控制变得极为有意义，而在我们的日常生活中，空调让冬天不冷夏天不热，确实让我们感受到温度控制对我们生活质量的提高也有着极大的作用。总之，现代工业设计，工程建设及日常生活中温度控制都起着重要的作用。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合
9、仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。990年代中期，智能温控仪问世，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温控器系列产品。智能温控器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器和接口电路。有的产品还有多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。1.2.2国内研究现状我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程
10、技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。1.2.3总的发展阶段总的来说，温控器被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。近百
11、年来，温控器的发展大致经历了三个阶段：1.模拟温度控制器；2.集成温度控制器；3.能温度控制器，目前，国际上新型温控器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。1.3课题研究的内容本文所要研究的课题是基于单片机的温度控制系统的设计，控制对象为温室，主要目标是实现温度的设定值显示、实际值实时测量及显示，温度超上限和低下限危险报警。单片机连接的温度调节装置由软件与硬件电路配合来实现温度实时控制，显示可由软件控制并在数码管中显示。比较采集到温度与设定值及上下限的大小，然后做出相应的反应，控制执行机构是否降温或升温，判断警报与否。 -_第二章 硬件系统总体方案设计本次毕业设计以 51系列
12、单片机为核心对温度进行控制，使被控对象的温度稳定在某一指定数值上，允许有1的误差（不包括元件本身的制造引起的误差），键盘输入设定温度值，LED数码管显示温度值（实际的或设定的）。基于上述要求，提出以下两种方案，下文是对两种方案的具体论述。2.1硬件系统总体设计方案一方案一如图2-1所示，此方案选用DS18B20芯片进行温度采集及模拟量与数字量之间的转换，并直接输出数字量，无需信号放大，且只占用一根口线，然后将其送数码管显示。4X4矩阵式键盘，首先要对其进行键盘扫描，判断是否有键按下，如有键按下，要判断是那个键按下，确定键值，然后对其进行输入，把最后设定的温度值送给数码管进行显示。如果对一个温度
13、值已经设定完毕后，无需再按任何键即有效，如果温度值设定得不合理，可对温度进行重新设定，温度的上下限可由软件编程设定，这样就完成了对温度的总体设置。对于数码管显示模块，采用了动态显示的方法，在程序的设计中也相应的采用动态显示方法对其进行编写。首先把设定的（或采集到）数据的十进制数进行字节拆分，分别求出要显示个位数、十位数、百位数（显示实际温度时，还要求出十分位），然后将其送至数码管显示。显示设定值还是实际值，可由按键进行切换。对于温度控制模块，首先是把采集的数据和设定的温度上下限进行比较，如低于下限值或高于上限值，蜂鸣器警报，再把实际温度和设定的温度比较，决定加热与否以及加热时间的控制。 单片机
14、软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制，不需要向外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。信号的传递路线短，可以提高系统精度。DS18B20 单 片 机键盘设定温度双向可控硅光电耦合器加热装置 报 警 数 码 管 显 示图2-1 方案一框图2.2硬件系统总体设计方案二方案二如图2-2所示，采用 AT89C51作为控制核心,以使用最为普遍的器件 ADC0809作模数转换,控制上使用电阻丝进行加热。此方案简易可行,器件的价格便宜,且 ADC0809是 8位的模数转换,测温范围是 0-800，误差为 0.5%,即分辨率为 1/200，而 ADC0809的分辨率为 1/256，故
15、能满足本题目的精度要求。系统要有温度设定部分，由于 8051的接口不够的问题，所以对其进行接口扩展，采用最常用的 8255并行接口芯片对其扩展，采用 44矩阵式键盘接在 8255的 A口和 B口，键盘中有 0到 15之间十六个数字键，对温度的显示采用三个数码管对其进行显示，分别是百位、十位、个位。且系统设置报警装置，使用户能够实时知道温度是否在所设定所的范围内。控制电路部分采用MOC3041控制可控硅的通断以实现对温室温度的控制。 AD590放大电路 单 片 机模数转换键盘设定温度82555A双向可控硅光电耦合器 数码管显示加热装置 报 警图2-2 方案二框图2.3硬件系统的方案选择两种方案的
16、区别在于温度的采集部分，由上可知，DS18B20相对于AD590在此系统的优势相当明显，节约单片机的I/O口线，数据传送路径短，精确度高，节约成本，故选用方案一。此方案以单片机为该系统的控制核心。温度的检测部分使用了DS18B20、AT89C51单片机及数码管的硬件电路完成对室温的实时检测与显示，通过44键盘设定温室的温度，比较温度的设定值与实测值的大小，然后由单片机发出信号，控制光电耦合器和双向可控硅导通与否，由此控制PTC加热器的通断，实现对温室温度的恒温控制。因为温室的温度波动比较小，故不必采用软件滤波对温度进行平滑控制。报警部分采用一个3V的有源蜂鸣器，发出危险警报。此单片机温度控制系
17、统具有微型化、低功耗、高性能、易配微处理器等优点，可以进行多点测温，DS18B20可以直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上连接多个DS18B20芯片，当然一个I/O口能挂接多少片DS18B20，因单片机的不同而异。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根口线，其读写及温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所连接的DS18B20供电，不需要外部电源，同时DS18B20能提供9-12位温度读数，出厂默认是12位，无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。单片机具体实现的功
18、能如下：1、连续测量温室的温度值，控制数码管显示温室的实际温度；2、控制键盘设定温室的温度值，并用数码管显示。设定范围为室温至125；实现温室的恒温控制，比如设定值为50，则应使实际值与50相接近。-_第三章 控制系统硬件设计基于上章的分析，我选择了方案一，方案一的原理图如图3-1所示。本章主要介绍介绍控制系统中所使用到的各种元器件。图3-1 系统原理图3.1单片机将运算器、控制器、存储器和各种输入输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上，就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个芯片，但在组成和功能上已经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机(Single-ChipMicro
19、computer)，简称单片机。因为其体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。本次毕业设计所采用的是AT89C51。以下简述本次毕业设计所用到的与其相关的知识。1、主要特性：（1）与MCS-51兼容（2）4K字节可编程闪烁存储器，寿命为1000次写/擦循环，数据可保留时间为10年（3）全静态工作：0Hz-24Hz（4）三级程序存储器锁定（5）128X8位内部RAM（6）4个I/O口，共32根可编程口线（7）两个16位定时器/计数器（8）5个中断源（9）可编程串行通道（10）低功耗的闲置和掉电模式（11）片内振荡器和时钟电路2、
20、管脚说明：AT89C51的管脚布置如图3-2所示VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时
21、，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流
22、。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器
23、周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSE
24、N有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。图3-2 AT89C51管脚3.2 数字温度计DS18B20在传统的模拟信号远距离传送的测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点切换误差问题和放大电路的零点误差问题等技术。另外考虑到一般的测量现场的电磁环境非常的恶劣，各种干扰信号较强，模拟信号很容易受到干扰而产
25、生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力较强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效的方案。在实际的温度测量过程中被广泛应用，同时也取得了良好的测量效果。3.2.1 DS18S20数字温度计的主要特性1、DS18S20的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能够直接由数据线获取电源(寄生电源)，无需外部工作电源。2、DS18S20提供了9-12位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。3、DS18S20通过1-Wire总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线(或地线)。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全部的传感元件和转
26、换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。4、DS18S20具有-55C至+125C的工作温度范围，在-10C至+85C温度范围内精度为0.5C。 5、每片DS18B20具有唯一的64位序列码，这些序列码允许多片DS18B20在同一条1-Wire总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分布在大范围内的多片DS18S20器件。 6、DS18S20的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，同时还可以传送给CRC校验码，它具有极强的抗干扰纠错的能力。 7、DS18S20具有负载特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但是不能正常的工作。 3.3 44键盘用于计算机系
27、统的键盘通常有两类：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件来实现：另一类是非编码键盘，即键盘上闭合键的识别由软件来完成。本次毕业设计采用的是44矩阵键盘，矩阵键盘由行线与列线组成，按键位于行列线的交叉点上。如图3-3所示，一个44的行列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵键盘较之独立式键盘要节省很多的I/O口线。 本次毕业设计中键盘的设计思路如下：对P1赋值使P1=0xff，然后令第一行即P1.0等于零，如果第一行有按键按下，则P1.4至P1.7的值会发生变化：如果第一个按键按下，则P1.4等于0；如果第二个按键按下，则P1.5等于0；如果第三个按键按下，
28、则P1.6等于0；如果第四个按键按下，则P1.7等于0。按此规律，直至第四行扫描完成。图3-3为键盘的原理图在此系统中，键盘用于设定温度值，只是CPU的工作内容之一。CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际运用系统中CPU的工作状况而定，其选择的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。通常，键盘的工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描，本次毕业设计采用中断扫描。采用编程扫描或定时扫描，无论是否有键按下，CPU都要定时扫描，而按键按下不是经常发生的事件，这样CPU对键盘会时常进行空扫描。为进一步提高CPU的工作效率，故选用中断扫描，
29、其工作过程如下：当无键按下，CPU处理自己的工作，当键盘上有键按下时才产生一个外部中断请求，CPU响应键盘中断请求，在中断服务子程序中扫描并判别键盘上闭合的键号，求出输入的数值。CPU对键盘上闭合键的键号进行确定，可以根据行线和列线的状态确定；也可以预先在程序存储器中放入键盘键值表，本次毕业设计采用前者。3.4数码管在单片机应用系统中通常使用的是七段LED，这种显示器的结构如图2-1所示，共有8个发光二极管，其中7个发光二极管七段字形“8”，一个发光二极管构成小数点。本次毕业设计用的是四位共阴极数码管，数码管的发光二极管阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平，即逻辑“1”时，发光二极管点亮。
30、如图3-4所示，P0口接一个5V的上拉电阻，P0.0-P0.7依次与数码管的A-DP相接，构成数码管的段选，P2.0-P2.3依次与1-4相接，构成数码管的位选。图3-4 数码管显示原理图LED显示器工作原理：点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，如上图中七段显示器的a、b、c、d、e、f导通，g截止，则显示“0”。这种显示方式每一位显示器都需要有一个8位输出口控制，其优点是显示稳定，无闪烁，缺点是占用口线多，适用于显示位数较少的场合。当显示位数较多时，一般采用动态显示方法。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各位显示器，对于每一位
31、显示器来说每隔一段时间点亮一次。由于循环显示的频率高较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁现象，显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间有关，调整电流和时间的参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示的位数不大于8位，则控制显示器的公共电极只需一个I/O口控制各位显示器，所显示的字形也只需一个I/O口。LED数码管分为共阳极和共阴极，不同的共极方式，显示同样的字符，数码管的段选是不同的，如下表1为七段共阴极LED字型码。表1 七段共阴极LED段字型码显示字符dpGfedcba共阴极0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH
32、40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH3.5光电耦合器光电隔离器件从大的方面来看，可粗略的分为光耦合器及应用光耦合器或其他电子器件制成或应用光耦合器制成的器件。光耦合器因可实现输入与输出电位上的严格隔离，所以在电力电子设备中晶闸管的门极控制与全控型器件的驱动及信号传输实现输入输出的隔离等方面都得到了广泛的应用,光电耦合器虽种类较多，内部结构有所不同，其速度也有差别，但其基本特性和参数定义却有共同点。在光电耦合器内部，由于发光二极管和光敏管之间的耦合电容很小，所以共模输入电压通过极间耦合电容
33、对电流Ic的影响很小，因而共模抑制比很高。光电耦合器中光敏管的集电极电流与发光二极管的注入电流之比称之为电流传输比。对于微小变量输出电流与注入电流之比叫微变电流传输。对于线性度比较好的光耦合器，以上两者近似相等。光耦合器的发光二极管和光敏晶体管之间额隔离电阻（绝缘电阻）较大 ,隔离电压为5004000V，有的可达10KV，隔离电容小于2pF。光耦合器与晶体管一样，可以线性工作，也可开关状态工作。在电源的驱动电路中，光耦合器一般用来传送脉冲信号，所以光耦合器工作在开关状态。在高频工作时，应考虑光耦合器的响应时间。发光二极管电阻Ri的大小影响光耦合器的响应时间，Ri越小，光耦合器响应的时间越短，所
34、以，在实际应用中，在光耦合器允许的集电极电流范围内，尽量减小负载电阻，以提高光耦合器的响应速度。MOC3041是直流输入双向晶闸管输出的光耦合器。该器件有输入、输出两部分组成，它的输入端有两个引脚，输入极是一个砷化镓红外发光二极管，工作时该二极管发出足够的红外光，触发输出部分，它的输出端也有两个引脚组成，输出极为具有过零触发的光控双向晶闸管，当红外发光二极管中通过515mA的正向电流时，发出红外光，输出极的双向晶闸管的光敏基极受到红外光的照射，而触发双向晶闸管，使输出端电压接近0时导通，即输入与输出端有光耦合，器件导通后，其输出端电压降至很低，当电流小于双向晶闸管维持电流100A时，双向晶闸管
35、关断。如图3-5所示，单片机的P3.0通过7406反相器接在MOC3041的阴极（管脚2），当P3.0口置1时，MOC3041的管脚2被置零，又5/330=0.015A,即MOC的触发电流小于但约等于15Am，MOC3041的红外发光二级管发出足够的红光，触发输出部分。当P3.0置0时，MOC3041的管脚2被置1，处于高电平，此时，MOC3041的红外发光二极管处于截至状态，输出部分不被触发。 MOC3041相关参数如下：（1）、隔离电压:7500V ac（2）、输出类型:过零检测（3）、输入电流:60mA（4）、输出电压:400V（5）、针脚数:6（7）、光电耦合器类型:三端双向可控驱动器
36、（8）、关态电压:400V（9）、功耗:250mW（10）、工作温度范围:-40C至+85C（11）、正向电压Vf最大:1.5V（12）、电压, Vf典型值:1.25V（13）、触发电流, If最大:15mA3.6 双向晶闸管在温度控制系统中，主电路一般使用晶闸管组成开关电路，通过控制晶闸管的导通时间来控制加热时间，因此本系统中，主电路采用了双向晶闸管，在交流电压的正半周期使其沿某方向导通，在负半周期则逆向导通。主要参数的选取：负载为220V,120W的PTC加热器负载电流有效值为负载电流峰值为因为当双向晶闸管全开时，单方向的电流为交流半个周期的电流，所以而流过双向晶闸管的电流的平均值晶闸管额
37、定电压的选择：晶闸管的额定电压应为正常工作峰值电压的2-3倍。所以取U=600V。晶闸管额定电流的选择：晶闸管通态平均电流为实际正常平均值的1.5-2.0倍。=2.0=2.00.49=0.98A所以晶闸管的额定电流可取8A。根据计算的数据选择双向晶闸管的型号为BTA08-600C。主要参数为：通态电流IT(RMS)=8A浪涌电流ITSM=80A正向耐压VDRM600V反向耐压VRRM600V触发电流IGT25mA通态压降VTM1.55V晶闸管的过流，过压保护采用了一般的阻容保护电路，其参数为: =500.1（220）=0.0484w图3-5 光电耦合器控制可控硅原理图3.7 PTC加热器加热装
38、置是对温室进行加热，使温度稳定在设定的温度值。本系统采用PTC加热器进行加热。PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。图3-6是其电阻随温度变化的曲线，PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的
39、材料作为晶体的点阵元来达到的：在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上，即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消：在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高，呈现出强烈的PTC效应。图3-6 PTC电阻温度曲线PTC型陶瓷加热器采用PTC陶瓷发热组件
40、与波纹铝条经高温胶粘组成。该类型PTC加热器有热电阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。它的显著特点有加热器本体的设计加热温度在200摄氏度以下的多档次，任何情况下本体不发红且有保护隔离层，任何应用场合均不需要石棉等隔热材料进行降温处理，可放心使用不存在对人体烫伤和引发火灾的问题。比较电热管和电阻丝加热产品，本产品是靠材料自身的特性，根据环境温度的改变来调节自身的热功率输出，所以它能将加热器的电能消耗优化控制在最小，同时高发热效率的材料也大幅提升了电能的利用效率。本次毕业设计我所选用的PTC加热器的主要参数有电压：220V，功率120w，长40mm，宽40mm，厚7mm。属于
41、小功率类型，用其加热时恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响小。3.8 反相器7406在本系统中，两次运用了7406反向器，一次是在单片机的P3.0口与MOC3041的管脚2之间，作用是使P3.0被置1时，MOC3041的管脚2被置0，且与真实的0更接近，MOC3041的光敏二级管导通；当P3.0被置0时，MOC3041的管脚被置1，且更接近5V，使MOC3041的光敏二级管真正能够处于截至状态。另一处是与蜂鸣器的阴极相接，作用和上述的类似。我所采用的型号是SN7406N，14管脚，6路独立反向驱动，VCC的范围为4.75-5.25V。图3-7 反相器7406管脚3.9双四输入与门74L
42、S2174LS21是双输入四与门，Y=ABCD，我所使用的型号是SN74LS21N，14管脚，VCC的范围为4.75-5.25V，推荐使用5V。在此系统中，按键未按下时，P3.2始终为高电平，当有键按下时，通过74LS21的作用，输出低电平，使P3.2的高电平变为低电平，触发外部中断0，在中断程序里扫描键盘，并计算输入的温度的设定值。使用中断的好处是使CPU在有键按下时才扫描键，提高了CPU的效率。图3-8 四输入与门74LS21管脚3.9蜂鸣器本次毕业设计的警报部分是通过一个有源的3V蜂鸣器来实现的，当实际温度超上限或低下限时进行危险报警，其长脚为正极，短脚为负极，正极与5V电压相接，负极通
43、过一个7406与P3.1相接。-_第四章 控制系统软件设计 为了实现系统的温度检测和控制，并能够实时显示，整个系统由如下几个主要模块组成，主程序模块、温度采集模块、温度设定模块、温度显示模块，报警模块，温度控制模块等几个模块组成。本章将对如上所叙述的几个模块分别进行介绍，并阐述程序的编写思路和所实现的功能。4.1 主程序模块设计主程序的主要设计思想是围绕题目基本要求而展开的，系统按键设定温度产生外部中断0，转入中断服务程序，在中断服务程序中获取设定的温度值，之后在主程序进行数据存储、调用数码管显示、报警控制、温度控制等子程序模块。所以主程序主要是对系统的初始化和调用各子程序模块。4.1.1主程
44、序流程图图4-1为主程序流程图图4-1 主程序流程图4.2温度采集模块程序设计温度的采集是数字温度计DS18B20通过单片机进行严格的时序控制来完成的，在空间不是很大的范围内，采用一片DS18B20进行单点测温即可实现对温度的较为精确的控制。4.2.1 DS18B20的时序DS18B20的时序可分为三个部分：初始化时序、写时序和读时序。只有遵守严格的时序，DS18B20才能进行温度的采集。4.2.2.1 初始化时序DS18B20的所有通信都是由复位脉冲组成的初始化序列开始。该初始化序列由主机发出，后跟由DS18B20发出的存在脉冲（presence pulse）。图4-2阐述了这一点，当发出应答复位脉冲的存在脉冲后，DS18B20通知主机它在总线上并且准备好操作了。在初始化步骤中，总线上的主机通过拉低单总线至少480s来产生复位脉冲。然后总线主机释放总线并进入接收模式。当总线释放后，5k的上拉电阻把单总线上的低电平拉回高电平。当DS18B20检测到上升沿后等待15