温度检测及控制系统的设计(毕业设计).doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.97M 资料格式：doc 举报版权申诉

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1 绪论

1.1 课题背景及目的

1.2 课题研究的必要性

1.3 课题研究的内容

2 总体设计方案

2.1 设计要求

2.2 各模块方案选择与论证

2.2.1 设计思路

2.2.2 控制器模块设计方案论证与介绍

2.2.3 温度采集模块设计方案论证与介绍

2.2.4 其余各模块芯片选择

2.3 总体设计方案

3 硬件电路设计及实现

3.1 硬件总体电路的设计

3.2 接口电路设计

3.2.1 8031与8155的接口电路

3.2.2 8031与2732的接口电路

3.2.3 8031与ADC0809的接口电路

3.3 温度检测电路设计

3.4 显示电路设计

3.5 温度控制电路设计

3.5.1 白炽灯控制电路

3.5.2 自动报警电路

4 软件设计及实现

4.1 温度控制的算法

4.2 温度控制的程序

4.2.1 主程序

4.2.2 T0中断服务程序

4.2.3 温度控制子程序

4.3 AD590测温程序

4.4 数码管显示程序

5 总结

参考文献

致谢

附录A 系统硬件结构总图

附录B 源程序

温度检测及控制系统的设计温度检测及控制系统的设计摘要随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对鸡肉类和蛋类产品的需求量越来越大，养殖业得到很大的发展。大量的科学实验和养鸡生产实践证明：鸡舍温度的高低，对蛋鸡的产蛋率和蛋重有很大的影响。为了尽可能地提高蛋鸡的产蛋率和蛋重，养鸡场可以使用温度控制系统来控制鸡舍的温度。这套系统由温度传感器检测鸡舍温度信号，将信号送单片机处理，将温度值实时显示在数码管上面。此外，在编程时根据鸡舍温度要求设定一个合适的温度段：当鸡舍温度高于该温度段上限时，将会响起蜂鸣报警声，养殖户闻声后可以采取措施降低舍温；当鸡舍温度低于该温度段下限时，将会自动点亮作为光源和热源的白炽灯，提高鸡舍温度。本文所研究鸡舍温度控制系统以单片机8031为核心，使用AD590检测温度信号。 AD590检测到温度信号经ADC0809进行模数转换后送8031处理，并做出相应的响应。灯的亮或灭则是通过I/O口输出电平来控制的。在这个系统中，将采用PID(Proportional Integral and Differential)算法对温度进行监控，完成课题所对应的要求。总的来说，这套系统操作简单，造价低廉，对于小型养殖场来说是比较实惠的。关键词：8031；AD590；PID(Proportional Integral and Differential)；蜂鸣报警器

温度检测及控制系统的设计 THE DESIGNATION OF TEMPERATURE DETECT AND CONTROL SYSTEM ABSTRACT As the development of socio-economic and improvement of living standards, the demand of chicken products and eggs increase quickly and aquaculture has been developed by leaps and bounds. A large number of scientific experiments and chicken production practice has proved that the temperature of the sheds have a great impact on the laying rate and egg weight. In order to raise the egg laying rate and egg weight as much as possible, farmers can use the temperature control system to control the temperature of chicken coops. The system detects the temperature signal of sheds by the temperature sensor, then send the signal to MCU(Microcontrol Unit) which will send the answer to the digital tube which can show the temperature. In addition, we can set a suitable temperature range in the program according to the requirement of the coops. When the temperature is higher than the ceiling of the range, the buzzer will issue acoustic alarm to the farmer who will adopt a measure to reduce the temperature. When the temperature is lower than the minimum of the range, the light will turn on to raise the temperature automatically. The system which is studied in this article take a MCU named 8031 as the core, and it uses AD590 to detect the temperature signal. AD590 sends the signal to 8031 through ADC0809 then the signal will be processed and the system will give a suitable response. The on or off of the light is controlled by the signal which can control the NPN(Negative-Positive- Negative)’s on or off. The signal is send from I/O. In the system,PID(Proportional Integral and Differential) algorithmic will be used to control the temperature and complete the requirements in the paper . In general, the system is easy to operate and coat little, so it is suitable to the farmers. Key words: 8031; AD590; PID(Proportional Integral and Differential); Buzzer

温度检测及控制系统的设计目录 1 绪论........................................................................................................................................1 1.1 课题背景及目的...........................................................................................................................1 1.2 课题研究的必要性...................................................................................................................... 1 1.3 课题研究的内容..........................................................................................................2 2 总体设计方案........................................................................................................................3 2.1 设计要求......................................................................................................................3 2.2 各模块方案选择与论证..............................................................................................3 2.2.1 设计思路............................................................................................................3 2.2.2 控制器模块设计方案论证与介绍...............................................................................3 2.2.3 温度采集模块设计方案论证与介绍.......................................................................... 4 2.2.4 其余各模块芯片选择......................................................................................................4 2.3 总体设计方案..............................................................................................................5 3 硬件电路设计及实现............................................................................................................6 3.1 硬件总体电路的设计..................................................................................................................6 3.2 接口电路设计............................................................................................................................... 6 3.2.1 8031 与 8155 的接口电路...............................................................................................6 3.2.2 8031 与 2732 的接口电路...............................................................................................7 3.2.3 8031 与 ADC0809 的接口电路..................................................................................... 8 3.3 温度检测电路设计...................................................................................................................... 9 3.4 显示电路设计............................................................................................................ 11 3.5 温度控制电路设计....................................................................................................13 3.5.1 白炽灯控制电路..............................................................................................13 3.5.2 自动报警电路..................................................................................................15 4 软件设计及实现..................................................................................................................17 4.1 温度控制的算法........................................................................................................17 4.2 温度控制的程序........................................................................................................18 4.2.1 主程序..............................................................................................................18 4.2.2 T0 中断服务程序..............................................................................................19

温度检测及控制系统的设计 4.2.3 温度控制子程序..............................................................................................20 4.3 AD590 测温程序........................................................................................................ 25 4.4 数码管显示程序........................................................................................................25 5 总结......................................................................................................................................27 参考文献..................................................................................................................................29 致谢..........................................................................................................................................30 附录 A 系统硬件结构总图.................................................................................................... 31 附录 B 源程序........................................................................................................................ 32 附件一毕业设计开题报告附件二毕业设计外文翻译

温度检测及控制系统的设计 1 绪论 1.1 课题背景及目的目前温度检测及控制系统多种多样，如智能室内调温系统、地下水室内调温系统、可编程室内自动调温系统等等[1,2]。恒温室内环境不但给人类提供了良好的生活空间，同时也给很多动植物提供了最佳的生活环境。随着温度检测和控制技术的发展，它也已逐步进入类似本课题的具体实践之中[3]。大量的养鸡实践和实验证明：鸡舍温度的高低，对鸡的产蛋率和蛋重有很大的影响。大量研究表明：在一定范围内，鸡舍温度每升高 1℃，蛋重下降 0.17～0.98g，平均 0.5g。当平均舍温在 27.5℃时，中小型蛋所占比例为 32%；当平均舍温在 31.6℃时，中小型蛋所占比例为 67%。由此可见，如果要想得到的蛋重量较大，必须做好鸡舍温度的控制，按照季节情况调节舍温，把鸡舍的温度控制在一定的温度范围，从而保证蛋重最大。实验研究表明这个温度范围是 19～23℃。因此，鸡舍主人可以通过各种方法来控制鸡舍内的温度，从而使得蛋重尽可能大。 1.2 课题研究的必要性随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对鸡肉类和蛋类产品的需求量越来越大，要求也越来越高，各地的养殖业都得到了很大的发展。在不断实践的过程中，人们总结出了很多养鸡的经验，其中温度是鸡饲养管理上的重要因素，温度对鸡的健康和产蛋影响很大，其影响的程度因鸡的品种类型和年龄又有所差别。普遍地说，鸡舍内温度过高则导致鸡散发热量受阻，从而呼吸加快，饮水增加，食欲减退，最终致使产蛋减少，蛋重减轻；另一方面，若环境温度偏低，鸡则密集成堆靠拢在热源附近，平时不大活动，夜间睡觉不稳，常发出叽叽叫声，易感冒，从而导致产蛋量减少甚至不产蛋[1]。夏季炎热、冬季寒冷，鸡舍温度随着季节的变化而变化。温度的变化，打乱了鸡体的正常代谢作用，以至于产蛋水平下降。因此，温度对鸡的产蛋率和蛋的质量有着很大的影响。夏天，当鸡舍内温度高于 32.2℃时，会使鸡体温升高 0.28-0.83℃，如果温度继续升高，鸡的体温也会继续升高。如果鸡舍内温度经常高于 29℃，鸡的产蛋率将下降，蛋壳变薄，蛋重也会变得很轻。冬季，如果鸡舍温度低于 5℃，产蛋将会减少。当鸡舍第 1 页共 53 页

温度检测及控制系统的设计温度低于零下 9℃，鸡活动迟钝，鸡冠发生冻伤，鸡采食量会增加，但产蛋量却下降、蛋的重量也变得很轻[2]。综上所述，不难得知：温度对鸡的产蛋率和蛋重、蛋的品质等多方面都有很大的影响。鸡舍温度控制在 19~23℃这个范围内，基本上可以保证产蛋率和蛋重的最大化。因此一定要通过控制好温度这个因素，从而达到高产、稳产的目的。在温度高的时候，鸡舍主人应该注意做好鸡舍的通风降温工作，使得鸡舍内保持凉爽。当鸡舍温度较低时，鸡舍主人应该尽可能地减少鸡舍和鸡的散热量，尽可能关紧门窗；另外，还可以通过增多人工光照来提高鸡舍内的温度。但人工检测并控制鸡舍温度比较麻烦，因此有必要开发出一套自动检测并控制鸡舍温度的系统，就能够尽量避免人工操作的麻烦[4]。本文将从理论上阐述这个温度控制系统的原理和构成等情况。 1.3 课题研究的内容本设计主要包括温度检测、温度控制、温度显示三大部分。系统以8031单片机作为一个简易温度控制系统的核心控制器件，以集成温度传感器AD590对温度进行检测，通过用PID算法对温度进行实时监控，然后单片机通过软件分析计算后通过控制白炽灯灯光的强弱和蜂鸣器报警来进行升降温控制，最终将温度值通过数码管显示出来[3,4,6]。本课题所研究的鸡舍温度检测及控制系统是微电子技术在温度测量方面的一个具体应用[1,7]。设计、开发本系统在于对鸡舍进行温度检测和控制，使得鸡舍能达到冬季保温、加温，盛夏散热、降温的功能，以便提高鸡的抵抗力，从而提高鸡的产蛋水平。该系统主要研究内容包括以下几方面: (1)选用温度传感器时，应重点考虑测量精度高，抗干扰能力强，稳定性好，信号易于处理、传送，便于多路测量，安装方便，维护简单，环境温度补偿容易的器件[1,2]。 (2)在硬件设计时，结构要尽量简单实用、易于实现，应尽量使用各种总线技术，以节约系统有限的 I/O 资源，并使系统电路尽量简单[3,8,9]。 (3)在硬件电路和软件程序设计时，一定要增加抗干扰措施，提高系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性。 (4)软件设计必须要有完善的思路，要充分考虑到各传感器时序，做到程序简单，调试方便。第 2 页共 53 页

温度检测及控制系统的设计 2 总体设计方案 2.1 设计要求本课题要求以 MCS-51 单片机作为控制系统的核心部件，完成一个鸡舍温度检测与控制系统的设计[7]。通过对信号的采集，放大，A/D 转换自动进行数据采集和分析，实现对当前温度实时监控的功能，并采取一定措施进行降温或升温调节[8,9]。同时要求将 PID 算法用于该温度控制系统，提高温度控制的精度[11]。在本课题的设计与实现中，要求掌握和运用到以下基本知识：传感器的基本原理及选型；掌握并灵活运用单片机的原理及应用、接口技术等相关知识；鸡舍温度控制系统的硬件部分设计；鸡舍温度控制系统软件设计；熟悉电子设计相关应用软件的使用。 2.2 各模块方案选择与论证 2.2.1 设计思路鸡舍温度的检测和控制设计系统主要包括三大部分：温度检测部分、温度控制部分、温度显示部分[4,9]。本课题基本设计思路如下所述：当鸡舍正常运行时，就需要对鸡舍内的温度进行实时的检测和控制，并对它进行分析，从而了解鸡舍的温度是否正常。首先，本设计将采用温度传感器来检测鸡舍内温度的模拟量，通过 A/D 转换电路将模拟量转换成数字量并传送到控制部分[6,8]。本设计控制部分采用单片机作为控制核心，在单片机中对 A/D 转换电路传送来的数据进行显示的同时分析并作出相应的控制。检测到的温度有可能不在鸡舍合适温度范围 19~23℃内，所以就要采取一定的措施使得鸡舍温度保持在这个范围内。当测得温度低于 19℃时，可以输出信号使得白炽灯发光，使之成为热源。当测得温度高于 23℃摄氏度时，蜂鸣器将报警，以便主人能够及时采取散热措施，从而使鸡舍时刻保持较合适的温度。 2.2.2 控制器模块设计方案论证与介绍本课题的任务是制作一个鸡舍温度检测及控制系统，因此，首选单片机。单片机是集成了 CPU、存储器和 I/O 接口电路的单片微型计算机，特别适用于控制领域[6]。单片机具有很强的接口性能，此系统和外围接口芯片比较多，选单片机作为主控器是明智的，单片机可靠性强，运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低，体积小，技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域第 3 页共 53 页

温度检测及控制系统的设计应用广泛。又由于本课题的要求不高，只需要对鸡舍进行温度检测和控制，所以这里就选择用 8031 单片机。 8031的特点是具有80C51核心处理单元；具有128bit内部RAM；内部没有ROM，但可以外接外部ROM，外接不能超过64KB； 4个8位并行I/O端口，且可以通过P0口外接 8155A即可扩展I/O端口；可以处理5个中断源发出的中断请求，其中5个中断源包括2个外部中断源和3个内部中断源；有2个16位可编程定时器/计数器；电源消耗为125 mA。 2.2.3 温度采集模块设计方案论证与介绍方案一：用热电偶测温。热电偶广泛用于测量100℃～1000℃范围的温度，具有结构简单、使用方便、精度高、热惯性小的优点；但电动势低，对运放的要求高，重要的是热电偶测温需要冷端温度补偿，来消除冷端温度变化所产生的影响，对于本电路补偿温度要求精度很高，且准确，否则会给系统带来反所用，而且成本高，操作复杂[1,2]。方案二：利用热敏电阻作为温度传感器。NTC 热敏电阻阻值随温度的变化符合指数规律,其最大的缺点也在于它的非线性阻值分散性大复现性差,一般需要经过线性化处理, 使输出电压与温度之间基木上成线性关系。NTC 热敏电阻温度传感器的一致性和互换性较差。其次是老化较快[1,2]。方案三：利用数字温度传感器DS18B20，测量温度范围为- 55℃～+ 125℃,在-10℃～ + 85℃范围内,精度为±0.5℃。但其价格昂贵，用起来不划算[1,2]。方案四：利用集成温度传感器，其典型工作温度范围为-50℃～+150℃，具有直接输出电压，且输出阻抗低的优点。当电源电压在5~15V之间变化时，其输出电流的变化小于1uA，当被测温度一定时流过AD590的电流与热力学温度成正比，其灵敏度为1uA/k。在其适用温区范围内具有灵敏度高、线性好、功能全和使用简单方便。无论电压输出、电流输出还是频率输出都适合于微机[1,2]。综上所述，方案四最符合本设计的要求，所以在温度采集模块我们选择方案四，即选用温度传感器 AD590 来对温度进行采集。 2.2.4 其余各模块芯片选择 A/D 转换芯片及方式的选择：本设计中使用的是 ADC0809 芯片，它是典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 转换器，CMOS 工艺。这种转换器的优点是速度高，精度较高。这种芯片在我国应用极为广泛。ADC0809 与单片机的接口有查询式和中断式，此次设计采用的是中断式，这样做就可以显示部分有足够的时间来显示数据，不会造成数据冲突[3]。第 4 页共 53 页

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