**单片机设计介绍，基于单片机的炉温自动控制系统设计
文章目录
- 一 概要
- 二、功能设计
- 设计思路
- 三、 软件设计
- 原理图
- 五、 程序
- 六、 文章目录
一 概要
基于单片机的炉温自动控制系统设计是一个综合性的项目，它结合了单片机技术、温度传感技术、控制算法以及相关的硬件电路设计。以下是对该设计概要的详细阐述：
一、系统概述
炉温自动控制系统的主要目标是实现对炉内温度的精确、自动控制，以满足各种工业生产和实验室研究的需求。该系统采用单片机作为核心控制器，结合温度传感器、控制算法以及执行机构等部件，实现对炉温的实时监测和自动调节。
二、硬件设计
单片机选型：选用性能稳定、功耗低、具有足够IO端口和扩展能力的单片机，如常用的8051系列单片机。单片机负责接收温度传感器的信号，根据预设的控制算法计算出控制量，并输出控制信号给执行机构。
温度传感器：选用精度高、响应速度快的温度传感器，如热电偶或热敏电阻等。传感器实时检测炉内温度，并将温度信号转换为电信号输出给单片机。
执行机构：根据单片机的控制信号，调节炉内的加热功率或通风量，从而实现对炉温的自动控制。常见的执行机构包括可控硅、继电器、电机驱动的阀门或风扇等。
显示与通信模块：设计液晶显示屏或LED数码管等显示设备，实时显示炉内温度、设定温度、工作状态等信息。同时，实现单片机与上位机或其他设备的通信功能，方便远程监控和数据传输。
三、软件设计
数据采集与处理：编写数据采集程序，实时读取温度传感器的输出信号，并进行必要的滤波和去噪处理，以提高温度数据的准确性。
控制算法设计：根据实际需求选择合适的控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法等。控制算法根据当前温度与目标温度之间的偏差计算出控制量，并输出给执行机构。同时，还需设计相应的算法对系统进行校准和补偿，以消除系统误差和外界干扰。
界面设计与交互：设计简洁直观的用户界面，方便用户设置目标温度、查看实时温度曲线、调整控制参数等。同时，实现单片机与其他设备的通信协议，确保数据的准确传输和系统的稳定运行。
四、系统测试与优化
完成系统设计和编程后，需要进行系统测试以验证其功能和性能。测试包括硬件测试和软件测试两部分。硬件测试主要检查各个模块的连接是否正常、工作是否稳定；软件测试则通过模拟实际工作环境或接入实际设备来测试系统的温度控制精度、响应速度以及稳定性等是否符合设计要求。
根据测试结果，对系统进行必要的优化和改进，如调整控制参数、优化算法结构或改进硬件设计等，以提高系统的整体性能。
五、功能扩展与应用
基于单片机的炉温自动控制系统具有广泛的应用前景。通过增加更多的传感器和执行机构，可以实现更复杂的温度控制策略和功能；通过引入智能算法和机器学习技术，可以进一步提高系统的自适应能力和控制精度；此外，该系统还可与其他自动化设备和系统进行集成，实现更高级别的自动化和智能化控制。
综上所述，基于单片机的炉温自动控制系统设计是一个复杂而有趣的项目。通过合理的设计和实现，可以创建一个高效、稳定且易于扩展的炉温自动控制系统，为各种工业生产和实验室研究提供有力支持。
二、功能设计
迄今为止，温度还是人们日常生活谈论的一个热门话题。如何掌控温度为人们生产生活所用，如何利用温度创造人们生产生活所需，倒是一件令人深度思考的事。在化工冶金制造领域，温度是影响产品成功合成的决定性因素；在蔬菜和水果的种植及水产品的养殖方面，温度也是其中一个重要的因素。本设计从人们日趋关注的温室的温度控制方面的问题出发，设计出一种能检测外界环境温度值然后做出相应处理的温度控制系统。此系统以模块化的方式制作，让人一目了然各个模块的所具有的功能，但不论是哪一种模块都要受主模块——AT89C51单片机的控制。本系统的温度采集模块所使用的温度采集器件是DS18B20，显示模块用的是LCD1602这款液晶显示屏，整个模块设计都讲究低成本化、高效率化，以所学所用以最优的模块设计展现此次设计要求。
本论文着重介绍了AT89C51单片机的结构和特性,与此同时，还详细讲述DS18B20的内部结构及工作原理。LCD1602也是本文的重中之重，本文也对它做了具体的叙述讲解。此外，还对系统进行设计、编程和调试，绘制系统的电路原理图并通过仿真软件仿真出来以观察结果。
[关键词] AT89C51 单片机 DS18B20 LCD1602
设计思路
设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；
调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；
比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；
软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。
三、 软件设计
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。
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仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。
Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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原理图
五、 程序
本设计利用KEIL5软件实现程序设计，具体如图。作为本科期间学习的第一门编程语言，C语言是我们最熟悉的编程语言之一。当然，由于其功能强大，C语言是当前世界上使用最广泛、最受欢迎的编程语言。在单片机设计中，C语言已经逐步完全取代汇编语言，因为相比于汇编语言，C语言编译与运行、调试十分方便，且可移植性高，可读性好，便于烧录与写入硬件系统，因此C语言被广泛应用在单片机设计中。keil软件由于其兼容单片机的设计，能够实现快速调试，并生成烧录文件，被广泛应用于C语言的编写和单片机的设计。
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六、 文章目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25
