畢業(yè)設計（論文）-基于單片機的激光器溫度控制系統(tǒng)設計.doc

哈爾濱理工大學學士學位論文-I-激光器溫度控制設計摘要溫度是日常生活中無時不在的物理量，溫度的控制在各個領域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等特點，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術正被廣泛地采用本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了綠光激光器的溫度控制系統(tǒng)的設計思路，簡單說明如何實現(xiàn)對激光器溫度的控制，并對硬件原理圖和程序框圖作了簡潔的描述。還介紹了在激光器溫度控制系統(tǒng)的軟硬件設計中的一些主要技術關鍵環(huán)節(jié),該系統(tǒng)主要以MCS-51單片機為核心,由溫度檢測電路,顯示電路,控制電路等構成。用MCS-51單片機設計的激光器溫度檢測電路是本次設計的主要內(nèi)容，是整個單片機溫度控制系統(tǒng)設計中不可缺少的一部分，該系統(tǒng)對溫度進行了實時采集與檢測。通過溫度傳感器實現(xiàn)對激光器的溫度采集，通過七段數(shù)碼管來顯示激光器的溫度，通過小型風機以及加熱器來控制激光器的溫度的升降，本設計介紹的激光器溫度自動控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)調(diào)試及主要技術性能參數(shù)。關鍵詞單片機；溫度傳感器；激光器；溫度控制哈爾濱理工大學學士學位論文-II-TheDesignofTemperatureControlForLaserComponentAbstractThetemperatureisconstantlyinthedailylifeofphysicalandtemperaturecontrolsinvariousfieldshaveapositivemeaning.Alotofbusinesseshavealotofpowerheatingequipment,suchasthatusedfortheheattreatmentfurnace,formeltingmetalcrucibleresistanceheatersandthevarioususesoftemperaturebins,SCMusingtheirrighttocontrolnotonlyeasytocontrol,simple,suchasthecharacteristicsofflexibility,butcanalsosignificantlyincreasethetemperaturewaschargedwiththetechnicalindicators,whichcangreatlyenhancethequalityoftheproducts.Therefore,intelligenttemperaturecontroltechnologyisbeingwidelyadoptedThedesignoflasercomponentstemperaturecontrolsystemisintroducedfromhardwareandsoftware,andsimplyexplainshowtoachievethetemperaturecontrol.Thehardwareprincipleandsoftwarecasefigaredescribed.Someimportanttechniquesinadesignschemeofthehardwareandthesoftwareofthelasercomponentstemperaturecontrolbysingle-chipmicrocomputerareintroduced.Thesystemmostlytakes8051single-chipmicrocomputerasacore，itisstructuredbytemperaturetestingcircuit,displaycircuit,controlcircuitandsoon.ThemaincontentofthisdesignistemperaturetestingcircuitthatusesAT89C51single-chipmicrocomputer.Itisapartofthewholedesignthatcannotbelacked.Thesystemisusedtocollectandcontrollasercomponentstemperatureinrealtime.Throughtheledtodisplaythenumberofthelasercomponent.Thetemperatureautomaticcontrolsystemisbasedonsingle-chipmicrocomputerisdescribedinthearticleincludingsystemscheme，partsofanapparatuschoice,theoreticalanalysis，thedesignofhardwareandsoftware,systemtesting，andthemaintechnicalperformanceparametersKeywordsmicrocontroller；temperaturesensor；lasercomponent；temperaturecontrol哈爾濱理工大學學士學位論文目錄摘要.IAbstract.II第1章緒論.11.1課題研究的目的與意義.11.2國內(nèi)外文獻綜述.11.3論文研究內(nèi)容.2第2章總體方案.32.1基本設計思路.32.2具體設計考慮.32.2.1電路的基本設計方案.32.2.2各器件的功能.42.3本章小結.4第3章硬件設計.53.1單片機的選取.53.1.1AT89C51的主要特性.63.1.2AT89C51的引腳功能.73.2傳感器的選取.93.2.1DS18B20的性能特點.93.2.2DS18B20內(nèi)部結構.103.2.3DS18B20的工作原理.113.2.4DS18B20的測溫原理.133.3串口的選取.153.3.1串口通信的工作原理.153.3.2MAX232概述.163.4電路中數(shù)碼管的選取.173.574LS47的簡介.183.6控制電路的設計.193.6.1加熱控制電路設計.193.6.2繼電器的選用.203.6.3降溫控制電路設計.213.7電源電路設計.223.8本章小結.23第4章軟件設計.244.1系統(tǒng)軟件設計的整體思路.244.2程序功能.244.3系統(tǒng)程序流程圖.25哈爾濱理工大學學士學位論文4.4本章小結.28第5章系統(tǒng)調(diào)試、故障分析與結果.295.1硬件調(diào)試與故障分析.295.1.1硬件調(diào)試.295.1.2故障分析.305.2本章小結.31結論.32致謝.33參考文獻.34附錄A.35附錄B.36附錄C.42哈爾濱理工大學學士學位論文-1-第1章緒論1.1課題研究的目的與意義近年來，隨著激光顯示技術的不斷發(fā)展，激光顯示正在越來越受到關注。激光顯示技術在圖像質(zhì)量、產(chǎn)品壽命、節(jié)能、環(huán)保、易于實現(xiàn)大屏幕等方面具有顯著優(yōu)勢，被譽為“人類視覺史上的革命”，有望成為下一代顯示技術的主流。面對目前我國平板顯示產(chǎn)業(yè)核心關鍵技術缺失的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，前瞻性地發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的激光顯示技術是實現(xiàn)顯示產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和跨越式發(fā)展的必由之路。可以預見激光顯示技術將在公共信息大屏幕、數(shù)碼影院、家庭影院以及便攜式投影等領域具有極大的發(fā)展空間和廣闊的應用前景，這將會是一個極其巨大的市場。光源采用創(chuàng)新設計的準隨機相位RGB激光光源，采用一體化封裝技術，有效減小光源體積，同時有效提高光源壽命及可靠性，采用準隨機調(diào)制技術，無需增加外圍消散斑部件，從根本上消除了激光顯示存在散斑的缺點1。在本設計中我主要研究了RGB激光光源中綠光激光器的溫度控制設計，任務是使其控制在所設定的溫度范圍內(nèi)。1.2國內(nèi)外文獻綜述激光顯示技術是繼黑白顯示、標準彩色顯示和數(shù)字顯示后的下一代顯示技術。激光顯示能實現(xiàn)傳統(tǒng)顯示所達到的所有先進技術指標，如大屏幕、高分辨率、數(shù)字化等，同時由于激光顯示使用激光作為光源，激光的光譜是線譜,本身顯現(xiàn)的顏色即為光譜色，且激光具有波長可選擇和高光譜亮度的特點，因此用紅、綠、藍三色激光器作為光源的三基色所構成的三角形色域空間更大,且具有很高的色飽和度，其色域覆蓋率可達熒光粉的2倍以上，可以覆蓋人眼所能識別色彩空間的90以上，遠高于目前CRT電視、液晶電視、等離子電視30%左右的覆蓋范圍，因此激光顯示可以獲得更高的飽和度、更豐富的顏色和更逼真的視覺效果，將徹底突破前3代顯示技術中色域空間的不足，實現(xiàn)最完美色彩還原，使人們通過顯示終端看到我們最真實、最絢麗的世界。而激光顯示中最核心的器件為RGB激光器1。隨著電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。利用微機對溫度進行測控的技術，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。目前,單片微機已普遍地作用于生產(chǎn)過程的自動控制領域中。單片機以其體積小、價格低廉、可用其構成計算機控制系統(tǒng)中的智能控制單元和可靠性高等特點,受到廣大工程技術人員的重視。溫度是生產(chǎn)過程中最常見的物理量,許多生產(chǎn)過程是以溫度作為其被控參數(shù)的。因此,溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)2。哈爾濱理工大學學士學位論文-2-1.3論文研究內(nèi)容在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域中3。采用MCS-51單片機來對激光器溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。在本設計中我主要研究了RGB激光光源中綠光激光器的溫度控制設計，任務是使其控制在所設定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)需實現(xiàn)如下功能和指標：1.溫度給定值在32左右并且現(xiàn)場可調(diào)；2.溫度控制誤差2；3.實時顯示溫度值；4.用風機和加熱器來實現(xiàn)溫度的控制；5.控制參數(shù)可在線修改。哈爾濱理工大學學士學位論文-3-第2章總體方案2.1基本設計思路首先進行主控制電路設計及元件的選擇。本次設計選用AT89C51單片機來實現(xiàn)電路控制、運算等功能；選用溫度傳感器作為溫度采集單元來實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集。確立主電路元件后，再根據(jù)設計要求指標進行其它控制電路的設計及元器件的選擇。此溫度控制系統(tǒng)設計選用加溫和降溫兩方面來實現(xiàn)溫度的穩(wěn)定，分別通過單片機控制驅動電路。當繼電器由主電路驅動后，分別控制所帶控制電路動作，實現(xiàn)加溫和降溫功能，達到溫控目的。此外，控制電路設計完畢后再進行其它電路設計。顯示電路設計，通過單片機操作，將溫度以十進制方式顯示出來。電源電路，分別設計了5V電源用于主電路的電源要求，及12V電源用于帶動加熱及風機控制電路。溫度控制系統(tǒng)就是將測得的實時溫度送到單片機里與設定溫度比較并進行相關轉化，從而控制執(zhí)行機構調(diào)整溫度。當該系統(tǒng)接入電源后，數(shù)碼管直接顯示由溫度傳感器測得的當前溫度。系統(tǒng)自行將由溫度傳感器測得的當前溫送到實時溫度顯示器。當實測溫度低于設定溫度下限值時，由單片機控制加熱驅動得電，加熱器加熱，加熱指示燈亮，同時，風機控制為停止工作狀態(tài)，風機動作指示燈滅。當實測溫度高于設定溫度上限值時，電熱器停止加熱，加熱指示燈滅，單片機系統(tǒng)轉換到降溫控制口，調(diào)動風機進行控制，此時風機動作指示燈亮。2.