基于单片机和DS18B20温度系统的应用研究毕业论文

目录TOC\o"1-3"\h\u2761前言 3235602基于单片机和DS18B20温度系统的时代背景、发展史及意义 485053基于单片机和DS18B20温度系统的应用 4106054基于单片机和DS18B20温度系统的研究 5152754.1控制部分 6117254.2显示部分 683204.3温度采集部分 6251045结论 1012701参考文献 118880致谢 11基于单片机和DS18B20温度系统的应用研究摘要：在此科技迅速发展的年代，在人们的生产和生活中已经广泛使用温度采集控制，人们采集温度通常使用温度计，而人们控制温度的方式一般是通过通风或者人工操作加热或降温，可是控制效果不好、时效性也不好，而且工作员工的工作硬度比较大。虽然现在相当一部分用户的温度传感器是用半导体二极管充当，但这样做有不好的交换性和太好的成绩。因为对温度要求较高的行业比较多，并且引发事故的多数是由于环境温度变化不合理造成，并且还有很多操作人员安全收到威胁的情况，所以，将数字温度测量及控制设备安装在不安全环境的某些特定位置，在温度超过某范围就报警。本设计由于使用了智能温度传感器进行控制，这种传感器具有比较高的测量精度，简单的操作，并且还具有比较便宜的价格，本设计是一个基于单片机的数字温度采集及控制系统。关键词：温度传感器；单片机STC89C52；数字温度采集1前言本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。2基于单片机和DS18B20温度系统的时代背景、发展史及意义温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数，随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是一个重要的物理量，它反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。在工、农业生产和日常生活中，各个环节都与温度紧密相联，温度的准确监测及控制占据着极其重要地位。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行等。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。可见，温度的测量和控制是非常重要的。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。利用单片机对温度进行控制的技术也随之而生，并日益发展和完善，且越来越显示出它的优越性。3基于单片机和DS18B20温度系统的应用DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，技术性描述如下：①、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。②、测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1℃。③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。④、工作电源:3.0~5.5V/DC（可以数据线寄生电源）⑤、在使用中不需要任何外围元件⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送⑦、不锈钢保护管直径Φ6⑧、适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温⑨、标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。4基于单片机和DS18B20温度系统的研究考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图4-1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。加热继电器电风扇继电器加热继电器电风扇继电器单片机DS18B20LED显示指示灯图4－1温度计电路总体设计方案4.1控制部分单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。4.2显示部分显示电路采用3位共阳LED数码管，利用动态扫描方式，从P0口输出段码，P2口的P2.5、P2.6、P2.7输出位码。LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，为共阳管。4.3温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单1)DS18B20的性能特点如下[9]：1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3)无须外部器件；4)可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V；5)零待机功耗；6)温度以3位数字显示；7)用户可定义报警设置；8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9)负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。(2)DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR－35封装，如图4-2所示。图4－2DS18B20封装(3)DS18B20内部结构主要由四部分组成：1)64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。64位闪速ROM的结构如下。图4－3DS18B20内部结构2)非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如表4-2所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。表4－2DS18B20内部存储器结构Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH高温寄存器TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器TL低温寄存器Byte4配位寄存器配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byte8循环冗余码校验（CRC）2)非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图4-3。图4－3DS18B20字节定义TMR1R011111由表4-4可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表4-5是一部分温度值对应的二进制温度数据。表4－4DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表4－5一部分温度对应值表温度/℃二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H续表2－5-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H4)CRC的产生

在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数5结论毕业设计选题时之所以选择多路温度采集控制系统，主要是旨在学习时下应用广泛的单片机，再者是因为对温度采集系统感兴趣。设计起初，我先是对STC89C52单片机进行学习了解，后搜集并学习DS18B20的数据手册，接着学习了共阴数码管和独立键盘的使用方法。本次设计使用单片机控制温度传感器测试温度和数码管的显示以及蜂鸣器的报警，实现了以单总线方式相连两路温度传感器并能实时采集和显示两点的温度而且进行高温度的蜂鸣器报警。在此次实践中本人学习了相关器件的使用，锻炼了动手和独立解决问题的能力；并且在Keil软件编程中反复调试程序，也锻炼了本人的耐心，虚心接受并检查错误。参考文献1、C语言设计清华大学出版社主编谭浩强单片机应用技术北京理工大学出版社主编潘定远郭稳涛数据库应用技术北京人民邮电出版社主编周慧施乐军计算机控制技术北京电子工业出版社主编俞光昀电工技术北京人民邮电