基于51单片机的智能温度控制系统

基于51单片机的温度测量控制系统设计说明室内温度控制系统设计摘要随着科技的不断进步，温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。本文采用51单片机来实现对温度的测量和控制。它的主要组成部分有：STC89C52单片机最小系统，DS18B20测温电路,按键电路、LCD1602显示电路，继电器控制电路。它可以实时地检测和显示温度，可以设定温度范围，实现对温度的自动控制。关键词：STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、测量和控制。目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 iv\o"CurrentDocument"温度测量控制系统设计的背景、发展历史及意义 iv\o"CurrentDocument"温度测量控制系统的目的 iv\o"CurrentDocument"温度测量控制系统完成的功能 iv\o"CurrentDocument"总体设计方案 v\o"CurrentDocument"方案一 v\o"CurrentDocument"方案二 vDS18B20温度传感器简介 错误!未定义书签。温度传感器的历史及简介 错误!未定义书签。DS18B20的工作原理 错误!未定义书签。DS18B20工作时序 错误!未定义书签。ROM操作命令 错误!未定义书签。DS18B20的测温原理 错误!未定义书签。DS18B20的测温原理 错误!未定义书签。DS18B20的测温流程 错误!未定义书签。4硬件电路设计 错误!未定义书签。单片机最小系统设计 错误!未定义书签。时钟电路 错误!未定义书签。复位电路 错误!未定义书签。测温电路设计 错误!未定义书签。显示电路设计 错误!未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z5总结 viii\o"CurrentDocument"参考文献 ix\o"CurrentDocument"附录原理图 x1引言温度测量控制系统设计的背景、发展历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。随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。温度测量控制系统的目的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，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，如在钢铁冶炼过程中要对出炉的钢铁进行热处理，才能达到性能指标，塑料的定型过程中也要保持一定的温度。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力的要求越来越高，被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等，使难以按数学方法建立被控对象的精确模型的情况。温度测量控制系统完成的功能本设计是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，蜂鸣器报警，同时红灯亮，模拟加热过程，使温度上升；当温度高于设定上限温度时，蜂鸣器报警，同时绿灯亮，模拟制冷过程，使温度下降；温度在上下限温度之间时，蜂鸣器和红绿灯不动作；LCD1602实时时显示温度，精确到小数点一位；通过独立按键可以设置温度的控制范围。2总体设计方案方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，这样做感温电路会比较麻烦。方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只口518820温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，在LCD1602上显示出来，接着完成继电器控制电路和按键电路。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2.1所示，它由五部分组成:STC89C52单片机DS18bSTC89C52单片机DS18b20温度测量电路继电器控制电路LCD1602显示按键图2－1温度计电路总体设计方案控制部分单片机STC89C52具有低电压供电和体积小等特点，它所具有的资源能足够满足此次电路系统的设计需要，并且很适合便携手持式产品的设计使用。显示部分显示电路采用LCD1602,第一行显示当前温度，第二行显示控制温度范围，也就是温度的上限和下限值。用户按键用户按键采用4位独立按键，能够对温度上下限进行设置。继电器控制电路当前温度超出设定的温度上下限时，继电器闭合电机转动，LED指示灯亮。温度测量电路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P1.4口。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。DS18B20的性能特点如下⑼：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±0.5℃。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、不锈钢保护管直径中6⑧、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DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR—35封装，如图1.2所示；DS18B20的内部结构，如图3所示。

二C2二C2上I——匚>地数据线可选DS18B20封装DS18B20内部结构主要由四部分组成M：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LSB的原因［10］。64位闪速ROM的结构如下.LSB存存储器和控制逻辑暂存器位:FT存存储器和控制逻辑暂存器位:FT产生器8b检验CRC48b序列号8b工厂代码(10H)表2—1ROM结构MSB LSBMSB LSBMSBDS18B20内部结构7总结本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该智能温度控制器只是口518820在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像的温度、育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。参考文献[1]李朝青，单片机原理及接口技术（简明修订版）[ML北京:北京航空航天大学出版社，1998[2]李广弟.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社，1994[3]金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用J].电子技术与应用，2000[4]李钢.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用.现代电子技术J],2005[5]苏麟祥.DS1820数字温度传感器的功能特性及其应用.世界采矿快报，2000（9）.沙占友等.智能化集成温度传感器原理与应用.北京：机械工业出版社，2002.阎石.数字电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989附录原理图U1hXTftllHTM3IS1ESZ1■=TDHtCP.YBTXUOXILCD1IJLCICL045.0BC竹部"白4sA4.§0FDmK!FEI3AQFE1HW，rCLStP.K?re■3尸.由FQTtKK