温度测控系统毕业论文

1、温度控制系统摘要本设计组合了数字温度传感器DSl8B20和单片机AT89S51，实现了最简单的温度检测和控制系统。 该系统结构简单，抗干扰性强，适合在恶劣环境下进行现场温度测量，体积小，携带方便，应用广泛，测量范围广。 关键词单片机温度检测温度控制1序文单片机是大规模集成电路技术发展的产物，是第四代计算机，具有高性能、高速、小型、廉价、稳定、可靠、应用广泛的特点1。 其应用一定会从根本上改变传统的控制检测技术。 因此，单片机的开发应用成为高新技术和工程领域的重要课题. 温度测量和控制是日常生活和农业控制中最常见的问题之一，在保证产品质量、能源和安全生产等方面发挥着重要的作用，可以说它与人们的日

2、常生活有关，因此温度的正确测量和控制具有很大的现实意义。 传统的温度测量系统通常是使用模拟温度传感器设计的，经A/D转换后被微处理器识别和处理。 这种设计方法不仅对前端模拟信号处理电路提供更高的要求，而且不具有数字通信和网络功能。 本设计的基于单片机的温度测量控制系统是将美国Dallas半导体公司发布的数字温度传感器DSl8B20和AT89S51组合而实现的，该系统结构简单，抗干扰能力强，适用于恶劣环境下的现场温度测量该系统的显着优点是电路结构简单、可靠性高、整体体积小、可以携带、随时随地使用、测量范围宽。 2方案论证2.1方案比较本设计有两个方案：方案1 :采用热敏电阻，能满足40度到90度

3、的测量范围，但热敏电阻的精度、再现性、可靠性差，不适用于检测一次信号。 另外，温度测量系统采用单片温度传感器，例如，AD590、LM35等。 但是，由于这些芯片输出模拟1信号，因此必须进行A/D转换后发送到单片机，因此测温装置的结构变得复杂。 建议2 :在测温系统中，以往的测温方法是对模拟信号进行采样并进行AD转换，但是为了获得高测温精度，必须解决放大电路的零位移等引起的误差补偿问题。 美国DALLAS半导体公司发售的智能温度传感器DS18B20与以往的测温元件相比，可直接读取被测量温度，可根据实际的要求通过简单的编程实现912位的数字值的读取方式。 通过93.75750us就可以达到912位

4、的数字量，从DS18B20读出的信息和写入DS18B20的信息，只要用一条线读写就可以，温度转换电力来源于数据总线，向连接总线自身的DS18B20供给电力使用DS18B20使系统配置更简单且更可靠。 在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面，用户使用方便，效果也令人满意。 本论文使用方案2进行设计。 2.2主要器件介绍2.2.1 AT89S51引脚说明了目前市场上单片机的种类很多，但这次设计实现的功能比较简单，处理的数据比较少，所以本设计是通用型mcs-51系列的8位单片机选择了Atmel公司的生产地AT89S51单片机的AT89S51单片机的主要理由如下：-ISP线编程功能，该功能的优点

5、是改写单片机存储器内的程序是强有力且容易使用的功能。 已知最高工作频率为33MHz，89C51的极限工作频率为24M，即S51的工作频率高，计算速度快。 -有双重UART串行通道。-内部内置了看门狗计时器，不需要像89C51那样外置看门狗计时器的单元电路。 -双数据指示符。 -电源关闭id。 -新的加密算法使89S51无法解密，大大增强了程序的机密性，并有效地保护知识产权不受侵害。 -兼容性方面：与51个系列产品完全兼容。 例如8051、89c51等初始MCS-51兼容产品。 2 AT89S51单片机有40个引脚，其引脚的图像和功能分类3图2.3所示的图1 AT89S51芯片的主要引脚功能如下

6、： VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口：P0口是三态双向口。 P1端口：P1端口是8位准双向I/O端口，在内部提供上拉电阻。 P2端口：P2端口也是准双向端口，具有高位8位地址总线输出和通用I/O接口，并在内部提供上拉电阻。 P3端口：P3端口针脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O端口，可接受4个LSTTL栅极电流。 表1 P3端口的管脚菜单P3.0 RXD (串行输入端口) P3.4 T0(定时器0外部输入管脚) P3.1 TXD (串行输出端口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.5 T1(定时器1外部输入WR (外部数据存储器写入门) P

7、3.7 /RD (外部数据存储器读出门)2.2.2 DS18B20的管脚与单片机的连接方式：1)管脚DQ是数字输入输出接口VDD外接的电源输入端(寄生电源连接方式的情况下接地2 )单片机的连接方式单片机数字温度传感器DS18B20和单片机的连接电路非常简单，引脚1(GND )接地，引脚3(VCC )连接电源5V，引脚2(DQ )连接单片机因为每个DS18B20包含唯一的串行数据端口，所以多个DS18B20芯片能够连接到一条总线。 外部供电方式的单点测温电路如图2所示。 外部供电方式的多点测温电路如图3所示。 图2外部供电方式单点测温电路图3外部供电方式多点测温电路3)DSl8B20的主要特性独

8、特的单线接口方式：在连接DS18B20和微处理器时，只用一个接口就能实现微处理器和DS18B20的双向通行。 使用中不需要外围设备。 可以从数据线供给电力的电压范围： 3.0 5.5V。 测温范围：-55 125，固有的测温分辨率为0.5。 可以通过编程实现912位的数字读取方式。 用户可以自己设定非易失性警报的上下限值。 支持多点网络功能，将多个DS18B20并联连接到唯一的三条线上，可以实现多点测温。 负压特性、电源极性相反的情况下，温度计不会因发热而烧损，但不能正常工作4。 如图4所示，DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构由64位ROM、温度感应元件、内部存储器和配置寄存器这

9、4个部分构成。 图4 DS18B20的内部结构图64位ROM。 64位ROM的内容是64位序列号，在发货之前进行光刻，可视为该DS18B20的地址序列代码，对每个DS18B20起着不同的作用，并且可以在一条总线上乘以多个DS18B20。 温度感应元件。 温度传感器元件完成温度的测量，测量结果存储在两个8位的温度寄存器中，这两个温度寄存器的定义如表2和3所示。 表2 LS字节位7位6位5位4位3位1位0 232221202-12-22-32-4表3 MS字节位15位13位11位9位8 SSSSS262524 5)DS18B20的通信协议DS18B20的第操作定时包括初始化定时、写入定时、和读取定

10、时.因此，为完成温度变换，主机控制DS18B20需要经过三个步骤，即，每次读写DS18B20，在复位成功之后发送ROM命令，最后发送RAM命令，对DS18B20进行规定的操作。 5复位是主CPU下拉500微秒释放数据线，在DS18B20接收信号后等待1660微秒左右，要求存在60240微秒的低脉冲，主CPU接收该信号复位成功6) DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理如图4所示，图中的低温系数水晶振子的振荡频率对温度的影响较小，将产生一定频率的脉冲信号发送给减法器1，高温度系数水晶振子的振荡频率因温度变化而显着变化， 所产生的信号作为减法计数器2的脉冲被输入，在图中，计数门也隐藏，当

11、计数门打开时，DS18B20对低温系数振荡器所产生的时钟脉冲进行计数，结束温度测定。 计数门的开放时间由高温系数振荡器确定，每次测定时首先将与-55 对应的基数输入减法计数器1和温度寄存器，减法计数器1和温度寄存器被预设为与-55 对应的基数。 减法计数器1对由低温度系数水晶振动产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预设值变为0时，温度寄存器的值加1，再次加载减法计数器1的预设，减法计数器1重新开始对由低温度系数水晶振动产生的脉冲信号进行计数图中的倾斜累加器用于补偿并校正测温过程中的非线性，其输出用于校正减法计数器的预设值，且重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值为止，只要计数值门

12、未关闭，这是DS18B20的测温原理。 斜率累加器事先计数比较器低温系数振荡减法计数器1事先减少0温度寄存器低温系数振荡减法计数器1图5 DS18B20的测温原理图减少0 6 2.2.32.2.3显示电路(LCD1602) 1)LCD1602:这1602是16个字符* 两行字符型LCD显示屏由32个字符的点块组成，每个字符的点块由57或510个点组成，可以显示ASCII代码表中的所有可见字符。 文字发生器ROM(CGROM )、文字发生器RAM(CGRAM )、显示数据RAM(DDRAM )。 1602液晶显示器具有微功耗、小型、显示内容丰富、超薄、轻量的优点，广泛应用于小型仪表和低功耗应用系

13、统。2)1602引脚及其具体功能是，表4 1602引脚和功能编号1 2 3 4 5 6 7 8符号vssvlrsr/ W E D0 D1端子说明电源地电源加液晶显示偏置信号911符号d3d5d6d7blablk端子说明datai/odati/odati/odati/o背光正背光负数据/命令选择端子(H/L) 12读取/写选择端子(H/L )使能信号datai/odai/o13141516)lcd1602的基本操作定时：读取状态：输入： RS=L E=H输出： D0D7=状态字写指令：输入： RS=L，RW=L，D0D7=指令代码E=高脉冲输出：无读取数据：输入： RS=H，RW=H，E=H输出

14、： D0D7=数据写入数据E=H输出： 3系统软件设计本设计中，第1部分是LCD液晶显示程序，第2部分是DS18B20温度收集变换程序，第3部分是键扫描程序第4部分是输出控制程序，程序流程图如图9所示，7显示OK LCD初始读取温度转换、显示是否警报是否超过上下限？ 是键扫描Relay OFF警报显示ERROR显示继电器on图9程序流程控制说明： LCD进行初始化设定，写入警报温度的上限值、下限值。 然后，复位温度传感器DS18B20检测存在，如果传感器不正常动作，则在LCD画面上显示“ERROR”，如果正常动作，则显示“OK”。 然后读取温度数据，转换后显示在LCD显示器上。 同时，不断地比

15、较实时温度和设定的警报温度的上下限值，在超过警报上限的情况下，鸣响，如果超过关闭加热源的警报下限，按下加热源接通。 因为警报温度的上限值、下限值的设定、显示调整由按钮开关控制，所以程序继续扫描按钮进行循环。 一些主程序和子程序MAIN: 8 ACALL SET_LCD； LCD初始化设定子程序ACALL WR_THL； 将闹钟的上下划线写入临时寄存器TOOP: ACALL RESET_1820的18B20复位子例程JNB FLAG，TOOP1； DS1820将显示不存在a调用meu _ OK的“ok”菜单a调用re _ Thl的EEROM的温度警报值复制到暂时寄存器a调用temp _ bj的温度标记“c”jmp toop2toop 1: a调用meu _ error 显示“错误”菜单ACA