1、基于 ds189b20 的温度控制设计报告1摘 要本文主要介绍了一个基于 AT89C51 单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器 DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20 与AT89C52 结合实现最简温度检测系统，该系统结
2、构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：AT89C51、DS18B20、温控、自动2目 录第一章 概述 .4第二章 单片机人机接口系统的软件设计 .62.1 AT89C52.62.2 系统组成 .72.4 显示按键电路设计 .7第三章 温度测量模块的设计 .83.1 DS18B20 介绍 .83.2 DS18B20 内部结构 .103.3 温度驱动模块 .11第四章 温度控制模块设计 .124.1 光电隔离控制电路的设计 .124.2 风扇 PWM 驱动 .134.3 制冷片的控制以及程序设计 .13第五章 温度测量试验与分析 .145.1 基本任务
3、.14第六章 温度控制试验与分析 .15总结 .16参 考 文 献 .17附录一 .183第一章 概述测控系统综合课程设计，是一项重要的实践训练，它涉及单片机原理与应用、可编程控制器、传感器技术、测控电路和电子电力技术等课程，是多门课程的综合性设计。1.课程设计任务分解温度测控系统的设计温度控制系统的设计智能测控系统的设计风扇控制电路设计温度传感器程序设计数据处理程序设计风扇控制器程序设计数码管显示程序设计键盘操作程序设计制冷片控制电路设计制冷片控制程序设计图 1.1 课程设计的任务分解2主要仪器设备元件DS18B20，单片机实训板、可编程控制器实验台、场效应管、玻璃温度计、小风扇、多功能面包
4、板、插线、万用表，计算机，其它元器件，调试工具等。3课程设计的基本流程课程设计的流程中控制电路的焊接、软件设计和加温系统组装以及箱体制作部分是课程设计的三大核心模块。电路设计与焊接部分主要是 18B20 的接口电路、光电隔离与场效应管驱动电路以及驱动电路的接口。软件设计主要包括键盘扫描程序、四位数码管动态显示程序、任意浮点数显示程序、输入参数合成、计时器程序、风扇控制程序、制冷片控制程序以及4串口通讯程序等。加温系统组装调试以及箱体制作主要完成加温系统中制冷片、散热片、风扇的组装以及上电试运行，箱体制作主要是用硬纸箱板按照参考尺寸 15 厘米，做一个 15X15X15 的箱子就可以，同时考虑加
5、温系统的安装以及温度传感器的布置。温度测量试验主要是在一系列标准温场下，用传感器测量的数据与标准玻璃温度计的数据对比，分析测量的精度，根据仪器的引用误差定设备的级别。温度控制试验分加温和降温两部分，通过设定一个比现场温度低或者高的温度，然后系统开始工作，并按照一定的时间间隔将温度和加/降温的时间的数值统计出来。分析温度系统的工作效率。当达到设定值后，将其稳定住，并按照一定的时间间隔采集数据，分析系统的稳定性。5第二章 单片机人机接口系统的软件设计2.1 AT89C52AT89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司
6、高密度非易失性存储器技术制造。片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统,可编程 Flash，使得 AT89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM, 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM
7、、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89C52。2.2 系统组成本系统是通过单片机控制 DS18B20 来完成温度测量的全过程的,系统主要由 AT89C52 单片机、电源、时钟、加热、测温、显示、键盘、报警、复位等电路组成,系统组成框图如图 3 所示系统组成6图 2.2 系统的组成2.4 显示按键电路设计显示电路由三片 74HC595 驱动三块 LED 数码显示器组成,用于显示三位温度值,两位整数,一位小数。该显示电路是 AT89C52
8、 单片机串行口工作于方式 0 的典型应用。74HC595 是一个 8 位的串入并出移位寄存器, 与 74HC164 类似,但其性能优于 74HC164,因为 74HC595 内部含有一个锁存器,可用于锁存显示数据,这就使得 74HC595 在同步移位时,LED 数码显示器上不会出现乱码。电路中,74HC595 的 SER 端与 AT89C51 的 RXD 端相连, 用以接收来自AT89C51 的串行输入信号;74HC595 的 SRCLK 端与 AT89C51 的 TXD 端相连, 用以接收来自 AT89C51 的同步移位时钟脉冲信号;而 74HC595 的锁存信号 RCLK 则由 AT89C
9、51 的 P2.0 控制 ;74HC595 的第 9 位输出 Q8 用于多片 74HC595 的级联。本系统中由于按键个数较少, 为简化系统设计而采用独立式按键。三个按键分别连接到 AT89C52 的 P0.0,P0.1,P0.2。AT89C52 单片机共有四个并行 I/O 口:P0P3 口。其中 P0 口有三种用途:用作 8 位数据总线 DB;与 P2 口共同构成 16 位地址总线 AB,P0 口为低 8 位 AB;用作一般 I/O 口。由 P0 口的内部结构可知,其输出驱动级为开漏电路,因而当 P0 口用作一般I/O 口时,需外接上拉电阻。按键功能如下:K1:加热控制键。按下 K1,CPU
10、 执行指令“CLR P1.1”,将 P1.1 口的电平拉低,经 74LS04 反相后变高,使发光管 D1 点亮,继电器 J 动作,J1 闭合,加热器开始加热。K2:禁止加热键。按下 K2,CPU 执行指令“SETB P1.1”,将 P1.1 口的电平拉高,经 74LS04 反相后变低,发光管 D1 熄灭,继电器动作,J1 断开,加热器停止加热。K3: 恒温控制键。按下 K3,CPU 将当前温度值读入并储存、比较,当温度7高于储存值时,执行 K2 键功能;当温度低于储存值时,执行 K1 键功能。第三章 温度测量模块的设计3.1 DS18B20介绍DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B2
11、0 是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为 9 位12 位转换精度，测温分辨率可达 0.0625 摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微
12、处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。其最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20 的数据 I/O 均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有 2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和 GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当 1 W ire 总线的信号线 DQ 为高电平时, 窃取信号能量给 DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电容充电, 当 DQ 为低电平时释放能量为 DS18B20 供电。但寄生电源方式
13、需要强上拉电路, 软件控制变得复杂(特别是在完成温度转换和拷贝数据到 E2PROM 时 ) , 同时芯片的性能也有所降低。因此, 在条件允许的场合, 尽量采用外供电方式。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接 5K 左右的上拉电。在这里采用前者方式供电。如图 3.1 所示：8图 3.1 DS18B20 与单片机接口原理图3.2 DS18B20 内部结构图 3.2 DS18B20 的内部结构9DS18B20 内部整体结构 DS18B20 内部由 64 位光刻 ROM、温度传感器、暂存器、EEPROM 等组成,其整体结构如图 1 所示。DS18B20 暂存器结构 DS18B20 内部有一
14、个 9 字节的数据暂存器, 用于温度数据的存放、EEPROM 中的内容拷贝、循环冗余检验码的存放以及内部计算中间结果的暂存等,DS18B20 暂存器结构如图 2 所示。3.3温度驱动模块加热测温电路由加热器、继电器、DS18B20 等组成。系统上电复位时,P1 口为高电平,继电器 J 不动作,J1 断开,加热器不工作。根据 DS18B20 的工作原理, 当总线上只有一个 DS18B20 时,不需要对 DS18B20 的 ID 进行识别,单片机不必提供 DS18B20 的 64 位 ROM 编码,而只要使用一条“跳过 ROM”命令,然后就可直接对 DS18B20 的存储器进行操作。在这种情况下,单片机启动 DS18B20 开始进行温度转换、读取温度数据的流程如图 3.3图 3.3 温度转换、读取数据流程
