1、分类号：TM924.13 U D C：10621-408-(2010)2717-0密 级：公 开 编 号：2006031159成 都 信 息 工 程 学 院学 位 论 文数字恒温式加热器的研制论文作者姓名：申请学位专业：申请学位类别：指 导 教 师 姓 名 （ 职 称 ）：论文提交日期：毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助
2、和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其
3、他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日数字恒温式加热器的研制摘 要随着越来越多高新科技的推广与
4、普及,温度测控已成为工业生产中的关键技术之一。本文设计了一种以 STC89C52 单片机、DS18B20 温度传感器和 OP07运算放大器为核心的数字式恒温加热器。整个系统设计分为控制器模块、温度测量模块、温度调节模块和按键显示模块四个部分。该恒温加热器通过对DS18B20 实时测量所得温度值和按键设定值的比较，并由单片机控制温度调节模块进行加热或者降温。在本系统中，温度调节模块利用电子负载的恒流特性大大缩短了加热时间；通过加热与降温的相互调节，实现了温度的精确控制。相对众多温控系统而言，数字恒温加热器以其对温度的精确测量、快速控制等优点，必将在未来的生产生活中得到更加美好的发展前景。关键词：
5、恒温加热；温度传感器；单片机；电子负载The Design of Digital Constant Temperature Heater AbstractAs more and more technological innovations have been promoting and popularizing, the temperature control has become one of the core technologies of industrial production. This paper introduces a digital temperature heating
6、device whose cores are STC89C52 microcontroller and temperature sensor DS18B20 and OP07 amplifier. It is divided into four parts. They are controller module, temperature measurement modules, temperature adjustment module and display module separately. Through comparing the real-time measuring temper
7、ature and key setting temperature of DS18B20, the single-chip microcomputer can adjust when to heat or cool. In this system, the temperature control module using constant-current characteristic of electronic load greatly shortened the heating time, then by means of the heating and cooling mutual adj
8、ustment, realize accurate temperature control. By comparison with many other temperature control systems, this constant heating device have its distinct advantages which are accurate temperature measurement and quick control and it will have a brighter prospect during the development of industrial p
9、roduction, even in our everyday life.Key words: constant temperature of the heater; the temperature sensor;Single Chip Microcomputer; electronic load目 录论文总页数：32 页1 引言 .12 系统设计基本方案 .12.1 控制器模块设计方案 .32.1.1 STC89C52 单片机简介 .32.1.2 复位电路 .42.1.3 时钟(晶振)电路 .52.2 温度调节装置模块设计方案 .52.2.1 控制加热和降温电路 .62.2.2 电子负载加热
10、电路 .72.3 温度采集模块设计方案 .112.3.1 DS18B20 结构及引脚功能说明 .112.3.2 DS18B20 初始化和读/写时序 .122.3.3 温度转换算法及分析 .132.3.4 DSl8B20 工作过程中的协议 .132.3.5 DS18B20 温度采集电路图 .142.4 系统总体电路设计 .143 应用的相关软件 .153.1 Keil C51 编辑软件 .153.2 Protel 99SE 电路板设计软件 .153.3 Proteus 软件 .164 系统程序的设计 .164.1 程序结构框图 .164.2 主程序流程图 .174.3 DS18B20 模版程序
11、.185 样机制作 .185.1 PCB 板制作 .185.2 测试样机 .195.2.1 测试环境 .195.2.2 测试方法 .205.2.3 测试结果 .205.2.4 测试分析 .205.2.5 测试结论 .20结 论 .21致 谢 .23声 明 .24附录 A. 材料清单 .25附录 B. 源程序 .26第 1 页 共 32 页1 引言随着新技术的不断开发与应用，温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能力强、运行速度快
12、、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。单片机可用于空气温度控制系统的数据处理，这包括控制执行器的输出、将被测温度送到显示模块显示、接收从人机通道输入的信号等。 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。本文设计了一种基于 STC89C52 单片机的控制和 DS18B20 测试装置，能对环境温度进
13、行测量，并能根据温度给定值给出调节量，控制执行机构，实现调节环境温度的目的。空气温度在我们的环境影响很大的，因而空气温度不论是对于我们的生活还是工业生产都有着重要的意义。在早期对温度温控制的要求主要是在化工、冶炼生产上，比如在大棚蔬菜空气温度控制就对大棚农业生产有不可替代的作用，现在随着新技术的不断开发与应用，用单片机和相关的电子器件构成的空气温控制系统在控制精度以及各项参数上有空前的提高，控制的领域也有很大的扩展，目前以单片机为核心的空气温控制系统得到了广泛应用。正因如此，对空气温度的控制到处可见，比如说特定温度实验室，空调，减少温室效应影响以及工业化农业的要求等都需要空气温度控制。在生产中
14、，一些现代化生产车间里，尤其是在化工厂里，某些产品加工需要在一定的温度下才能进行。随着电子技术的不断发展，温控制系统设计的方法越来越多也越来越完善。2 系统设计基本方案 该数字恒温加热器主要由单片机控制系统、温度采集电路、后向通道（温度控制电路）、键盘显示电路等四部分组成，其总体设计框图如图 2-1 所示。单片机控制系统原理如图 2-1 所示，其工作原理是单片机依次查询各传感器的输出信号（DS18B20 传感器采集温度信号）；然后对输入信号进行相应处理后通过显示模块输出。第 2 页 共 32 页单片机控制系统是以单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，输出控制电路组成，软件选用
15、C 语言编程。单片机可将温度传感器检测到的空气温度模拟量转换成数字量，显示于显示器上。功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换，各种信息的显示；软件主要完成信号的处理及控制功能等。前向通道是系统的温度采样转换电路，它主要元件是温度传感器 DS18B20和 4.7k 电阻构成的，这款温度传感器的其内部电路能够实现将温度变化值转化成脉冲信号发送给单片机，从而避免了模拟信号转化为数字信号的复杂过程。后向通道是系统的温度控制电路，在单片机控制系统中，单片机总是要对被控制对象进行实时控制操作，因此，在这样的系统中，需要有后向通道。后向通道是单片机实现控制运算处理后，对
16、被控对象的输出通道接口输出高、低电平。系统的后向通道是一个输出通道，其特点是弱电控制强电，即小信号输出实现大功率控制。键盘显示电路既是用键盘输入的方式来控制单片机，以满足人们的要求。键盘功能主要有按键识别、去抖、重键处理、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等。确定单片机控制系统总体方案是进行系统设计最关键的一步，总体方案的好坏直接影响整个控制系统的性能及实施细则，其设计主要是根据被控对象的STC89C52CPU电子负载加热器继电器2、3、4输入电源DS18B20 温度芯片数据传输键盘电路继电器 1 N风扇降温图 2-1 单片机控制系统原理框图数码管显示第 3 页 共 32 页任务及工
17、艺要求而确定。根据题目要求系统模块可以划分为：控制器模块，温度调节装置模块，温度采集模块，键盘与显示模块四个部分，下面我们主要讲解前三个模块。2.1 控制器模块设计方案根据题目要求，控制器主要用于对温度测量信号的接受和处理，控制加热元件和制冷装置使控制对象满足设计要求，控制显示电路对温度值实时显示以及通过控制键盘实现对温度值的设定等。2.1.1 STC89C52 单片机简介本设计采用 STC89C52 芯片为 CPU。STC89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能的 CMOS 8 位单片机，片内含 8K 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取
18、数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准的 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。STC89C52 单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。由此可见，STC89C52 单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低，适用本设计需求。掌握 STC89C52 单片机，应首先了解 STC89C52 的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。STC89C52 有 40 条引脚。这 40 条引脚可分为 I/O 端口
19、线（32 条）、控制线（4 条）、电源线（2 条）、外接晶体线（2 条）四部分， STC89C52 脚排列如图 2-2 所示。STC89C52 共有 40 个引脚，大致可分为 4 类：(1) 电源引脚VCC:电源端（ +5V）； VSS: 接地端(GND)。(2) 时钟电路引脚XTAL1:外接晶振输入端； XTAL2:外接晶振输出端。(3) I/O 引脚P0.PP0.7/AD0AD7: 一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也是地址/ 总线复用口。作入/输出口时，必须外接上拉电阻，它可驱动 8 个 TTL 门电路。当访问片外存储器时，用作地址/总线分时复用口线。P1.0P1.7: 一组内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4 个 TTL门电路。P2.0P2.7/A8A15: 一组内部带上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4
