1、河南理工大学万方科技学院毕业设计I本 科 毕 业 设 计（论文）题目 基于 51 单片机的温度自动控制 系统设计研究 院（系部） 电气与自动化工程系 专业名称 通信工程 年级班级 09-2 通信 学生姓名 指导教师 2013 年 05 月 10 日河南理工大学万方科技学院毕业设计II摘 要基于单片机的温度控制器，采用DS18B20温度传感器采集所要测量的当前环境的温度，通过单片机进行处理并加以显示。单片机采用的是AT89S52系列单片机。温度传感器DS18B20具有12位精度，可较为精确的测量当前环境的温度。该温度控制器具有设定温度上、下限的功能，通过控制继电器控制外部降温、加热装置，从而实现
2、环境温度处于设定温度上、下限范围内。该温度控制器的显示部分采用LED数码管显示，具有显示当先温度、温度上、下限值的功能。按键部分采用四个按键，每个按键的功能不同，通过按键的配合使用，可以实现切换LED数码管显示，调节温度上下限的功能。该系统结构简单，精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低，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：单片机 AT89S52 DS18B20 数码管 继电器河南理工大学万方科技学院毕业设计IIIAbstractTemperature controller based on MCU, using the current environm
3、ent to measure the temperature of sensor DS18B20, processing and display by MCU. The microcontroller is series of MCU AT89S52. The temperature of sensor DS18B20, with 12 accuracy, can accurately measure the current environment temperature.The temperature controller can set temperature, and have the
4、lower limit function,control the relay to control the external cooling, heate device. So as to realize the environmental temperature at the setting temperature, and lower bounds.The temperature controller with the display parts, adopts LED digital tube display. Displaying the current temperature, lo
5、wer value. The part of the four keys, with defferent function , can realize the switch LED digital tube display, adjust the temperature upper limition .This system is simple, high precision, wide range, high sensitivity, small size, low power consumption, strong anti-jamming capability, suitable for
6、 harsh environments on-site temperature measurement, has a broad application prospection.Key words: MCU AT89S52 DS18B20 digitron relay河南理工大学万方科技学院毕业设计i目 录前 言 .11 系统方案设计 .21.1 方案论证 .21.1.1 方案一 .21.1.2 方案二 .21.2 系统设计框图 .32 系统硬件设计 .42.1 单片机选择 .42.1.1 AT89S52 特点 .42.1.2 AT89S52 功能描述 .52.1.3 AT89S52 引脚功能
7、 .52.2 温度传感器的选择 .62.2.1 DS18B20 简单介绍 .62.2.2 DS18B20 性能特点 .72.2.3 DS18B20 内部结构 .72.2.4 DS18B20 测温原理 .82.2.5 DS18B20 工作时序 .102.3 硬件电路设计 .112.3.1 测温电路 .112.3.2 显示电路 .132.3.3 报警电路 .152.3.4 降温、加热电路 .152.3.5 其他电路 .163 系统软件设计 .183.1 软件设计 .184 系统调试 .204.1 软件调试 .204.2 元器件调试 .205 总 结 .22致 谢 .23参考文献 .24附录一 .2
8、5附录二 .34河南理工大学万方科技学院毕业设计1前 言温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。例如：在农业温室大棚生产、冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制作、和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类环境、加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业中经常遇到的问题。基于单片机的温度控制系统可以实现温度的显示、预警等功能
9、，对于工业生产效率的提高，可以起到很大的作用。科学技术是第一生产力，对温度实现比较系统化的检测控制使人们的生产节奏有一个良好的循环。从而将节约更多的人力物力，降低生产过程中可以省略的一些繁琐的细节。一个简单有效地控制系统可以在一定程度上使工厂的生产效益上一个台阶，只要运用得当，就有可能做到。本设计是基于当前社会发展的良好形势，经过慎重考虑后决定的，也是对自己所学知识的一次检验，期望能够获得温故而知新的效果。只有不断地学习才能不断的进步。结合社会的实际情况，然后根据自己的特点，更好的去了解自己，充分挖掘自己的潜力。学以致用是老师要求我们的努力方向，现今社会要求我们对知识的应用越来越熟练，只有靠自
10、己锲而不舍的奋发图强，才能争取自己的一片天地。河南理工大学万方科技学院毕业设计21 系统方案设计1.1 方案论证由于本方案是基于温度传感器的温度自动控制。可以采用两种方案：一种是使用热敏电阻之类的元件；另一种是使用数字温度传感器1.1.1 方案一选用热敏电阻电路，测温部分选用热敏电阻，将随被测温度变化的电压或电流采样，进行A/D转换后就可以用单片机进行数据处理，实现温度显示。这种设计需要用到A/D转换电路，增大了电路的复杂性，而且要做到高精度也比较困难。1.1.2 方案二考虑到单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用DS18B20数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，体积小
11、、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成数字信号给单片机处理。另外DS18B20具有3引脚的小体积封装，测温范围为-55+125摄氏度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。以上两种方案相比较，第二种方案的电路、软件设计更简单，此方案设计的系统在功耗、测量精度、范围等方面都能很好地达到要求，故本设计采用方案二。河南理工大学万方科技学院毕业设计31.2 系统设计框图本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、数码管显示模块、按键控制模块、温度报警模块、温度控制模块组成，其总体架构如图1-1所示图 1-1 系统框图时钟电路复位电路按键输入电路测温电路 单片机驱动电
12、路 显示电路报警电路02040608010120一 月 二 月 三 月 四 月亚 洲 区欧 洲 区北 美 区电路降温电路加热电路02040608010120一 月 二 月 三 月 四 月亚 洲 区欧 洲 区北 美 区电路河南理工大学万方科技学院毕业设计42 系统硬件设计2.1 单片机选择AT89S52作为温度测试系统的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS-51系列单片机中的基础产品，采用可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS-51产品。单片机AT89S52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，单片机如图2-1所示。2
13、.1.1 AT89S52 特点与 MCS-51 兼容；4K 字节可编程闪烁存储器；寿命：1000 写/擦循环；数据保留时间：10 年；全静态工作：0MHz-33MHz；三级程序存储器锁定；128*8 位内部 RAM；32 位可编程 I/O 线；两个 16 位定时器/计数器；5 个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。图2-1 AT89S52 单片机河南理工大学万方科技学院毕业设计52.1.2 AT89S52 功能描述AT89S52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除、快速写入程序的存储器，能承复写入/擦除1000次
14、，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能 1。AT89S52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统休积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅击10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的需求，可以直接在5V电压下进行编程，不需要12V电源。改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽，全静态工作，工
15、作频率宽在0MHz-33MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz-12MHz更具有灵活性。 AT89S52芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密于段，能完全保证程序或系统不被仿制。2.1.3 AT89S52 引脚功能AT89S52 单片机 P3 口第二功能如图2-2所示 2。河南理工大学万方科技学院毕业设计6图2-2 P3口的第二功能2.2 温度传感器的选择由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。2.2.1 DS18B20简单介绍DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20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
