基于-单片机温度控制系统.doc
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1、- -基于单片机的温度控制系统目录1 引言11.1 温度控制系统设计的背景、开展历史及意义11.2 温度控制系统的目的11.3 温度控制系统完成的功能12 总体设计方案22.1 方案一22.2 方案二23 DS18B20温度传感器简介73.1 温度传感器的历史及简介73.2 DS18B20的工作原理73.2.1 DS18B20工作时序73.2.2 ROM操作命令93.3 DS18B20的测温原理93.3.1DS18B20的测温原理:93.3.2 DS18B20的测温流程114 单片机接口设计124.1 设计原那么124.2 引脚连接124.2.1 晶振电路124.2.2 串口引脚124.2.3
2、 其它引脚135 系统整体设计145.1 系统硬件电路设计145.1.1 主板电路设计145.1.2 各局部电路145.2 系统软件设计165.2.1 系统软件设计整体思路165.2.2 系统程序流图175.3 调试216 完毕语23附录24参考文献32- word.zl- -1 引言1.1温度控制系统设计的背景、开展历史及意义随着社会的开展,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开展的主流方向。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
3、泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最根本的物理量之一,物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中,像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域,温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比方,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的围之;许多化学反响的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进展;炼油过程中,原油必须在不同的温度和压力条件下进展分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有适宜的温度环境,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。因此,各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见,温度的测量和控制是非常重要的。单片机
4、在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用围的日益广泛和多样,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。1.2温度控制系统的目的本设计的容是温度测试控制系统,控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛,比方温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视,其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题,本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统,它应用广泛,功能强大,小巧美观,便于携带,是一款既实用又廉价的控制系统。1.3温度控制系统完成的功能本设计是对温度进展实时监
5、测与控制,设计的温度控制系统实现了根本的温度控制功能:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升,同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时,停顿加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启动风扇降温,使温度下降,同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时,停顿降温。温度在上下限温度之间时,执行机构不执行。三个数码管即时显示温度,准确到小数点一位。2 总体设计方案2.1 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,进展A/D转换后,就可以用单片机进展数据的处理,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
6、转换电路,感温电路比拟麻烦。2.2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DS18B20温度传感器,直接读取被测温度值,之后进展转换,依次完成设计要求。比拟以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比拟简单,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1.1所示,它由三局部组成:控制局部主芯片采用单片机AT89S51;显示局部采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示;温度采集局部采用DS18B20温度传感器。加热继电器电风扇继电器单 片 机DS18B20LED显示指示灯 图21 温度计电路总体设计方案1. 控制局部单片机AT89S51具有低电压供
7、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,很适合便携手持式产品的设计使用,系统应用三节电池供电。2. 显示局部显示电路采用3位共阳LED数码管,从P0口送数,P2口扫描。3. 温度采集局部DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温。这一局部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局部组成。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P1.0口,单片机承受温度并存储。此局部只用到DS18B20和单片机,硬件很简单
8、1) DS18B20的性能特点如下9:1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进展通信;2) 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;3) 无须外部器件;4) 可通过数据线供电,电压围为3.05.5V;5) 零待机功耗;6) 温度以3位数字显示;7) 用户可定义报警设置;8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器件;9) 负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 (2) DS18B20的部构造DS18B20采用3脚PR35封装,如图1.2所示;DS18B20的部构造,如图3所示。图22 DS18B20封装(3) DS18B20部构
9、造主要由四局部组成5:1) 64位光刻ROM。开场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可以采用一线进展通信的原因10。64位闪速ROM的构造如下.表21 ROM构造8b检验CRC48b序列号8b工厂代码10H MSB LSB MSB LSB MSB LSB图23 DS18B20部构造2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储,可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20温度传感器的部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂
10、存RAM的构造为8字节的存储器,构造如图1.3所示。头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5个字节,为配置存放器,它的容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时存放器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的部存储器构造和字节定义如图1.3所示。低5位一直为,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。表22 DS18B20部存储器构造Byte0温度测量值LSB50HByte1温度测量值MSB50HE2PROMByte2TH高温存放器-TH高温存放器Byte3TL低温存放器-TL 低温存放器Byte4配位
11、存放器-配位存放器Byte5预留FFHByte6预留0CHByte7预留IOHByte8循环冗余码校验CRC- word.zl- -2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入用户报警上下限值。3)高速暂存存储,可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率,如图1.4。图23 DS18B20字节定义TM R1R0 1 1 1 1 1由表1.1可见,分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保存未用,表现为全逻辑1。第
12、9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后,开场启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。表1.2是一局部温度值对应的二进制温度数据6。表24 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms0099
13、3.750110187.510113751112750表25一局部温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H续表25-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111
14、1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H4) CRC的产生在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码CRC。主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20中的CRC值做比拟,以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进展。操作协议为:初使化DS18B20发复位脉冲发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。- word.zl- -3DS18B20温度传感器简介3.1 温度传感器的历史及简介温度的测量
15、是从金属(物质)的热胀冷缩开场。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测,而且水银有毒,玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计,它们虽然没有毒性,但测量精度很低,只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示,出现了许多不同的温度检测方法,常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值,热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高,出现了多种集成的数字化温度传感器。3.2 DS18B20的工作原理3.2.1DS18B20工作时序根
16、据DS18B20的通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤:1. 每一次读写之前都必须要对DS18B20进展复位;2. 复位成功后发送一条ROM指令;3. 最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进展预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序,具体工作方法如图2.1,2.2,2.3所示。(1) 初始化时序 图31 初始化时序- word.zl- -总线上的所有传输过程都是以初始化开场的,主机响应应答脉冲
17、。应答脉冲使主机知道,总线上有从机设备,且准备就绪。主机输出低电平,保持低电平时间至少480us,以产生复位脉冲。接着主机释放总线,4.7K上拉电阻将总线拉高,延时1560us,并进入承受模式,以产生低电平应答脉冲,假设为低电平,再延时480us12。(2) 写时序图32 写时序 写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us,且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间,都是以总线拉低开场。写1时序,主机输出低电平,延时2us,然后释放总线,延时60us。写0时序,主机输出低电平,延时60us,然后释放总线,延时2us8。(3) 读时序图33 读时序总线器件仅在主机发出读时序是
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- 基于 单片机 温度 控制系统
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