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1、 . . . . . . . 设 计 报 告 基于 51 单片机的温度控制系统及应用 学 校： 湘南学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名: 云燕、曾琳琳、许治豹、马立强 指导教师： 曾晓华 日 期： 2013 年 5 月 9 日 . . . . . . . 摘要摘要：在现代工业的生产生活中，温度是常用的测量机被控参数。随着微机测量和控制技 术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程 度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本水温控制系统采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89S51 单片机为核心控制器件，实现水温 30 度到 100 度的自动控制，以
2、DS18B20 为温度 传感器的温度控制系统，光电耦合器 MOC3041 和双向可控硅构成主控制电路。该系统可以 实时存储相关的温度数据并记录显示温度。硬件控制电路主要包括 AT89S51 单片机最小系 统，测温点路，时钟电路，8 段数码晶体管显示电路。系统程序主要包括主程序，读出温 度子程序，计算温度子程序，按键处理程序，8 段数码晶体管显示程序以及数据存储程序 等等。 关键词关键词：AT89C52 单片机，DS18B20 温度传感器，BTA16-600B 双向晶闸管，8 段数码晶体 管显示电路，水温自动控制。 Abstract: in modern industrial productio
3、n and life, temperature is a common measuring machine was accused of parameters. With the rapid development of microcomputer measurement and control technology and widely used, with the single chip processor as the core temperature gathering and control system of research and application to a large
4、extent, improve the production control of the temperature level in the life. The water temperature control system adopts the ATMEL company produces the AT89S51 as the core control device to achieve the automatic control water temperature 30 degrees to 100 degrees, the temperature control system base
5、d on DS18B20 temperature sensor, photoelectric coupler MOC3041 and bidirectional thyristor constitute the main control circuit. The system can real-time temperature data storage and record according to temperature. Hardware control circuit mainly includes the AT89S51 minimum system, temperature meas
6、uring points, the clock circuit, section 8 of digital transistor display circuit. System program mainly includes the main program, read temperature subroutine, calculating temperature subroutine, button handler, section 8 of digital transistor display program and data storage and so on. Key words: s
7、ingle chip microcomputer AT89C52, DS18B20 temperature sensor, two- way thyristor BTA16-600 - b, 8 period of digital display circuit, transistor water temperature automatic control. . . . . . . . 一引言 1.在现代的各种工业生产中，很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统是 一种发展的趋势。本文所阐述的基于 AT89S51 单片机的温度控制系统。本温度控制系统适 用于温度-55 度到 125
8、度之间（传感器的测温围） ，可以调整不同液体的温度自动控制围为 其常温到沸点之间；可以根据需求通过搭配不同配件实现不同的功能，既可以实现只加热 和只制冷，或者即可以加热又可以制冷，广泛应用于生产生活中等，且该控制系统可移植 性好，成本低，电路简单，方便使用。 2.应用领域：家电，生产，化工，人工智能，食品加工，电力系统 3.设计要求：（1) 利用数字温度传感器检测温度，要求线路尽可能简单 （2） 无竞争冒险，无抖动 （3）实时显示温度和实时可调 （4) 温度可调 （5）可移植性好，通用性强，性价比高 4.技术指标：温度显示误差不超过 1 度 5.优点：结构简单，低成本，实用性强，可移植性好，可
9、方便的用于家电生产生活化工食 品加工等等。具体应用；（1）温度可调且保温的热得快（可与目前市面上的电热得快兼容） ， （2）简易热水器，控制模块可用于目前电热水器的控制模块的维修与替换。 （3）电冰箱 （主电路接压缩机实现制冷） 。 （5）冷冻 （6）化工产品的恒温水浴加热（-30 度到 110 度 之间） ， （7）蒸馏分离沸点在-30 度-+110 度之间的多种液体，如分离酒精和水（用于作坊 式谷物酒精生产等） 。 （8）电气设备和工作平台的散热（主电路接风扇） （9）通过修改程序和增加一个输出引脚可以同时实现加热和制冷，如用于饮水机的加热和 制冷（成本较目前市场上的饮水机的控制电路的制造
10、成本要低且结构简单，易于维护功能 更强大） . . . . . . . 二、系统总体方案设计二、系统总体方案设计 1.工作原理：以单片机为核心，通过温度传感器 DS18B20 对当前温度的检测送到单片机进 行处理与系统设定温度的比较控制主电路双向晶闸管的导通与关断，同时送显示电路显示 当前温度。通过按键输入电路复位控制电路和设定要达到的温度并且送显示电路显示，电 源电路提供控制电路所需要的工作电压。 图 1.系统方框图 2 2硬件选型硬件选型 2.12.1 单片机单片机 （AT89c52 和 AT89S51 无引脚和功能的区别，方便起见，后文中用 AT89S51 代替 AT89c52） 图 2
11、.单片机的引脚图 2.2.2 2 温度传感器温度传感器 1. .DS18B20 的性能特点: （1） 单线结构，只需一根信号线和 CPU 相连。 （2）. 不需要外部元件，直接输出串行数据。 （3）. 可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压围为 3.3V5V。 （4） 测温精度高，测温围为：一 55+125，在-10+85围，精度为O.5。 （5） 测温分辨率高，当选用 12 位转换位数时，温度分辨率可达 00625。 （6） 数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9 位精度的转换时间为 9375 ms：10 位精度的转换时间 187.5ms：12 位精度的转换时间 750
12、ms。 . . . . . . . （7）.具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数 值。 （8） 可通过报警搜索命令识别哪片 DS18820 采集的温度超越上、下限。 2.DS18B20 引脚图和简介 （1） 各脚功能描述如下: DQ：数字信号输入输出端。 GND：电源地端。 VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地) （2） DS18820 中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16 位符号扩展的二进制 补码。当测温精度设置为 12 位时，分辨率为 O0625，即 O0625LSB。其二进制补 码格式： 表 1. 其中，S 为符号位，S=
13、1，表示温度 为负值；S=0，表示温度为正值。例如+125的数字输 出为 07D0H，-55的数字输出为 FC90H。一些温度值对应的数字输出如图 7 所示。 DS18820 中的低温触发器 TL、高温触发器 TH，用于设置低温、高温的报警数值。 DS18820 完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和 TL、TH 相比较，如果小于 TL，或 大于 TH，则表示温度越限，将该器件的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令作 出响应。需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对 TL、TH 写入，十分方 便。 2.32.3 双向晶闸管双向晶闸管 功能特性功能特性： 高之突波电流能力变
14、换:(dV / dt)c 10 V / ms 双向可控硅家庭: 类别:离散半导体产品。Triac 类型:标准。配置:单 电压-关闭状态:600 V 目前国家(最高):16 触发电压-门(Vgt)从根本上(最高):1.3 V 当前-门触发耐量减低(Igt)(最高):50个地图 目前持有(Ih)-(最高):50个地图 当前-非代表增兵50、60赫兹(Itsm):160 A,168 A 装式:通过洞 包装/箱:- 220 - 3(垂直领导) 参数特性参数特性： 控制方式:双向 极数:三极 封装材料:金属封装 封装外形:平板形 关断速度:高频(快速) 散热功能:带散热片 温度值得低字 节 D7D6D5
15、D4D3D2D1D0 温度值的高字 节 SSSSSD10D9D8 . . . . . . . 频率特性:高频 功率特性:中功率 图 3. TO-202AB(BTA16) 图 4. 三、硬件模块设计三、硬件模块设计 1 1、电源电路、电源电路 51 单片机的供电电压为 4.0-5.5V,温度传感器的供电电压为 3-5V,双向晶闸管的供电电压 为 3-5V,所以选用 5V 电压供电，主电路用 220V 家用电压供电。 2 2、单片机电路单片机电路 2.1 AT89C51 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的C51 核 ，在部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 IC 部寄存器、数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调 整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要 管脚有：XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶 振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚 ）和 VSS（20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负
