基于单片机的温度控制系统设计

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1、 0基于单片机的温度控制系统设计摘要本文介绍了一种基于 DS1820 的温度检测控制系统。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本文旨在介绍一种基于 MCS-51 系列单片机和 DS1820 数字温度传感器的温度检测控制系统的开发，包括其开发背景、系统分析、电路原理、以及程序的编写与分析。1 引言1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 温度是生产过程和科

2、学实验中普遍而且重要的物理参数，随着社会的发展，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发展的主流方向。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，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是一个重要的物理量，它反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。在工、农业生产和日常生活中，各个环节都与温度紧密相联，温度的准确监测及控制占据着极其重要地位。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正

3、常进行等。没有合适的温度环境，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。可见，温度的测量和控制是非常重要的。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。利用单片机对温度进行控制的技术也随之而生，并日益发展和完善，且越来越显示出它的优越性。1.2 温度控制系统的目的本设计的内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，比如温室、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

4、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。 11.3 温度控制系统完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：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，停止加温；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，停止降温。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，精确到小数点一位。2 总体设计方案单 片 机DS18B20键盘显示部分PID 控制器加热电路1. 控制部分

5、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，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、输入部分矩阵键盘矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组；在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 1 所示。在 矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能

6、多出一键（9 键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否 H 有键按下了。电路连接图如下所示： 22. 显示部分显示部分采用 LCD1602.从 P0 口送数，P2 口作为控制端口。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字

7、、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。1、1602LCD 的特性+3.3V 电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有 80 字节显示数据存储器 DDRAM内建有 192 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGR

8、OM8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM2、管脚功能LCD1602 引脚图1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 1 脚： VSS 为电源地第 2 脚： VCC 接 5V 电源正极第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度） 。第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第 6 脚： E(或 EN)端为使能(e

9、nable)端。第 7 14 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。 33. 温度采集部分DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分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部分组成。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，单片机接受温度并存储。此部分只用到 DS18B20 和单片机，硬件很简单1) DS18B20 的性能特点

10、如下 9：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；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，电压范围为 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 的内部结构DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装，如图 1.2 所示；DS18B20 的内部结构，如图 3 所示。 引 脚 说 明 ：地 数 据 线可

11、选图 22 DS18B20 封装(3) DS18B20 内部结构主要由四部分组成 5：1) 64 位光刻 ROM。开始 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 可以采用一线进行通信的原因 10。64 位闪速 ROM 的结构如下.表 21 ROM 结构8b 检验 CRC 48b 序列号 8b 工厂代码（10H） 4MSB LSB MSB LSB MSB LSB内 部电 源探 测 位 和单 线 端 口 位产 生 器暂 存 器 下 限 触 发上 限 触 发温 度 传 感 器存 储 器 和 控 制 逻

12、 辑图 23 DS18B20 内部结构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 温度传感器的内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。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 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，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值

13、。它的内部存储器结构和字节定义如图 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 内部存储器结构Byte0 温度测量值 LSB（50H）Byte1 温度测量值 MSB（50H） E2PROMByte2 TH 高温寄存器 - TH 高温寄存器Byte3 TL 低温寄存器 - TL 低温寄存器Byte4 配位寄存器 - 配位寄存器Byte5 预留（FFH）Byte6 预留（0CH）Byte7 预留（IOH）Byte8 循环冗余码校验（CRC）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

14、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 R1 R0 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 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 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，开始启动转换。转换完成后的温

15、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 是一部分温度值对应的二进制温度数据 6。表 24 DS18B20 温度转换时间表 NR1 R0 分辨率/位 温度最大转向时间/ms0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 750表 25一部分温度对应值表温度/ 二进制表示 十六进制表示+125 0000 0111 1101 0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H+10.125 0000 0000 1