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1、1简易温度控制系统的设计摘要：温度是人类生活环境中基本的参数之一，温度的改变会对人的日常生活 和生产产生很大的影响，因此，研究和改善温度的测量和控制方法具有非常重要的意 义。本课题主要由温度传感器DS18B20作为测温器件，用LCD12864液晶作为显示模块， 以MSP430g2553单片机作为处理器和报警控制四大部分组成。系统程序主要由主程序 ，显示程序和测温程序组成，该系统可以实现现场温度采集并显示，超过温度上限值 自行降温，低于温度下限值进行自动加温的功能。由于采用智能型的温度传感器DS18 B20作为测温元件，因此，与传统的测温电路相比，系统的硬件电路更为简单。关键字：温度传感器DS1
2、8B20；测温； 显示； 控制 Design of a Simple Temperature Control SystemAbstract: : The temperature is one of the basic parameters of human living environment, temperature changes will have a great impact on peoples daily life, and therefore, measurement and control method research and improve the temperature
3、has a very important significance, this paper mainly by the temperature sensor DS18B20 as the temperature measurement device, using LCD12864 as a liquid crystal display module, taking MSP430g2553 MCU as the processor and the alarm module four parts. System program is composed of main program, displa
4、y program and measurement procedures, the system can realize temperature acquisition and display, over temperature upper limit to cool, over temperature lower limit value for automatic heating function. Because of using intelligent temperature sensor DS18B20 as the temperature sensor, therefore, com
5、pared with traditional system, the hardware circuit of the system more simple.Key words: : DS18B20 temperature sensor； Temperature ； Display； Control2绪论人类的生活环境中，温度扮演着及其中演的角色，人们无时无刻不与温度打交 道。18世纪工业革命以来，工业的发展与是否掌握温度有着密切的联系，生产过程中 的温度的控制效果直接影响到产品的质量。在传统的温度控制系统中，对于不同的场 合，不同的工艺，所需温度的范围不同，精度不同，采用的测温元件，测温方法以
6、及 对温度的控制方法也不同。相同的环境，采用不同的测温器件，不同的测温方法，所 得到的数据也有很大的差别，在生产环境较差或是温度较高的场合，为了保证生产过 程的正常安全的进行，提高产品的质量和生产效率以及最大限度的减少工人的劳动强 度和合理的利用资源，就要求对生产过程中的温度进行检测，显示，控制，使之达到 人为的要求，因此，我们需要一个简单，高效，稳定，试用性好的控制系统。 温度控制的发展大致经历了：（1）模拟，集成机械式温度控制器，（2）电子式 智能温度控制器这两个阶段。目前国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式，电子 式由集成化向智能化，网络化的方向发展。现在基于单片机的温度控制系统在生产
7、， 生活以及节约能源等方面发挥了重要作用。近年来，国内基于单片机的温度控制系统 在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，适用范围也不断扩大，市场 占有率逐年增长，进入21世纪后，智能的温度控制系统正朝着高精度，多功能，高标 准，高可靠性及安全性，研制单片机测温控制系统等高科技的方向迅速发展。与国外 相比，我国仍然处于起步晚，高度低，技术创新能力薄弱的情况，技术密集型产品明 显落后于发达国家。因此，我们要在产品的科技含量上多努力，不断地提升产品的质 量和科技含量，使产品向着更加智能化的方向发展，努力缩小同发达国家的差距。 基于当前社会和科技的发展，智能化的控制系统越来越受到人们的亲睐，
8、它即 节省人力和物力，又安全可靠。单片机作为可编程的控制器在小型的自动控制系统中 发挥出越来越大的作用。温度作为系统经常需要测量，保持和控制的一个物理量，在工业，农业和日常生活中都需要对温度进行检测和控制。以单片机为核心的温度控制 系统是一个简单实用的温度控制系统，该温度控制系统具有控制参数设置方便，控制 精度高，稳定性好，结构简单，价格低廉等优点。克服了传统控制的系统复杂，精度 小，成本大的缺点，适于普遍性生产和应用，对人们的生活和生产效力的提高有很大 作用。 本设计以MSP430g2553单片机为核心，采用DS18B20温度传感器作为测温器件，以L CD12864作为液晶显示，采用C语言编
9、程的方式实现对水温的控制，适用于环境参数经 常变化的小型水温控制电路。1 基本任务与设计要求1.1水温控制系统概述3本文介绍的是一个以MSP430单片机为控制核心的水温控制系统，此系统通过人 为设定控制温度，主要采用DS18B20作为温度传感器，用LCD12864液晶作为显示模块， 以MSP430单片机作为处理器，该系统应该具有现场温度采集并显示，超过温度上限值 自行降温，低于温度下限值进行自动加温的功能,最终实现水温的恒定。该系统具有 温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等 优点，且控制方便、显示直观、性能稳定、可靠性高。1.2 设计任务与要求（1）系统的
10、基本任务能用DS18B20检测出实时水温，并显示出实时温度值。（2）主要性能指标a.温度采集范围：温度采集范围为2080最小区分度为1； b.用液晶屏显示实际测得的水温；误差小于1；（3）扩展部分水温范围可由人工设定,并能在水温低于设定的最低限度时报警并加热，高于设 定的最高限度时报警并降温。1.3 系统组成本系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信 号处理、输入、运算到输出控制电热丝加热及风扇的转动以实现水温控制的全过程。 因此，以430单片机为核心组成一个检测，控制系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，单片机的使用特为实现水温的智能化控制以及提供完善的人
11、机界面 提供了可能。根据设计任务基本要求，本系统应具有以下基本功能： （1）可以实时显示水温实测值（或室内温度）； （2）可以调整控制参数，满足不同控制对象与控制性能要求； （3）可以进行温度设定，并自动调节水温给定的温度值； （4）具有报警功能（水温超过设定范围，指示灯亮，蜂鸣器响）；2 系统总体设计和方案论证2.1 系统总体设计框图本系统以MSP430单片机为核心，采用了温度传感器DS18B20测水温，用LCD12864显 示器显示实测温度，以LED灯和蜂鸣器作为报警电路，采用风扇进行自动降温。2.1.1 系统总体设计过程框图 4图1 设计过程框图系统总体软件设计包括四部分：主机控制部分（
12、MSP430）、温度采样部分、温度控制 部分和显示部分。2.1.2系统电路框图 图 2 水温控制电路总体框图2.2 设计思想此次设计采用智能温度传感器DS18B20进行温度数据的采集，以单片机MSP430为数据处 理核心，对采集的数据进行分析，处理，将处理的数据在传送到液晶显示屏LCD12864 上显示实际测得的水温，由于温度传感器可以将采集的数据转换成二进制代码，只需整体电路设计查资料软件和硬件的划分软件部分各模块的 设计，修改结束软硬件的结合 ，调试硬件部分的设 计，修改传感器单片机基本系统显示电路报警控制电路5一根数据线就可以传送数据，LCD12864无需译码器就可以显示汉字和字符，整个
13、设计 的外围硬件电路将大为简化，系统主要以软件来实现。2.3 温度采样部分方案论证2.3.1 方案一由于本设计是测温电路，可以采用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将被 测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，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 转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，资源消耗较大，调试比较复杂 。而且在对采集的信号进行放大时容易受环境温度的影响出现较大的偏差且过程比较 复杂。采用热电偶采集温度，需要配备专门的芯片进行测温，成本较高，调试较复杂2.3.2 方案二考虑到用温度传感器，在单片机电路设计
14、中，大多都是使用温度传感器，所以 可以采用温度传感器DS18B20对水温进行采样，此传感器无需经行A/D转换，将采集的 温度数据直接进行送人单片机进行处理，可以很容易直接读取被测温度值。DS18B20 的温度测量范围为- 55+125，固有分辨率为0.5，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在一 条三线上，实现多点测温，电路结构简单，精度高，而且使用单片机的接口便于系统 的再扩展，满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠 性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.3.2.1 温度传感器DS18B20图3 DS18B20的引脚和封装图引脚定
15、义1：6（1）DQ为数字信号输入/输出端； （2）GND为电源地线； （3）VDD为外界供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图4 DS18B20的内部结构图DS18B20 的主要特性： （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线 供电； （2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯； （3）DS18B20 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温； （4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集
16、 成电路内；（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5； （6）可编程的分辨率为912 位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测 温； （7）在9 位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快； （8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串行传送给CPU，同时可传 送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力； （9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.3.2.2 DS18B20温度数据的计算处理方法从DS18B20读取出的二进制值必须先转换成十进制值，才能用于字符的显示。因为DS1 8B20的转换精度为912位可选的，为了提高精度采用12位。DS18B20 7可以程序设定912 位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。 在采用12位转换精度时，温度寄存器里的
