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1、1研研 究究 生生 课课 程程 论论 文文(2010-2011 学年第二学期学年第二学期)基于基于 DS18B20DS18B20 的单片机温度测控系统设计的单片机温度测控系统设计研究生：研究生：张张仲国仲国提交日期：提交日期： 2011 年年 5 月月 12 日日 研究生签名：研究生签名： 学学 号号8学学 院院机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院课程编号课程编号S课程名称课程名称计算机测控系统与接口技术计算机测控系统与接口技术学位类别学位类别硕士硕士任课教师任课教师李李 阳阳教师评语：教师评语：成绩评定：成绩评定： 分分 任课教师签名：任课教师签名： 年年 月月 日日2基于基于 DS18B2
2、0DS18B20 的单片机温度测控系统设计的单片机温度测控系统设计0.0. 引言引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，对典型的温度控制系统进行研究具有很广泛的意义。传统的测温元件如热敏电阻，AD590,虽然成本低，但因其后续电路处理复杂可靠性相对较差，测量准确度低,因此逐渐被新型温度传感器所代替。而以新型的“一总线”可编程数字温度传感器（DS18B20） 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和 GHD 转换于一体，直接输出数字量，与单片机接口几乎不需要外围元件，使得硬件电路结构简单，广泛使用于距离远，节点分布多的场合。具有较强的推广应用价值。在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代
3、的核心作用。在工业生产如:用于热处理的加热炉、用于融化金属的钳锅电阻炉等，在日常生活中如:热水器、电热毯等等，都用到了电阻加热的原理。随着生产的发展，在工业中，上述设备对温度的控制要求越来越高，随着人们生活水平的提高，对日常用品的自动化也提出了更高的要求，单片机的不断更新换代，满足了上述的要求，达到自动控制品质的目的。本系统采用了美国 DALLAS 公司推出的 DS18B20 数字式温度传感器作为温度传感单元，以 STC90C516RD+单片机为控制核心，采用发热灯泡充当控制对象，可根据实际需要设定温度值，并进行自动控制。1 1系统组成系统组成整个系统主控部分采用STC90C516RD+构成单
4、片机应用系统; 温度检测部分采用 DS18B20 单总线数字温度传感器对温度进行检测;控制部分由三极管控制加热灯泡的通断。工作时, 由键盘输入设定温度值，通过单片机 AT89S52 的开关量控制三极管的通断，以调节发热灯泡周边温度至设定值，稳态误差在（）0.1以内。液晶实时显示发热灯泡周边温度和设定温度值。单片机温度控制系统原理图如图（1）所示：3单片机STC89C516RD+图 1 单片机温度控制系统原理图1.11.1 单片机（单片机（STC89C516RD+STC89C516RD+）1.1.11.1.1 STC89C516RD+STC89C516RD+简介简介STC89C516RD+单片机
5、是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令全兼容传统的 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可任意选择，最新的 D 版本内部集成MAX810 专用复位电路。该系列的单片机为真正的看门狗，缺省为关闭（冷启动），启动后无法关闭，可放心省去外部看门狗。内部 Flash 擦写次数为 100 000 以上，其加密性强，出厂时就已经加密。 图 2 其封装的电路图如图 2 所示：普通 89C51 系列单片机的内部 RAM 只有128（89C51）/25 6（89C52）供用户使用1）低 128 字节的内部 RAM（地址：00H7FH）,可直接寻址或间接寻址。2）高
6、128 字节的内部 RAM（地址：80HFFH），只能间接寻址。3）特殊功能寄存器 SFR（地址：80HFFH）只能直接寻址。 特殊功能寄存器 SFR 和高 128 字节的内部 RAM 是通过寻址方式来区分的，传键盘设定值温度传感器液晶显示三极管加热灯泡4统的 8051 系列单片机只有 128-256 字节 RAM 供用户使用，在此情况下 STC 公司响应广大用户的呼声，在一些单片机内部增加了扩展 RAM。STC89C516RD+单片机扩展 256 个字节 RAM，共 512 字节的 RAM。访问内部扩展 RAM 时，不影响 P0 口/P2 口/P3.6/P3.7/ALE。1.1.2 STC8
7、9C516RD+单片机的特点单片机的特点1.增强型 6 时钟/机器周期 12 时钟/机器周期 8051 CUP2.工作电压：5.5V-3.4V（5V 单片机）。3.工作频率范围：040 MHz 相当于普通 8051 的 080 MHz，实际工作频率可达 48MHz。4.用户应用程序空间 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节5.片上集成 1280 字节/512 字节 RAM。6.通用 I/O 口（32/36 个），复位后为：P1/P2/P3/P4/是准双向口/弱上拉（普通 8051，传统 I/O 口）P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，
8、需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序 3 秒即可完成一片。8.EEPROM 功能。9.看门狗。10. 内部集成 MAX810 专用复位电路，外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路。11. 共 3 个 16 位定时器/计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用。12. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由外部5中断低电平触发中断方式唤醒。13. 通用异步串口（UART），还可用定时器软件实现多个 UART。14. 工作温度
9、范围：0 75/-40 +85。15.封装：LQFP-44,PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44。1.1.31.1.3 选择选择 STC89C516RD+STC89C516RD+单片机的理由单片机的理由（1） 加密性强。（2） 超强抗干扰：1.高抗静电（ESD 保护）；2.轻松过 2KV/4KV 快速脉冲干扰（EFT 测试）;3.宽电压，不怕电源抖动；4.宽温度范围，-4085。（3） 三大减低单片机时钟对外部电磁辐射的措施：1.禁止 ALE 输出；2.如选6 时钟/机器周期，外部时钟频率可降低一半；3.单片机时钟震荡器增益可设为1/2gain。（4） 超低功耗：1.掉电模式：典型功
10、耗 TH 或Ti;temp=tempwrite_bite(temp);delay(5);3.33.3 键盘扫描子程序键盘扫描子程序键盘扫描子程序主要完成设定温度值的输入，可随时设定目标温度值。float keyscan(float a) /独立按键扫描程序，设定目标温度值P3=0xff;if(s1=0) /判断温度加按键是否按下delay1(10);/延时去抖if(s1=0)a+=0.250;/键盘按下，设定温度值加 0.25 度while(!s1);/判断按键是否松开delay1(10);/延时去抖while(!s1);if(s2=0)/判断温度减按键是否按下delay1(10);if(s2
11、=0)31a-=0.250; /键盘按下，设定温度减 0.25 度while(!s2);delay1(10);while(!s2);return(a); /返回设定温度值3.43.4 16021602 字符液晶显示子程序字符液晶显示子程序void init() /1602 初始化E=0;RW=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x80);void write_com (uchar com) / 写控制命令RS=0;P0=com;delay1(5);E=1;delay1(5);E=0;32void write_
12、data (uchar date)/ 写数据RS=1;P0=date;delay1(5);E=1;delay1(5);E=0;3.53.5 系统主程序系统主程序void main()float T1,b;float set_temp=34.50;/设定初始温度，可由键盘进行修改while(1)set_temp=keyscan(set_temp);/键盘扫描b=set_temp*100;T1=read_temp();Eu=T1-b;if(Eu0) KAI_GUAN=0;display(T1);/显示实时温度和设定温度display1(b);4 4 温度控制结果温度控制结果33通过该温度监控实验，
13、我们可以发现：基于 DS18B20 数字温度传感器构成的实时监控系统确实具有精度高、抗干扰能力强、电路简单等诸多优点。 相比之下，传统的温度检测系统采用热敏电阻等温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号调理、AD 转换处理电路才能将温度信号转换成数字信号，不但电路复杂，而且热敏电阻的可靠性相对较差，测量温度的精度差，很难保证热敏电阻的一致性和线性，在应用中需要很好的解决引线误差补偿问题、共模干扰问题和放大电路零点漂移误差等技术问题。 用该系统进行温度控制可以使温度波动在以内，准确C.10o度和稳定度都可以满足一般的精度控制要求。图 18 温度显示实物图图 18 中上面显示的是实时温度，下面显示的是设定温度。5 5 设计总结设计总结该系统利用 DS18B20 进行测温，基于单片机 STC89C516RD+进行温度控制，具有硬件电路简单，控温精度高（误差在0.1 范围内）、功能强、体积小、成本低,简单灵活等优点,可以实现温度的实时采集、显示与控制功能，是一种较理想的智能化控制系统。
