《基于51单片机的温度测量系统设计说明.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的温度测量系统设计说明.doc（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于51单片机的温度测量控制系统设计摘 要随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。温度传感器DS18B20具有性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。本文采用51单片机来实现对温度的测量和控制。它的主要组成部分有：AT89S52单片机最小系统，DS18B20测温电路,按键电路、LCD1602显示电路，蜂鸣器报警电路。它可以实时地检测和显示温度，可以设定温度范围，实现对温度的报警和自动控制。关键词：温度；51单片机；DS18B20；测量和控制。 ABSTRACT
2、Temperature sensor DS18B20 has a lot of advantages,such as stable performance,high sensitivity,strong anti-interference capability,convenience of use,etc. And it was widely used for the measurement and control of temperature in refrigerators, air conditioners, barn and other daily life in the measur
3、ement and control of temperature. In this article ,We used a single chip for realizing temperature measurement and alarm. It was mainly component of AT89S52 chip, DS18B20, keyboard and display circuit , temperature alarm and control circuit. It realize not only real-time detection and display temper
4、ature, but also setting the temperature range and the measurement and control of temperature.Key words: Temperature; 51 MCU; DS18B20; Measurement and control村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。-ii-基于51单片机的温度测量控制系统设计说明目录1 引言11.1 温度测量控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2 温度测量控制系统的目
5、的11.3 温度测量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83.3 DS18B20的测温原理93.3.1 DS18B20的测温原理93.3.2 DS18B20的测温流程104 硬件电路设计114.1 单片机最小系统设计114.1.1时钟电路114.1.2复位电路124.1.3电源电路124.2 测温电路设计134.3 显示电路设计134.4 键盘输入电路144.5 蜂鸣器报警电路145 系统软件设计15
6、5.1 主程序模块155.2 读温度值模块165.3 中断模块195.4 温度设定、报警模块205.5 液晶显示模块226 系统调试与测试246.1硬件调试246.2软件调试246 总结25参考文献26附录1原理图- 28 -附录2程序代码291 引言1.1 温度测量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
7、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
8、越来越显示出它的优越性。1.2 温度测量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 温度测量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，蜂鸣器报警，同时红灯亮，模拟加热过程，使温度
9、上升；当温度高于设定上限温度时，蜂鸣器报警，同时绿灯亮，模拟制冷过程，使温度下降；温度在上下限温度之间时，蜂鸣器和红绿灯不动作；LCD1602实时时显示温度，精确到小数点一位；通过独立按键可以设置温度的控制范围。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，感温电路比较麻烦。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，之后进行转换，
10、依次完成设计要求。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，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2.1所示，它由五部分组成:AT89S52单片机DS18b20温度测量电路用户按键LCD1602显示蜂鸣器报警电路 图21 温度计电路总体设计方案1. 控制部分单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，它所具有的资源能足够满足此次电路系统的设计需要，并且很适合便携手持式产品的设计使用。2. 显示部分显示电路采用LCD1602，第一行显示当前温度，第二行显示控制温度范围。3. 用户按键用户按键采用4位独立按键，能够对温度上下限进行设置。4. 蜂
11、鸣器报警电路当前温度超出设定的温度上下限时，蜂鸣器报警。5. 温度测量电路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P1.4口。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。(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)
12、 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。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
13、，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CRC48b序列号8b工厂代码（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB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
14、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。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）E2PROMByte2TH高温寄存器-TH高温寄存器Byte3TL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） 35基于51单片机的温度测量控制系统设计说明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
