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1、武汉工业学院毕 业 设 计设计题目：基于单片机的高精度温控系统设计姓 名 乔 磊 学 号 081203205 院 (系) 电气与电子工程学院 专 业 电子信息科学与技术 指导教师 陈 西 曲 2011年6月11日目 录摘 要IAbstractI1 前 言11.1高精度温控系统发展与应用11.2 温控系统的方案11.2.1 模拟温度传感器方案11.2.2 数字温度传感器方案21.3 本温度控制系统的初步思想32高精度温控系统的基本原理42.1单片机基本原理概述42.2 STC89C52单片机引脚排列及功能介绍42.2 DS18B20温度传感器检测技术原理62.2.1 DS18B20的性能特点:7
2、2.2.2 DS18B20的测温原理72.2.3 DS18B20与单片机的接口电路93 系统的硬件组成电路设计103.1 时钟电路103.2 STC89C52的复位电路113.3 LED显示模块113.4 单总线数字温度传感器DS18B20检测电路123.5 驱动电路123.6 系统总硬件设计134、软件设计144.1主程序流程图144.2主程序设计154.3 DS18B20温度传感器初始化214.3.1读出温度子程序214.3.2 DS18B20的写读时序224.4 DS18B20数据采集程序的设计234.5调试25结束语26致 谢27参考文献28摘 要随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的
3、不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，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。本项目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：被控温度范围可以调整，初始范围5=T=38。如果被测温度在5度到38度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于5度，则既加热，又报警；如果被测温度大于38度，则报警，降温。 数码管显示温度，温度精确一
4、位小数。关键词：数字温度计、单片机、温度传感器 AbstractWith the embedded technology, computer technology, communication technology continues to evolve and mature. Control system with its intuitive, convenient, accurate, widely applicable and is more widely used in industrial processes, air-conditioning systems, intelligen
5、t buildings. Constant temperature control system, control temperature. Temperature control in daily life and work applications in the field of a wide range of temperature control such as the greenhouse, pond, fermentation tank, power supply and other places, the past, temperature control is done by
6、hand and not enough attention, in fact, in many places the temperature need to be monitored prevent accidents. The project design is the temperature real-time monitoring and control, temperature control system designed to achieve basic temperature control functions: charged with the temperature rang
7、e can be adjusted, the initial range 5 =T = 38. If the measured temperature of 5 degrees to 38 degrees, neither heating nor alarm; if the measured temperature is less than 5 degrees, both the heating and alarm; if the measured temperature is greater than 38 degrees, then the alarm cooling. Digital d
8、isplay of temperature, temperature accurate to one decimal.Key words: digital thermometer, microcontroller, temperature sensor 1 前 言1.1高精度温控系统发展与应用随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同
9、 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。国内外度计算机控制技术的发展善计算机的发展最早可以追溯到上个世纪的40年代，但将计算机用于环境控制则开始于20世纪60年代。20世纪80年代初诞生了第一批温室控制计算机，此后温度计算机控制及管理技术便函先在发达国家得到广泛应用，后来各发展中国家也都纷纷引进，开发出适合自己的系统。数字式温湿度传感器：就是能把温度物理量和湿度物理量，通过温、湿度敏感元件和相应电路转
10、换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。我国南方温度严热而漫长，只有大力推广大棚蔬菜的种植来满足人们日常生活对蔬菜的需要。随着人们生活水平的日益增长，对蔬菜的要求也较高，对大棚蔬菜的温度控制就是一个重要因素。温度过高，蔬菜就会停止生长或者糜烂。应用自动控制和电子计算机实现农业生产和管理的自动化，是农业现代化的重要标志之一。在信息化程度越来越高的今天，担当信息处理与交换重任的机房是整个信息网络工程的数据传输中心、数据处理中心和数据交换中心。为保证机房设备正常运行及工作人员有一个良好的工作环境，对机房温湿度的监测是必不可少的，合理正常的温湿度环境是机房设备正常运行的
11、重要保障。温湿度监测除用于机房监测外，还可以广泛应用于如生物制药、无菌室、洁净厂房、电信银行、图书馆、档案馆、文物馆、智能楼宇等各行各业需要温湿监测的场所和领域。随着我国经济的高速发展，我国在科技和生产各领域都取得了飞速的发展和进步，发展以温度传感器为载体的温度测量技术具有重大意义。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。炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品；没有合适的温度环境，很多工业生产根本无从谈起。可见研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价1.2 温控系统的方案1.2.1 模拟温度传感
12、器方案该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。该方案采用模拟温度传感器AD590作为测用运算放大器交给信号进行适当的放大，最后通过模数转换器将模拟模拟信号转换成数据信号，传给单片机，单片机将温度值进行处理之后用LCD显示，当温度值超过设定值时开始报警。如图1-1所示：图1-1 温度测量系统方案框图数字温度传感器方案论证:采用模拟温度传感器，转换结果需要经过运算放大器传给处理器。它控制虽然简单，但电路复杂，不容易实现对多点温度测量和监控。由于采用了多个分立元件和模数转换器，不容易出现误差，测量结果不是很准确。1.2.2 数字温度
13、传感器方案该方案使用了STC89C51单片机作为控制核心，以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，通过键盘模块对温度上、下限设置。显示电路采用LED模块，如图1-2所示：图1-2 温度测量系统方案框图数字温度传感器方案的论证：采用智能温度传感器DS18B20，它直接输入数字量，精度高，电路简单，只需要模拟DS18B20的读写时序，根据DS18B20的协议读取转换的温度。DS18B20 可以直接读出被测温度值，支持多点测温。而且采用3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 DS18B20 是Dallas 半导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持 “一线总线”接
14、口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。一线总线将独特的电源和信号复合在一起，并仅使用一条线，每个芯片都有唯一的编码，支持联网寻址，简单的网络化的温度感知，零功耗等待等特点。综上所述数字温度传感器方案最适合本实验。1.3 本温度控制系统的初步思想本系统控制核心芯片选用STC89C52单片机；测温电路选用了美国DALLAS公司生产的单线总线数字式温度传感器DS18B20；数字显示电路采用4位LED共阳极数码管实现。电源部分采用5V电压供系统使用。单片机由外接11.0592MHz标准晶振提供时钟电路。选用89S52单片机为中央处理器，
15、通过温度传感器DS18B20对室内的温度进行实时精确测量,将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制LED显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动继电器加热或降温对温度进行处理，从而实现对温度温度在某一范围内进行控制。温度的设定部分，采用3个键盘设计，键盘包括状态选择键、温度加、温度减，。三个独立按键，分别设置，加温和降温三个功能，以实现对各种环境温度的调整。加热模块工作以后通过电暖器，热得快，空调等方式实现温度的升高，降温模块工作以后通过电扇，空调，制冷设备等方式实现温度降低，以达到对温度进行控制的目的。对于温度控制，采用单片机STC89C52组成的自动控制系统，其系统硬件总体方框图如1-3图所示：图1-3 硬件总体方框图2高精度温控系统的基本原理2.1单片机基本原理概述STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，STC89C52 提供以下功能标准：8
