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1、中北大学仪器与电子学院基金项目结题报告中北大学大学生创新创业训练项目结题报告 项目名称： 基于DS18B20的智能温度调节系统 学院名称（盖章）： 仪器与电子学院 项目负责人： 呼延 中北大学教务处制摘 要 随着科技的进步，人类物质生活的提高，人们对自动化、智能化的要求越来越高，各种自动化设备应运而生，逐渐代替耗时、耗力、效率低的人工操作，温控系统便是其中一种。在农业、工业、生活等诸多领域中，人们都需要对各类设备中的温度进行检测和控制，比如热反应炉，农业中的蔬菜大棚，大型粮仓.温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量，因而设计一种较为
2、理想的温度控制系统是非常有价值的。 本项目采用51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。使用DS18B20温度传感器，由于它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点，可以实现多点温度检测，通过检测环境温度，传送给单片机，单片机通过分析、比较，发出相应的指令，进行报警 并做相关处理；当环境温度高于预设值时，开启制冷设备(风扇模拟），同理，环境温度低于预设值时，开启制热设备（模拟），当温度一段时间仍为达到理想值，可以加大功率。用串口将采集到的温度数据实时发送至上位机（进行实时监
3、控）。 本项目不仅可以应用到实际中提高生产效率，减少损失、增加产量，更重要的是可以拓展我们大学生的知识领域，增强我们的动手能力，将所学到的知识运用到实际中，更好的达到书本知识与实际生活接轨，增强大学生的个人素质！关键词： 单片机；温度控制系统；DS18B20温度传感器 目录1 引言11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2 温度控制系统的目的11.3 温度控制系统完成的功能12 总体设计方案12.1 方案一12.2 方案二23 DS18B20温度传感器简介63.1 温度传感器的历史及简介63.2 DS18B20的工作原理63.2.1 DS18B20工作时序63.2.2 ROM操作
4、命令83.3 DS18B20的测温原理83.3.1 DS18B20的测温原理:83.3.2 DS18B20的测温流程104 单片机接口设计104.1 设计原则104.2 引脚连接114.2.1 晶振电路114.2.2 串口引脚114.2.3 其它引脚115 系统整体设计115.1 系统硬件电路设计115.1.1 主板电路设计115.1.2 各部分电路115.2 系统软件设计145.2.1 系统软件设计整体思路145.2.2 系统程序流图145.3 调试186 总结19附录20参考文献271 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学实验中普遍而且重要的物理参数，随
5、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常进行等。没有合适的温度环境，许多
6、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调温的温度控制系统，它应用广泛，功
7、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：通过检测环境温度，传送给单片机，单片机通过分析、比较，发出相应的指令，进行报警 并做相关处理；当环境温度高于预设值时，开启制冷设备(风扇模拟），同理，环境温度低于预设值时，开启制热设备（模拟），当温度一段时间仍为达到理想值，可以加大功率。液晶LCD1602即时显示温度，精确到小数点一位。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，
8、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，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1.1所示，它由三部分组成:控制部分主芯片采用单片机AT89S52；显示部分采用液晶lcd1602实现温度显示；温度采集部分采用DS18B20温度传感器。加热降温单 片 机DS18B20LED显示指示灯 图21
9、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，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. 显示部分显示电路采用lcd1602液晶显示。3. 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P2.0口，单片机接受温度并存储。此
10、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) 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
11、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，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
12、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。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）E2PROMByte2T
13、H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）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，在实际应用中要将分辨率和
14、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R1R0分
