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1、目录一、系统的总体设计1（一）设计背景1（二） 电路的总体工作原理1二、方案论证2（一）题目分析2（二） 温度传感器的选择3（三） 显示器的选择3（四） 报警模块4（五） 芯片部分4三、系统的硬件设计5(一) 单片机最小系统的设计5（二）温度传感电路设计6（三） 显示电路的设计9（四） 温控电路及报警电路的控制10（五） 主控部分说明11四、系统的软件设计14（一）系统的主程序设计14（二） LCD（1602）显示电路的控制15（三） 温控电路及报警电路的控制15五、产品制作16（一）PCB板设计16（二） PCB元件布局16致谢17参考文献18附录18附录A 元器件清单18附录B 程序19附
2、录C 仿真图24原理图243D图像25基于DS18B20温度控制系统的设计 （ 应用电子技术08（1）班， *）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。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。主要组成部分：AT89C51单片机、温度传感器、显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制。而且设有超温报警程序。测试表明，本设计对温度的控制有方便、简单的特点，大幅提高了被控温度的技术指标。本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，
3、并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测与温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。关键词: 单片机; DS18B20温度传感器; 报警系统; 显示 一、系统的总体设计（一）设计背景温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境
4、里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。（二） 电路的总体工作原理温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。系统框图如图（1）：图（1） 系统框图根据系统的
5、设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89S51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样保持电路、运放、数模转换电路以及进行长距离传输时的串并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（
6、温度高于设定温度时，蜂鸣器响；当温度低于设定温度时，蜂鸣器响）。二、方案论证本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。（一）题目分析本设计是一个数字温度控制系统，能测量温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。1. 具体控制要求根据设计的要求，要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时，蜂鸣器发出响声提示。当温度低于设定的温度时，蜂鸣器发出响声对其进行提示。同时要求能设定温度。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的采集电路，键盘控制显示电路，温控电路，报警电路等几个部分。
7、要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理（二） 温度传感器的选择方案一、 采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，。基本应用电路。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。方案二、采用数字单片智能温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 “
8、一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，现在，新一代的“DS18B20”体积更小、更经济、更灵活，可以充分发挥“一线总线”的长处。 DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 。（三） 显示器的选择方案一、 LED显示器采用动态数码管显示。其优点是显示时间较为清晰，远距离也能看见，而且价格便宜，一个四位动态数码管才四块钱，大大节省了成本。缺点是电路接线较多，显示内容少，只能显示数字，不能显示中文。LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。方案二、 LCD液晶屏采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件
9、，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为：1 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。如图： (1602的显示实物图)2 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。如图3 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，且容易烧毁，必须加
10、限流电阻，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，考虑到显示与成本，所以采用LCD 作为显示器。（四） 报警模块 方案一、采用语音芯片实现语音提示。语音芯片优点是能输出各种录制好的声音，输出容易丰富。缺点是电路复杂，价钱贵，而且要先录制才能播放。方案二、采用蜂鸣器输出双频音提示。优点是电路简单，价钱便宜。考虑成本与本设计只需要一种工作完成的提示，用简单的蜂鸣器电路已经足够，故选方案二.（五） 芯片部分由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格
11、比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此
12、为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能,所以用AT89S51。三、系统的硬件设计(一) 单片机最小系统的设计单片机的工作就是执行用户程序,指挥各部分硬件完成既定任务。如果一个单片机芯片没有烧录用户程序，显然它就不能工作，可是，一个烧录了用户程序的单片机芯片，给它上电后就能工作吗？也不能。原因是除了单片机外，单片机能够工作的最小电路还包括时钟和复位电路，即单片机的最小系统。单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保护同步工作方式的实现，电路应在唯一的时序信号控制下严格地按时序进行工作，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。无论是在单片机刚开始接上电源
13、时，还是断电后或者发生故障后都要复位，单片机的复位是使CPU和系统中的其他功能部件都回复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。所其应用特点是:（1）全部I/O口线均可供用户使用。（2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。 （3）应用系统开发具有特殊性。图 （2） 最小系统图单片机最小系统如图（2），其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高
14、增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的.我们选用时钟频率为12MHz,C1取47f。（二）温度传感
15、电路设计1.DSl8B20引脚结构 DS18B20采用3脚TO-92封装或8脚的SOIC封装，如图3所示。各引脚的功能：GND为电压地；DQ为单数据总线；V为电源电压；NC为空引脚。图（3） DS18B202.DB18B20功能简介DS18B20 数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同,它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms 和750ms 内将温度值转化9 位和12 位的数字量。因而使用DS18B20 可使系统结构更简单，可靠性更高。芯片的耗电量很小，从总线上“偷”一点电存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另加电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。（1）DS18B20传感器有如下特点：单线接口，只有一根信号线与CPU 连接；不需要备份电源，可通过信号线供电，电源电压范围从3.35V；传送串行数据，不需要外部元件；（2） DS18B20的测温原理DS18B20 测温原理如图（4）所示，图中低温度系数晶
