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1、许昌学院单片机课程设计 本科生课程论文（设计）题目名称 基于单片机的温度控制系统的设计 专 业班 级学 生 姓 名 联 系 方 式 年 月摘 要 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，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：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。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。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序
2、。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。关键词：AT89S51单片机 DS18B20温度芯片 温度控制 串口通讯20目录摘要21 设计要求41.1设计要求41.2主要功能模
3、块42工作原理43方案设计53.1 温度测量部分方案53.2 主控制部分方案74 电路的设计84.1总设计及电路图84.2报警电路84.3显示电路95主程序及流程图105.1流程图105.2主程序10结论14参考文献15 1 设计要求 1.1设计要求（1）用单片机控制一个由1kw电炉加热的电烤箱，最高温度不超过120。（2）电烤过程恒温控制，温度可通过系统设置，误差不超过2。（3）实时显示温度和设置温度，显示精确为1。（4）温度超出设置温度5时发超限报警，对升温和降温过程不作要求。1.2主要功能模块 温度控制系统的主要功能模块包括温度测量（温度传感器、放大器、ADC转换器）、温度控制（光电隔离
4、、驱动电路、可控硅电路、电炉）、温度给定（按键）、温度显示和报警等几部分。根据具体情况选择合适型号的单片机，温度传感器、ADC转换器等硬件设备进行设计。2工作原理温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。 当由于环境温度变化太剧烈或由于
5、加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。 系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。原理图如下Pc机Max232电平转换芯片数据显示AT89S51 8BIT CPU键盘电路DS18B20 温度芯片数据传输超温报警输入电源继电器1压缩制冷器继电器2加热器 图2-1工作原理图3方案设计3.1 温度测量部分方案DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合
6、用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为912位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片DS
7、18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。 图3-1 温度传感器引脚图DS18B20的工作过程a初始化：DS18B20所有的数据交换都由一个初始化序列开始。由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由DS18B20发出的应答脉冲构成。当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。b. ROM命令：ROM命令通过每个器件64-bit的ROM码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。DS18B20的ROM
8、如表3-6所示，每个ROM命令都是8 bit长。c. 功能命令：主机通过功能命令对DS18B20进行读/写Scratchpad存储器，或者启动温度转换。 DS18B20的信号方式DS18B20采用严格的单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。除了应答脉冲所有这些信号都由主机发出同步信号。总线上传输的所有数据和命令都是以字节的低位在前。a.初始化序列：复位脉冲和应答脉冲b.读和写时序在写时序期间，主机向DS18B20写入指令；而在读时序期间，主机读入来自DS18B20的指令。在每一个时序，总线只能传输一位数据。读/写时序如图3-4
9、所示。写时序存在两种写时序：“写1”和“写0”。主机在写1时序向DS18B20写入逻辑1，而在写0时序向DS18B20写入逻辑0。所有写时序至少需要60s，且在两次写时序之间至少需要1s的恢复时间。两种写时序均以主机拉低总线开始。读时序DS18B20只能在主机发出读时序时才能向主机传送数据。所以主机在发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便DS18B20能够传送数据。所有读时序至少60s，且在两次独立的读时序之间至少需要1s的恢复时间。3.2 主控制部分方案AT89S51 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)
10、的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，A
11、T89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 可以看出AT89S51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟。同时, AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两
12、种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。 图3-2AT89C51引脚图 4 电路的设计 4.1总设计及电路图 图4-1具体电路连接图4.2报警电路 系统中的报警电路是由蜂鸣器，发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的P2.3端口连接。当温度超过预设的最高温度或最低温度时，蜂鸣器发出响声。图4-2报警电路4.3显示电路LMO16L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LMO16
13、L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。LM016L引脚说明管脚号名称电平功能描述1 VSS 0V2 VDD 5.0V3 RS H/L H:数据线上为数据信号；L：数据线上为指令信号4 RW H/L H: 读数据模式；L：写数据模式5 E H/L 使能信号端6 DB0-DB7 H/L 数据线 图4-3显示电路 5主程序及流程图5.1流程图 图5-1程序流程图 5.2主程序#includeuint temp,settemp=30;uchar string1=Now_Temp: C;uchar string2=Set_Temp: C;sbit key1=P32;sbit key2=P33; sbit DQ=P26;sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit E=P22;sbit rled=P23;/sbit gled=P24;/sbit buzzer=P25;void delayms(uint xms);void delayus(uchar xus);void write_1602LCD(uchar datas,bit x);void init_1602LCD();bit init_DS18B20();uchar read_DS18B20();void
