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-基于单片机的温度控制系统设计本科学位论文.doc
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基于单片机的温度控制系统设计
摘要
本文介绍了一种基于 DS1820 的温度检测控制系统。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑
是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,
但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片
机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。本文旨在介绍一种基于 MCS-51 系列单片机
和 DS1820 数字温度传感器的温度检测控制系统的开发,包括其开发背景、系统分析、电路原理、以及
程序的编写与分析。
1 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
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
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:当温度低于设定下限温度时,系统自动启动加热继电器加温,使温度上升,同时绿灯
亮。当温度上升到下限温度以上时,停止加温;当温度高于设定上限温度时,系统自动启
动风扇降温,使温度下降,同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时,停止降温。温度
在上下限温度之间时,执行机构不执行。三个数码管即时显示温度,精确到小数点一位。
2 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、输入部分——矩阵键盘
矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组;在键盘中按键数量较多时,为了减少 I/O 口的占用,通常将按键排列成矩阵形
式,如图 1 所示。在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通过一个按键加以连接。这样,一个端口(如 P1 口)就可
以构成 4*4=16 个按键,比之直接将端口线用于键盘多出了一倍,而且线数越多,区别越明显,比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘,而
直接用端口线则只能多出一键(9 键)。由此可见,在需要的键数比较多时,采用矩阵法来做键盘是合理的。
矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些,识别也要复杂一些,上图中,列线通过电阻接正电源,并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输
出端,而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样,当按键没有按下时,所有的输入端都是高电平,代表无键按下。行线输出是低电平,一旦有键按
下,则输入线就会被拉低,这样,通过读入输入线的状态就可得知是否 H 有键按下了。电路连接图如下所示:
单
片
机
DS18B20
键盘
显示部分
PID 控制器
加热电路
2
2. 显示部分
显示部分采用 LCD1602.从 P0 口送数,P2 口作为控制端口。
1602 液晶也叫 1602 字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它
由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个
点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它不能很好地显示
图形(用自定义 CGRAM,显示效果也不好)。
1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行,每行 16 个字符液晶模块(显示字符和数字)。
1、1602LCD 的特性
+3.3V 电压,对比度可调
内含复位电路
提供各种控制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能
有 80 字节显示数据存储器 DDRAM
内建有 192 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGROM
8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM
2、管脚功能
LCD1602 引脚图
1602 采用标准的 16 脚接口,其中:
第 1 脚:VSS 为电源地
第 2 脚:VCC 接 5V 电源正极
第 3 脚:V0 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高(对比度过高时会 产生“鬼影”,使用时可以通过
一个 10K 的电位器调整对比度)。
第 4 脚:RS 为寄存器选择,高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。
第 5 脚:RW 为读写信号线,高电平(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
第 6 脚:E(或 EN)端为使能(enable)端。
第 7~14 脚:D0~D7 为 8 位双向数据端。
第 15~16 脚:空脚或背灯电源。15 脚背光正极,16 脚背光负极。
3
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 P1.0 口,单片机接受温
度并存储。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) 无须外部器件;
4) 可通过数据线供电,电压范围为 3.0~5.5V;
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 PR-35 封装,如图 1.2 所示;DS18B20 的内部结构,如图 3 所
示。
引脚说明:
地
数据线
可选
图 2-2 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 2-1 ROM 结构
�8b 检验 CRC
48b 序列号
8b 工厂代码(10H)
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