基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计附程序.docx

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基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计附程序

基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计（附程序）

基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计

---------------单片机原理及应用实践周设计报告

姓名：

班级：

学号：

同组成员：

指导老师：

成绩：

时间：

2011年7月3日

单片机温度控制系统

摘要

温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。

很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还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。

因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。

本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。

单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否触发相应设备。

本设计还加入了常用的液晶显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。

关键词:

温度箱；AT89C52；LCD1602:

单片机；控制

1引言1

1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义1

1.2温度控制系统的目的1

1.3温度控制系统完成的功能1

2总体设计方案2

2.1方案一2

2.2方案二2

3DS18B20温度传感器简介7

3.1温度传感器的历史及简介7

3.2DS18B20的工作原理7

DS18B20工作时序7

ROM操作命令9

3.3DS18B20的测温原理9

8B20的测温原理:

9

DS18B20的测温流程10

4单片机接口设计12

4.1设计原则12

4.2引脚连接12

晶振电路12

串口引脚12

其它引脚13

5系统整体设计14

5.1系统硬件电路设计14

主板电路设计14

各部分电路14

5.2系统软件设计16

系统软件设计整体思路16

系统程序流图17

6结束语21

附录22

参考文献39

1引言

1.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义

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。

温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。

在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。

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；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。

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。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。

可见，温度的测量和控制是非常重要的。

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。

随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。

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。

1.3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。

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。

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。

LCD1602液晶显示即时温度，精度为正负0.5摄氏度。

。

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，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。

图2－1温度计电路总体设计方案

控制部分

单片机AT89C52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液晶显示器，从P0口送数，P2口扫描。

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

1DS18B20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。

2DS18B20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。

图2－2DS18B20封装

3DS18B20内部结构主要由四部分组成[5]：

164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。

64闪速ROM的结构如下

图2－3DS18B20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Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH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CRC的产生

64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。

主机根据ROM的前56位来计CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

3DS18B20温度传感器简介

3.1温度传感器的历史及简介

温度的测量是从金属物质的热胀冷缩开始。

水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。

可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。

代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。

不过在居民住宅中使用已可满足要求。

在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。

它们都是基于温度变化引起其物理参数如电阻值，热电势等的变化的原理。

随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。

3.2DS18B20的工作原理

DS18B20工作时序

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

每一次读写之前都要对DS18B20进行复位复位成功后发送一条ROM指令最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待15～60微秒左右后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

图3－1初始化时序

总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。

应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。

主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。

接着主机释放总线，4.7KΩ上拉电阻将总线拉高，延时15～60us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us[12]。

2写时序

图3－2写时序

写时序包括写0时序和写1时序。

所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。

写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。

写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us[8]。

3读时序

图3－3读时序

总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。

所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。

每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。

主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。

主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us[4]

ROM操作命令

当主机收到DSl8B20的响应信号后，便可以发出ROM操作命令之一，这些命令如表2.2：

ROM操作命令。

3.3DS18B20的测温原理

DS18B20的测温原理:

每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中。

主机在进入操作程序前必须用读ROM33H命令将该DSl8B20的序列号读出。

程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。

DS18B20的测温原理如图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小1，高温度系数晶振随温度变化其震荡2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量-55℃所对应的基数1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器10时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重2计数到0时，中的斜率累加器用读ROM33H读DS18B20ROM中的编码

符合ROM

55H发出此命令之后，接着发出64位ROM