基于51单片机智能温度控制器设计.docx

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基于51单片机智能温度控制器设计

基于51单片机智能温度控制器设计

摘要

本文基于一线协议温度数据采集技术进行研究，构建了基于MCS-51平台的温度数据采集系统。

系统由数据传输电路、复位电路、时钟电路、电平转换电路组

成。

其主要思想是通过数字温度传感器DS18B20把采集到的温度数据传送给单片

机STC89C51，然后经MAX232进行电平转换，最后通过建立接口通信，在PC机上显示所采集到的温度数据。

系统涉及到串行通信、单片机、电平转换、数字温度

传感器等相关知识。

系统主要实现了温度传感器DS18B20与STC89C51以及STC89C51与PC机之间的通信。

前者基于1-Wire协议来实现，即用一根线来控制DS18B20与STC89C51的通信。

后者依据RS-232-C来实现STC89C51与PC机的通信。

在此基础上，本文

还介绍电源电路、复位电路、时钟电路的设计和实现。

最后对组成温度数据采集电路的软件和硬件进行了仿真和调试，实现了上位

机和下位机的通信，并能在PC机上正确地显示DS18B20采集到的温度数据，并可

控制温度数据的采集和传输。

同时对出现的问题进行讨论和分析，提出了解决办

法。

1-WireSTC89C51

Abstract

Abstract

Thispaperresearchestemperatureacquisitiontechniquebasedon1-wirebus.ThetemperatureacquisitionsystemofMCS-51isbuiltupabidedby1-wireprotocol.The

systemcomposesofpowersupplycircuit,datacollectioncircuit,datatransfercircuit,

resetcircuit,clockcircuit,voltagetransformationcircuit.

Firstly,temperaturedataaretransferredtoSTC89C51throughsensorDS18B20.Second,thetemperaturedataareprocessedthroughvoltagetransformation.Atlast,the

datainformationaredisplayedonmonitoraftertransferredtoPCthrough

communicationinterface.Therefore,thesystemrelatestoserialcommunication,

singlechip,voltagetransformation,numericaltemperaturesensor.Themostimportant

inthissystemisthecommunicationbetweensensorDS18B20andSTC89C51andthe

communicationbetweensensorSTC89C51andPC.Thecommunicationbetween

sensorDS18B20andSTC89C51isaccomplishedthrough1-wireprotocol.The

communicationbetweensensorSTC89C51andPCthroughRS-232-C.Furthermore,

thispaperintroducesthedesignandaccomplishmentofpowersupplycircuit,data

collectioncircuit,datatransfercircuit,resetcircuit,clockcircuit.

Atlast,thesoftwareandhardwareoftemperatureacquisitionsystembothsimulatedandtuned.Theup-downcommunicationisaccomplished.PCdisplaysthe

datacollectedbyDS18B20andcontrolsthecollectionsandtransferoftemperature

data.Theemergentproblemsareanalyzedandsolved.

KeyWords:

digitaltemperaturesensor1-Wirebuscommunicationprotocol

DS18B20STC89C51

目录第一章绪论...................................................................................................................1

1.1概述..........................................................................................................................1

1.2研究目的、内容及思路..........................................................................................2第二章1-WIRE总线技术..........................................................................................32.11-WIRE规范的通信协议.........................................................................................32.21-WIRE协议体系结构模型.....................................................................................32.2.11-Wire物理层协议...........................................................................................42.2.2复位和存在时序...............................................................................................52.2.3写时序................................................................................................................5

2.2.4读时序................................................................................................................5

2.2.51-Wire链路层协议...........................................................................................62.3本章小结...................................................................................................................6

第三章数字温度传感器DS18B20......................................................................73.1单总线数字温度计DS18B20简介........................................................................73.2DS18B20的原理......................................................................................................7

3.2.1DS18B20的特性..............................................................................................83.2.2DS18B20引脚及功能......................................................................................93.2.3DS18B20的工作原理......................................................................................93.2.4存储器操作命令代码及其含义....................................................................103.3温度检测系统原理及软件流程图........................................................................113.4本章小结...................................................................................................................12

第四章串行通信和RS-232-C..............................................................................134.1数据的串行通信.......................................................................................................13

4.2有关串行通信的物理标准......................................................................................144.3RS-232-C标准.......................................................................................................14

4.4RS232C串口通信接线方法（三线制）.............................................................154.5本章小结..................................................................................................................16

第五章硬件设计..........................................................................................................17

5.1设计指标及总体设计.............................................................................................175.2单片机STC89C51..................................................................................................18

5.2.1电平转换电路.................................................................................................21

5.2.2复位电路..........................................................................................................21

5.2.3时钟电路.............................................................................................................22

5.2.4数据传输电路....................................................................................................235.3关于MAX232............................................................................................................23

5.3.1双路电荷泵电压转换器..................................................................................24

5.3.2RS-232驱动器.................................................................................................25

5.3.3低功耗接收模式..............................................................................................255.4电源..........................................................................................................................26

5.5显示输出结果...........................................................................................................265.6本章小结....................................................................................................................27

第六章软件设计..........................................................................................................29

6.1KEIL软件简介........................................................................................................296.2软件流程..................................................................................................................30

6.2.2DS18B20的初始化.........................................................................................32

6.2.3读取温度...........................................................................................................32

6.2.4延时函数...........................................................................................................32

6.2.5主函数...............................................................................................................33

6.3小结..........................................................................................................................33

第七章软件仿真和硬件调试..................................................................................35

7.1仿真准备设置..........................................................................................................357.2遇到的问题与解决方法...........................................................................................377.3软件仿真..................................................................................................................39

7.4小结..........................................................................................................................39

第八章全文总结..........................................................................................................41致谢...................................................................................................................................43

参考文献...........................................................................................................................45

1第一章绪论

随着电子技术、单片机应用技术的进步和发展，单片机的应用范围日益广泛。

温度采集技术也在不断的发展，主要表现在温度传感器的不断发展。

初期，以铜

电阻，热敏电阻作为传感器件，通过检测电阻的变化来反映温度的变化，为测量

提供参考依据。

但此工作靠人工一点一点的测量，效率低，准确性差。

但随着科

技的不但进步，温度采集技术不断完善、提高、并日趋成熟，逐步形成了样式繁

多的温度检测系统，为安全、科学应用起到了积极的作用，并不断的取得了一定

的经济效益和社会效益，不同程度地提高了工作效率和管理水平，并积累了一定

的温度传感器应用于单片机系统的工作经验，例如，我们现在用到的基于1-Wire

协议的温度采集技术，就使数据采集部分线路得到了简化且与单片机相结合；在

传感器方面应用了半导体等器件；在数据传输上采用了串行传输方式，从而减少

了传输线条数；通过各种手段提高了数据传输和巡检速度,并提高了数据采集的精度和可靠性。

常用的温度传感器主要有热敏电阻、P-N结型温度传感器以及数字式温度传感

器等。

以下作简要介绍：

（1）热敏电阻

以温度变化导致阻值变化为工作原理的热敏电阻，因其成本低、体积小、简

单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，在多项温度测量应用中受到广泛欢迎，

在过去的系统中采用最多的就是热敏电阻温度传感器。

热敏电阻的电阻温度系数

较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。

热敏电

阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。

热敏电阻分为正温度

系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热

敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻。

（2）数字式温度传感器

数字式温度传感器的种类较多，本系统的温度传感器主要是美国DALLAS公司

生产的温度传感器系列，其温度检测范围为-55?

到十125?

，检测精度为士0.5?

。

2基于51单片机的温度控制器

本系统采用的是DSl8B20，此芯片采用1-Wire接口，封装形式有TO-92和8-PINSOIC两种，本系统中采用的是TO-92封装。

DSl8B20用9~12位来表示测温点的温度值，

每个DS18B20内部都设置有一个唯一的序列号，在应用上可以使多个DS18B20共存于同一根数据传输线上。

采用数字式温度传感器的温度采集系统主要由单片机、数字温度传感器、复

位电路、通信电路组成，能完成数据的采集、显示、控制等功能。

最重要的是它

的温度采集部分由一根线来控制，大大的简化系统的复杂性，同时拓展了系统的

应用范围。

1.2研究目的、内容及思路

本文是基于1-Wire温度数据采集技术的研究。

通过单片机技术、1-W