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1、简单地说，就是恒温定时显示功能。该项目的关键点就是低成本控制。1.3.2 技术参数和设计要求输入电压 180-250V。负载能力：500W（220V/2.5A）。控温范围：20-75。工作时间：3、6、9小时。其他要求：系统工作时，两位数码管循环显示当前温度、设置温度。用三个指示灯知识设置的时间，计时停止后，数码管显示Ed1.4 本章小结 本设计以单片机 STC89C52 为核心，与温度传感器和数据转换器等相结合，通过 软件实行智能控制。它具有高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等 优点。控制器采用新型的智能控制算法，因而系统升温快，控温精度高，稳态误差 可达0.5以内，满足系统要求

2、。整个系统操作简便,抗干扰能力强、运行可靠。本章 对设计进行初步介绍，对智能电加热炉定时控制系统的目的和意义，国内外研究现 状，论文研究内容及创新点进行简单介绍。使得对本设计有初步了解.第2章 系统设计方案2.1 系统设计基本思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。实现当温度传感器探测到电热毯温度超过设定温度时，单片机关断电路，然后当温度传感器探测到电热毯温度降低到设定温度以下时，单片机接通电路。同时温控器可以手动设定温度和开通时间。此设计软件部分可划分为数据采集、键盘控制、数码管显示等子模块。硬件电路可划分为：单片机控制电路、晶振电路、复位电路、LED显示电路。所有的硬件设备都由相关的软件控制

3、管理。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定等功能。 本设计处理器采用52系列单片机是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的温度传感器将测量的模拟信号转换成电信号，传送至STC89C52单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时控制输出电路。就此设计的核心模块来说，STC89C52单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：温度传感器电路、单片机、按键电路、复位电路及相关的控制管理软件组成。本设计

4、的构成框图如图下。2.2系统设计框图第 3 章 高档床垫电加热温控器硬件选择 高档床垫电加热温控器主要分为硬件部分和软件部分，这章主要论述硬件 的选择，本设计用到的硬件部分主要有采集数据的温度传感器DS18B20，处理数据的单片机，电路和输出显示的显示器3.1 温度传感器 现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、 信息传输（通信技术）和信 息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被 广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年 来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；（1）传统的分立式温度传感器（含 敏感元件）；（2）模

5、拟集成温度传感器控制器；（3）智能温度传感器。目前，国际上 新型温度传感器正由模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。3.1.1集成温度传感器的产品分类 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。模拟集成温度传感器是在 20 世纪 80 年代问世 的，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， 不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外

6、应用最为普遍的一种成集 传感器，典型产品有 AD590、AD592、TMP17、LM135 等。3.1.2模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控 制器，典型产品有 LM56、AD22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器（例 如 TC652/653）中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序， 这与智能温度传感器有某 些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。3.1.3智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在 20 世纪 90 年代 中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前

7、，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。3.1.4智能温度传感器发展的新趋势进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。本文将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测炉内温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理 及其性能指标，还必须懂得传

8、感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分 析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来。传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感 器就是其中重要的一类传感器。传感器是借助于检测元件，接受一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息，可以是各种化学量和生物量，物理量，而转换后 的信息也有各种形式。目前大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。具体本设 计用到的温度传感器

9、,由于温度分布范围极宽，加上被测对象繁杂、多样，因此只能 根据不同的温度范围和不同的被测对象，适当的选择不同的传感器。3.1.5传感器从原理上分为热阻变化、热电效应、P-N 结电压变化、频率变化、晶体管特性变化压电效应、热辐射等多种。其中又分为接触式和非接触式，非接触式 如：热辐射传感器、红外测温传感器，它们通常用于高温测量，如：炼钢、炼铁炉内的温度测量。 智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制

10、量，适配各种微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。3.1.6传感器的主要性能参数有 线性度，线性度传感器测出的输入、输出曲线与某以规定直线不吻合的程度，称为非线性误差，或称为线性度。在输出特性与规定直线间，垂直方向上的最大偏差与最大输出的百分比，即为非线性误差。线性度的考虑在选择传感器中很重要，采用线性度高的传感器，在电路上处理较方便，测量精度也高。而线性度不高，则需要加入线性转化的硬件或在软件中处理。测量范围（量程），各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。有的传感器允许过载

11、（即允许超过 测量范围），但过载范围不作为测量范围。在选用传感器时，传感器的测量范围应 稍大于实际测量范围，以防止万一超量程时，不致损坏传感器。其它如：重复性，滞后（迟滞），精确度（精度），灵敏度（传感器系数），零点温度漂移，灵敏度漂移，零点时间漂移，工作环境条件，响应速度等参数应该综 合考虑。综上所述，设计为日常生活测温，再考虑小型化，使用方便，故选择晶体管特 征变化的集成传感器为最佳，它是温度传感器（热敏晶体管）、放大电路等后续电路，利用集成化技术做在同一芯片上的功能器件，这种传感器输出信号大，与温度有较好的线性关系，小型化、成本低、使用方便、测温精度高，得到广泛的使用。再根据设计所要求的

12、测量范围，选择了比较常用的温度传感器DS18B20。3.2 DS18B203.2.1DS18B20的介绍DS18B20的核心功能是指示数字的温度传感器，其方案可以由用户设置（9，10，11，12位），默认情况使用12位。这相当于现实不同的精度。通过温度转换命令执行操作后温度数据被保存在16位高速缓存中，信号分为两种不同的格式保存，通过执行读缓存的命令返回采集到的温度。传送时最低有效位LSB优先，最高加权位包含了标识温度正负的“s”位。下边的图描述了输出数据的格式，在这里使用12bit，如果想设置为更低位解决方案，可以在空位处补零。如果采用华氏温度显示，则需要查找表或者是查找路径。3.2.2 D

13、S18B20测温原理低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1 ，为计数器提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，很敏感的振荡器，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入，为计数器 2 提供一个频率随温度变化的计数脉冲。图中还隐含着计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度13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。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 -55 所对应的基数分别置入减法计数器 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 所对应的一个基

14、数值。减法计数器 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 1 的预置值减到 0 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 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。注意：当温度高于 时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率的增

15、大。DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器。光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（地址： 28H ）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作DS18B20 的地址序列码；最后 8 位则是前面 56 位的循环冗余校验（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据都各不相同，因

16、此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。DS18B20 中的温度传感器用于完成对温度的测量，它的测量精度可以配置成 9 位， 10 位， 11 位或 12 位 4 种状态。温度传感器在测量完成后将测量的结果存储在 DS18B20 的两个 8BIT 的 RAM 中，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后数据的存储格式如下图（以 12 位转化为例）： 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0 ，这 5

17、位为 0 ，只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0 ，这 5 位为 1 ，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度14。例如： + 125 的数字输出为07D0H ， + 25.0625 的数字输出为0191H ， -25.0625 的数字输出为 FF6FH ， -55 的数字输出为 FC90H 。DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH ， TL 作比较，若 TTH 或 TTL, 则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行告警搜索。3.3 选择单片机

18、3.3.1 核心部件单片机的选择 单片机系统（System On Chip）是 21 世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成 一个系统或子系统，其集成度将高达 108109 元件/片，这将给 IC 产业及 IC 应用带 来划时代的进步。 以 STC89C52单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O 口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD 或 LED

19、 驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小但完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能。3.3.1.1它的特点有控制能力强。单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对 I/O 进行操作、算术操作、逻辑操作和位操作，指令简单而丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。低电压、低功耗。单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至为A 级，一颗

20、纽扣电池就可长期使用。体积小、结构简单、可靠性高。它把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用 总线结构， 减少了每个芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。优异的性能/价格比。由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其 它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。 由于以上特点，完全体现了我们设计所需，所以我们选择STC89C52单片机。 在一些运算量较大，速度要求较高的系统中，可以采用16位单片机MCS-96或 IBMPCLXT及其

21、兼容机。在较小的测控系统中，特别是在智能化仪器，仪表和装置中，例如，打印机控制，洗衣机控制，电冰箱，空调控制，智能电加热炉定时 控制装置中，就采用8位单片机MCS48和MCS51。选择STC89C52单片机构成炉温控制系统。它具有8位 CPU，32 根 I/O 线，4kB 片内ROM存储器，128kB的 RAM存储器。STC89C52对温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。STC89C52单片机内部有 128B 的RAM 存储器，如果不够本系统使用，可以采用6264（8

22、kB）的RAM作为外部数据存储器。STC89C52单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，51系列有32根I/O口 线，尤其是它有一个全双工的串行口。该串行口是利用两根 I/O 口线构成的，有四种工作方式，可编程工作，在此不做一一赘述。在设计中用到的将在电路设计中具 体说明。STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业 标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼

23、容。 由于将多功能8位 CPU 和闪烁存储器组 合在单个芯片中，ATMEL 的 STC89C52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系 统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.3.2 STC89C52 单片机简介3.3.2.1 主要特性与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器.寿命：1000 写/擦循环.数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 3.3.2.2 管脚说明 VCC：供电电压。 GN

24、D：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外 部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程

25、和校 验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉 的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位 地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P

26、3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 11， 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 STC89C52 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7

27、 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不 变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部 输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳 过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只 有在执行 MOVX

28、，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果 微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将 不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET； 当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL

29、1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.4 按键电路 采用独立式键盘的接口设计。独立式按键的数量较少，并且各按键相互独立， 每一个按键由一个单独的I/O口控制，一个按键改变的是一个相应 I/O 口的输入电平，而不会对其他I/O口电平产生影响。这样，通过检测各I/O口电平变化，即可以容易的确定是否有键按下以及是何按键按下。3.5 输出负载电路 一般来说，单片机都是数字型集成电路，而要保证这种类型集成电路的正常工 作，一般需要直流电源；当要驱动交流 220V 负载时，还应选择合适的执行部件来 设计相应的驱动电路。直流电源的设计有多种方案，常用的有交流 220V/直流电源 模块、由整流电路和三