基于单片机的温度控制系统 2

计算机控制技术课程答辩（论文）

题目：基于单片机的温度控制系统

学号：B13043608 姓名：张佳慧 日期：2014.5.20

计算机控制技术课程答辩（论文）

基于单片机的温度控制系统

目录

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 3 DS18B20温度传感器简介 .................................................... 7

3.1 温度传感器的历史及简介 .............................................. 7 3.2 DS18B20的工作原理 ................................................... 7

3.2.1 DS18B20工作时序 ............................................... 7 3.2.2 ROM操作命令 ................................................... 9 3.3 DS18B20的测温原理 ................................................... 9

3.3.1DS18B20的测温原理: ............................................. 9 3.3.2 DS18B20的测温流程 ............................................ 11

4 单片机接口设计 ........................................................... 12

4.1 设计原则 ........................................................... 12 4.2 引脚连接 ........................................................... 12

4.2.1 晶振电路 ...................................................... 12 4.2.2 串口引脚 ...................................................... 12 4.2.3 其它引脚 ...................................................... 13

5 系统整体设计 ............................................................. 14

5.1 系统硬件电路设计 ................................................... 14

5.1.1 主板电路设计 .................................................. 14 5.1.2 各部分电路 .................................................... 14 5.2 系统软件设计 ....................................................... 16

5.2.1 系统软件设计整体思路 .......................................... 16 5.2.2 系统程序流图 .................................................. 17 5.3 调试 ............................................................ 21

6 结束语 ................................................................... 23 附录 ....................................................................... 24 参考文献 ................................................................... 32

I

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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，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。

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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。

比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。

在本系统的电路设计方框图如图1.1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。

LED显示 DS18B20 单 片 加热继电器 电风扇继电器 指示灯 机 图2－1 温度计电路总体设计方案

1. 控制部分

单片机AT89S51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3位共阳LED数码管，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

2

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1) DS18B20的性能特点如下：

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。

[9]

引地数据线可选

图2－2 DS18B20封装

(3) DS18B20内部结构主要由四部分组成：

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

表2－1 ROM结构

[10]

[5]

。64位闪速ROM的结构如下.

8b检验CRC 48b序列号 8b工厂代码（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB

3

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