单片机温度控制系统毕业论文

I论文设计设计（论文）题目：基于单片机的温度控制系统院系：电子信息工程学院专业班级：电子信息工程11-01学生姓名：张战锋指导教师：耿鑫郑州轻工业学院二〇一四年十月二十日1基于单片机的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，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还加入了常用的数码管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。该设计已应用于花房，可对花房温度进行智能监控。【关键词】温度箱，AT89S51，单片机，控制，模拟2目录1引言.....................................................................31.1温度控制系统设计的背景、发展历史及意义...........................31.2温度控制系统的目的...............................................31.3温度控制系统完成的功能..............................................32总体设计方案.............................................................43DS18B20温度传感器简介...................................................83.1温度传感器的历史及简介..............................................83.2DS18B20的工作原理...................................................83.2.1DS18B20工作时序...............................................83.2.2ROM操作命令..................................................103.3DS18B20的测温原理..................................................103.3.1DS18B20的测温原理:...........................................103.3.2DS18B20的测温流程............................................114.1设计原则...........................................................124.2引脚连接...........................................................124.2.1晶振电路......................................................124.2.2串口引脚......................................................125系统整体设计............................................................135.1系统硬件电路设计...................................................135.1.1主板电路设计..................................................135.1.2各部分电路....................................................135.2系统软件设计.......................................................155.2.1系统软件设计整体思路..........................................155.2.2系统程序流图..................................................155.3调试............................................................19六、结束语.................................................................20参考文献...................................................................21致谢.......................................................................2231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，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，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。42总体设计方案在本系统的电路设计方框图如图2.1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。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：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；单片机DS18B20LED显示指示灯加热继电器电风扇继电器55)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2.2所示；DS18B20的内部结构，引脚说明：地数据线可选图2.2DS18B20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。64位闪速ROM的结构如下.表2－1ROM结构8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB内部电源探测位和单线端口位产生器暂存器下限触发上限触发温度传感器存储器和控制逻辑图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。63)高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如表2.2所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图2.4所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。表2－2DS18B20内部存储器结构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）DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图2.4。TMR1R011111图2.4DS18B20字节定义由表2.3可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。7当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的