基于C51单片机的温度控制系统应用系统设计附程序Word文件下载.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Word文件下载.docx
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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)
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
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