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温度检测及控制电路
NANCHANGUNIVERSITYGONGQINGCOLLEGE
学士学位论文(设计)
THESISOFBACHELOR
(2010—2013年)
中文题目:
温度检测及控制电路
英文题目:
Temperaturedetectionandcontrolcircuit
学院:
南昌大学共青学院
系别:
信息工程系
专业班级:
10级应用电子技术
学生姓名:
Hitao
学号:
1688888
指导教师:
谭老师
二○一二年十二月
基于温度传感器的单片机温度检测及控制电路
摘要
随着微处理器和大规模集成电路的发展,及其在测试控制技术方面的广泛应用,仪器设备的智能化已成为自动化技术发展方向,数据采集与温度检测的自动化将取代传统的方法。
本设计采用STC89C52型号的单片机,数字温度传感器采用美国DALASS公司的1–Wire器件DS18B20,即单总线器件DS18B20,与单片机组成一个测温系统,当系统上电时,温度传感器就会读出当前环境的温度,并在LED数码显示管上显示出当前的温度,该测温系统的测温范围为-40℃~110℃,按此要求设计硬件和软件以实现这一功能。
关键词:
单片机温度传感器DS18B20测量电子线路温度
ABSTRACT
Alongwiththemicroprocessorandlargescaleintegratedcircuit,andinthetestcontroltechnologyiswidelyused,andtheintelligentinstrumentandequipmenthasbecomeautomationtechnologydevelopmentdirection,dataacquisitionandtemperatureautomatictestingwouldreplacethetraditionalmethod.
ThisdesignusestheSTC89C52typeofsinglechipmicrocomputer,digitaltemperaturesensorusingtheAmericanDALASScompany1-WiredeviceDS18B20,namelysinglebusdeviceDS18B20,andconsistsofasinglechipmicrocomputertemperaturemeasurementsystem,whenthesystemispoweredon,temperaturesensorswillreadthecurrentenvironmenttemperature,andindisplaytubeLEDdigitalshowedonthecurrenttemperature,thetemperaturemeasurementsystemofmeasuringtemperaturerangefor40℃~110℃-accordingtothisdesignrequirementforhardwareandsoftwaretoachievethisfunction.
Keywords:
singlechipmicrocomputertemperaturesensorDS18B20measurementcircuittemperature
一绪论
1.1课题研究背景及意义
目前温度控制系统在很多场合都得到广泛的应用,因此在国内外发展非常迅速,并在智能化、环境自适应、参数自动调整等方面取得显著成果。
当前在工业上温度控制系统一般采用智能调节,国产调节器温度控制效果不是很理想,分辨率和精度都不高,但性价比高。
国外调节器虽然价格较贵,但是分辨率和精度较高。
在各行业中广泛应用的温度控制器及仪器仪表,都是由美国、德国等国家生产出来的,性能优异。
它们主要具有如下的特点:
一是在复杂的温度控制系统中能够适应于大惯性、大滞后的控制;二是在受控系统数学模型难以建立的情况下,得到控制;三是在受控系统中,能够被控制过程很复杂且参数时变的温度控制系统控制;五是温度控制系统普遍具有参数自检功能,借助计算机技术,能控制对象和参数,并且具有特性进行自动调整的功能等特点[1]。
温度测控包括两个方面:
温度测量和温度控制。
近年来,在理论上温度的测量技术发展比较完善,但目前仍然有许多问题需要去解决,比如在实际测控中,如何能实时地对温度进行快速采样,同时确保采集来的数据进行正确的传输,并能精确控制所测的温度场。
在温度的测量技术中,有一种简单、可靠、低廉、测量精度较高的测量方法叫做接触式测温,它在早期就发展起来,一般能将环境的真实温度测量出来。
但是难以对运动的物体和热容量小的物体进行精确测量,主要是因为检测元件热惯性的影响,响应的时间长。
在腐蚀性介质中,超高温度环境下也不适用。
另外还有一种能够对运动的物体和热容量小的物体进行测量的方法叫非接触式测温,它通过温度场辐射出来的能量,进行测量。
响应速度快,对测量的温度场不产生破坏。
但是也存在一些缺点,仪表所显示的值一般只能代表物体表面的温度,测温仪器结构复杂,价格昂贵等[2]。
因此,在温度测控中,要根据所需对象选择恰到好处的测控方法。
传感器技术是现代信息技术的三大基础,属于现代信息技术前沿的尖端技术,温度传感器使用的数量高居各类传感器之首,被应用于各种领域中,如工业生产、高科技研究和日常生活等。
温度传感器技术的应用与研究,其发展历程大致经过了以下三个阶段:
(1)常见的分布式温度传感器;
(2)模拟集成温度传感器;(3)智能温度传感器。
从20世纪末以来,国际上推出的智能温度传感器精度高、分辨力高,采用的都是9~12位A/D转换器,分辨力一般可高达0.5~0.0625℃[3]。
目前新型的温度传感器正由模拟式走向数字式、分立式走向高集成、智能化、网络化。
当前被广泛应用的DS18B20型智能温度传感器由美国DALLAS半导体公司研制,它能输出12位二进制数据,分辨力高,达到0.0625℃,测量温度的精度已经达到±0.2℃。
1.2国内外研究现状
在上个世纪70年代,国外的一些国家已经开始对温度测控技术进行研究了。
最早采用的是模拟式组合仪表,将现场采集到的信息进行显示、加工和控制。
直到80年代末才出现分立式控制系统。
目前温度测控技术在一些发达国家发展非常迅猛,由半自动化向着完全自动化、无人化的方向发展。
在上个世纪80年代,我国才开始对温度测控技术进行研究,起步晚。
跟那些发达国家相比较,技术上还有着很大差距。
我国的科技人员吸收发达国家的温度测控技术,仅限于控制温度的单项环境因子,对一些复杂的环境因子控制,还难以实现。
多参数综合控制系统目前还不成熟,单参数单回路的系统只能使用单片机来控制。
在实际生产中配套能力差,产业化程度不高,对环境水平控制的严重滞后等问题仍然在困扰着我们,温度测控现状要想达到工厂化的水平,还任重道远。
1.3研究内容
本文设计是以单片机为核心,实现温度实时测控和显示。
确定电路中的一些主要参数,了解温度控制电路的结构,工作原理,对该控制电路性能进行测试。
主要内容:
(1)硬件部分设计
以STC89C52单片机作为处理器来处理数据,DS18B20温度传感器进行温度采集,八段数码管作为显示模块,利用键盘完成对温度测控。
(2)软件部分设计
软件部分的设计采用模块化思想,主要有五个大的模块:
主控制程序,温度显示子程序,读温度子程序,温度转换子程序,计算温度子程序。
二系统硬件设计
2.1总体设计方案
2.1.1设计思路
(1)本设计是用来测控温度的,可以利用热敏电阻的感温效应,将被测温度变化的模拟信号,电压或电流的采集过来,首先进行放大和滤波后,再通过A/D转换,将得到的数字量送往单片机中去处理,用数码管将被测得的温度值显示出来。
但是这种电路的设计需要用到放大滤波电路,A/D转换电路,感温电路等一系列模拟电路,设计起来较麻烦。
(2)本设计采用单片机做处理器,可以考虑使用温度传感器,采用由达拉斯公司研制的DS18B20型温度传感器,此传感器可以将被测的温度直接读取出来,并进行转换,这样就很容易满足设计要求。
从上面的两种方案,可以很容易看出来,虽然方案
(2)软件部分设计复杂点,但是电路比较简单且精度高,故采用方案
(2)。
2.1.2设计方框图
据设计的需求,分析单片机的工作原理,可以大体得出来温度控制电路设计的总体方框图如图2-1所示,主处理器采用STC89C52单片机,温度采集部分采用DS18B20型温度传感器,用4位LED显示数码管作为显示部分,用来将温度显示出来。
系统硬件电路部分由四大模块组成:
温度采集模块、温度显示模块、设置模块和单片机最小系统模块。
2.2单片机介绍
单片机是计算机制造技术发展的产物,其应用于很多场合,发展迅猛。
1971年Intel公司研制出来4004的4位微处理器不久,在1974年12月Fairchild(仙童)公司立即研制出了8位的单片机,即F8,单片机的门户就这样被打开了。
直到上世纪70年代末,单片机应用技术才被引入中国,开始被我国的科学研究人员探索,到80年代,单片机终于广泛应用于各种行业。
在1978年Zilog公司推出了Z8单片机,不久我国工业界的主流就是这种单片机。
直到90年代初,我国在某些领域使用的单片机开始向Intel生产的MCS-51系列单片机靠拢,如工业领域。
在短短至今二十几年的时间里,单片机经过了4位机、8位机、16位机、32位机几个大的发展阶段,虽然没有像微处理器那样不断突破,但是目前8位机仍然是工业控制领域的主流机型。
近几年单片机的内部结构变的是愈加完美了,在原有的集成结构上不断创新,越来越多的外围电路和外设接口被集成于单片机内部结构中。
硬件电路的设计变得更加简单了,微控制器(MicroController)体系结构的设计已逐渐被建立起来,其发展过程大致分为下面的几个阶段:
第一阶段:
单片机的探索阶段
第二阶段:
单片机的完善阶段
第三阶段:
单片机的高性能阶段
第四阶段:
单片机的全面发展阶段
单片机就是将微处理器、存储器和各种输入输出接口,放在一块芯片上集成得来。
自问世以来,广泛应用于自动检测与控制、智能仪表、机电一体化、工业控制等各个方面。
单片机本身就是一种计算机系统,如果在外围加上一些接口电路,就可以构成某些特定的应用系统。
单片机的几种主要应用系统分为:
(1)最小系统,外围电路只配有晶振,复位电路,电源,只能运用于简单的一些控制。
(2)最小功耗系统,在系统正常运行的情况下,使得系统消耗的功耗达到最小。
(3)典型应用系统,为了使各种系统能够正常运行,所设计的必要硬件结构系统[4][5]。
以单片机为核心处理器件构成的应用系统有着许多优点:
(1)功能齐全,可靠性好,抗干扰的能力较强。
(2)使用起来简单方便,可以被普及使用。
(3)发展迅猛,有着广阔的前景。
(4)比较容易就能嵌入到各种应用系统中。
2.2.1STC单片机结构介绍
STC89C52单片机是一种8位微控制器,特点是低功耗、有高性能CMOS,同时内置8K字节可编程Flash存储器。
芯片内拥有十分灵巧的8位微处理器和在系统可编程Flash,使得STC89C52单片机提供为许多较灵活、十分有效的解决方案,主要在工农业控制系统中。
STC89C52的标准功能如下:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O接口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量的中断结构,全双工串行口。
另外
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- 关 键 词:
- 温度 检测 控制电路