单片机DS18B20水温控制系统设计.docx

单片机DS18B20水温控制系统设计.docx

《单片机DS18B20水温控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机DS18B20水温控制系统设计.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机DS18B20水温控制系统设计

单片机DS18B20水温控制系统设计

一．引言

在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A／D转换器能接收的模拟量，再经过采样／保持电路进行A／D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。

但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。

本文介绍单片机结合DS18B20水温控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和A／D转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。

目录

一．引言...

二．设计目的...

三．系统功能...

四．系统设备...

五．温度控制总体方案与原理...

1．系统模块图...

2．系统模块总关系图...

六．温度转换核心及其算法...

1.温度传感器DS18B20原理与特性...

DSl8B20的管脚及特点...

DS18B20的内部结构...

DS18B20的内存结构...

DS18B20的测温功能...

DSl820工作过程中的协议...

温度传感器与单片机通讯时序...

2.温度转换算法及分析...

七．硬件设计说明...

1．系统总体电路图...

2．各个模块电路图...

输入系统...

输出系统...

芯片系统...

八．软件设计说明...

1．总模块的流程图...

2．各个模块的流程图...

读取温度DS18B20模块的流程...

键盘扫描处理流程...

九．操作指引...

按键功能...

显示温度...

设定温度...

十．参考文献...

程序源代码...

二．设计目的

设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。

水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。

利用单片机AT89S52实现水温的智能控制，使水温能够在40-90度之间实现控制温度调节。

利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。

三．系统功能

1.可以对温度进行自由设定，到那时必须在0－100摄氏度单位内，设定时可以适时的显示说设定的温度值，温度是可以自由设置的，传感器的检测值与设定的温度比较，可以显示在七段发光二极管上。

2.温度由1台1000w电炉来实现，如果温度不在40－90度之间，则在LED上显示“8888”,表示错误。

3.能够保持不间断显示水温，显示位数4位，分别为百位，个位，十位，和小数位。

（但由于规定不超过90度，所以百位也就没有实现，默认的百位是不显示的）

四．系统设备

ME300B最小系统板 

DS18B20数字温度传感器（集成了A/D转换功能） 

1000W电炉 

温度计 

继电器 

风扇 

盛水器皿 

六．温度转换核心及其算法1.温度传感器DS18B20原理与特性本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，大大简化了电路的复杂度，以及算法的要求。

首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能:

DSl8B20的管脚及特点DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。

（如图：

1）GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。

VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3．O～5．5V。

本文使用外部电源供电。

主要特点有：

1.用户可自设定报警上下限温度值。

2.不需要外部组件，能测量－55～+125℃范围内的温度。

3.－10℃~+85℃范围内的测温准确度为±0．5℃。

4.通过编程可实现9～l2位的数字读数方式，可在至多750ms内将温度转换成12位的数字，测温分辨率可达0．0625℃。

5.独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。

DS18B20的内部结构DS18B20内部功能模块如图2所示，主要由4部分组成：

64位光刻R0M（图3）、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

R0M中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DSISB20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。

高低温报警触发器TH和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH，TL或配置寄存器写入。

配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：

R1R0＝’00’,9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=‘01’,10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=‘10’,11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=’11’,12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。

本系统采用的也是12位的精度。

DS18B20的内存结构DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM（便笺式的内部存储器）和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温和低温触发器TH，TL和结构寄存器。

便笺存储器包含了9个连续字节（0～8），前两个字节是测得的温度信息（图4），字节0的内容是温度的低8位，字节1是温度的高8位，字节2是TH（温度上限报警），字节3是TL（温度下限报警），字节4是配置寄存器（图5），用于确定输出分辨率9到12位。

第5、6、7个字节是预留寄存器，用于内部计算。

字节8是冗余检验字节，校验前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。

DS18B20的测温功能当DSI8B20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0，1字节。

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，数据格式以0．0625℃／LSB形式表示。

温度值格式如图4所示，其中“S”为标志位，对应的温度计算：

当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。

图4下面的表是对应的一部分温度值。

DSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH做比较，若T>TH或TRoM操作命令->存储器操作命令->处理数据1初始化单总线上的所有处理均从初始化开始2ROM操作品令总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如指令代码ReadROM（读ROM）[33H]MatchROM（匹配ROM）[55H]SkipROM（跳过ROM][CCH]SearchROM（搜索ROM）[F0H]Alarmsearch（告警搜索）[ECH]3存储器操作命令指令代码WriteScratchpad（写暂存存储器）[4EH]ReadScratchpad（读暂存存储器）[BEH]CopyScratchpad（复制暂存存储器）[48H]ConvertTemperature（温度变换）[44H]RecallEPROM（重新调出）[B8H]ReadPowersupply（读电源）[B4H]温度传感器与单片机通讯时序2.温度转换算法及分析由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。

温度高字节（MSByte）高5位是用来保存温度的正负（标志为S的bit11～bit15），高字节（MSByte）低3位和低字节来保存温度值（bit0~bit10）。

其中低字节（LSByte）的低4位来保存温度的小数位（bit0~bit3）。

由于本程序采用的是0.0625的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。

也就说，本系统的温度精确到了0.1度。

算法核心：

首先程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位（LSByte）取反加一变成原码。

处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位，百位的BCD码存入RAM中。

由于百位没有用，默认情况是置为0A，在显示屏上没有任何显示。

温度算法核心代码DATA_DEAL:

MOVA,TEMPERATURE_H；TEMPERATURE_H存放的是DS18B20转换后的高8位的值（上图的MSByte）ANLA,#80H；判温度是否零下JZTEMPC1；A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理CLRCMOVA,TEMPERATURE_L；为负数，对低8位（上图的LSByte）求补CPLA；取反加1ADDA,#01HMOVTEMPERATURE_L,A；取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温度了MOVA,TEMPERATURE_HCPLAADDCA,#00H；高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位MOVTEMPERATURE_H,A；写回TEMPERATURE_HMOVTEMPERATURE_HC,#0BHSJMPTEMPC11TEMPC1:

MOVTEMPERATURE_HC,#0AHTEMPC11:

MOVA,TEMPERATURE_HCSWAPAMOVTEMPERATURE_HC,AMOVA,TEMPERATURE_LANLA,#0FH；取A低4位（小数位，单位是0.0625）,得出来的数要乘以0.0625,通过查表来算出值MOVDPTR,#TEMPDOTTABMOVCA,@A+DPTR；查表MOVTEMPERATURE_LC,A；TEMPERATURE_LC的低四位保存小数部分BCDMOVDIS_BUF_X,A；小数位的BCD码送入显示buffer中MOVA,TEMPERATURE_L；整数部分ANLA,#0F0H；得到个位单个数值SWAPA；SWAP后就得到个位真正的个位MOVTEMPERATURE_L,AMOVA,TEMPERATURE_HANLA,#0FHSWAPAORLA,TEMPERATURE_LMOVTEMPERATURE_ZH,A；组合后的值存入TEMPERATURE_ZHLCALLHtoB；转换HEx值成为BCD码MOVTEMPERATURE_L,A；TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码ANLA,#0F0HSWAPAORLA,TEMPERATURE_HC；TEMPERATURE_HC低4位存放十位数BCDMOVTEMPERATURE_HC,AMOVA,TEMPERATURE_LANLA,#0FHSWAPA；TEMPERATURE_LC高4位存放个位数BCDORLA,TEMPERATURE_LCMOVTEMPERATURE_LC,AMOVA,R7JZTEMPC12ANLA,#0FHSWAPAMOVR7,AMOVA,TEMPERATURE_HC；TEMPERATURE_HC高4位存放百位数BCDANLA,#0FHORLA,R7MOVTEMPERATURE_HC,ATEMPC12:

RET；小数部分码表TEMPDOTTAB:

DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H结果温度值的BCD码存放到TEMPERATURE_HC（百位和十位），TEMPERATURE_LC（个位和小数位）中七．硬件设计说明1．系统总体电路图2．各个模块电路图输入系统1．键盘模块我们用的下面四个独立键盘中的三个，分别是：

K2，K3，K4。

1．温度测量模块DS18B20通过P3.3口和AT89S52进行通讯。

输出系统

1． 继电器模块

下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图，我们只用到了继电器的图，继电器和单片机的P1.3口进行通讯。

单片机DS18B20水温控制系统设计程序源码

       TEMPERATURE_LDATA31H;DS18B20低8位Buffer

       TEMPERATURE_HDATA30H;DS18B20高8位Buffer

       TEMPERATURE_HCDATA32H  ;计算后的百位和十位的BCD码存放BUFFER

       TEMPERATURE_LCDATA33H  ;计算后的个位和小数位的BCD码存放BUFFER

       TEMPERATURE_ZHDATA34H  ;计算后十位和个位HEX码的存放BUFFER

       DIS_BUF_XDATA35H;数码管小数位Buffer

       DIS_BUF_GDATA36H ;数码管个位Buffer

       DIS_BUF_SDATA37H ;数码管十位Buffer

       DIS_BUF_BDATA38H ;数码管百位Buffer

       KEY_BUF_GDATA39H;键盘输入后，的个位值

       KEY_BUF_SDATA49H;键盘输入后，的十位值

       KEY_BUF_BDATA41H;键盘输入后，的百位值

       K_UPEQUP1.5    ;上调按钮

       K_DOWNEQUP1.6  ;下调按钮

       K_ENTEREQUP1.7 ;输入数据确认按钮

       P_DS18B20EQUP3.3 ;读取DS18B20的输入端口

       P_SWITCHEQUP1.3  ;继电器控制端口,1－风扇，0－电炉

       FLAGEQU20H.0       ;标志位,确定是否存在DS18B20

       ENTER_FLAGEQU20H.1 ;键盘输入的标志位,为0说明键盘正在输入，为1说明键盘输入退出

;程序开始执行

       ORG0000H

       LJMPMAIN

       ORG0100H

MAIN:

 MOVSP,#60H          ;初始化

       MOVKEY_BUF_G,#00H  ;由于KEY_BUF是由用户输入的，所以先赋值初始化

       MOVKEY_BUF_S,#00H

       MOVKEY_BUF_B,#00H

NEXT:

       LCALL  READ_TEMP;调用读温度子程序

       JBFLAG,NORMAL  ;判断是否有DS18B20的存在

       CALLERR            ;不存在时显示错误信息

AJMP   NEXT

NORMAL:

LCALLDATA_DEA     ;处理从DS18B20得到的数据

       LCALLSET_DIS_BUF      ;赋值给DIS_BUF_X,G,S,B

       LCALLDISPLAY      ;调用数码管显示子程序

       LCALLSCAN_KEY     ;扫描键盘

       LCALLSWITCH           ;处理继电器

       AJMP   NEXT

;程序名称:

ERR

;功能:

程序出错处理，显示四个8，即8888

;入口参数:

无

;出口参数:

DIS_BUF_X,DIS_BUF_G,DIS_BUF_S,DIS_BUF_B

ERR:

   MOVDIS_BUF_X,#08H;如果没有找到DS18B20，那么就显示错误，错误显示为888

       MOVDIS_BUF_G,#08H      

       MOVDIS_BUF_S,#08H

       MOVDIS_BUF_B,#08H

       LCALLDISPLAY

       RET

;程序名称:

DATA_DEAL

;功能:

处理采集后的的数据

;入口参数:

TEMPERATURE_L

;出口参数:

DIS_BUF_G,DIS_BUF_S,DIS_BUF_B

DATA_DEAL:

       MOV A,TEMPERATURE_H  ;判温度是否零下

       ANL A,#80H

       JZ TEMPC1         ;A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理

       CLR C

       MOV A,TEMPERATURE_L   ;二进制数求补（双字节）

       CPL A             ;取反加1

       ADD A,#01H

       MOV TEMPERATURE_L,A   ;取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就能表示温

;度了，不过还要继续处理一下。

       MOV A,TEMPERATURE_H

       CPL A

       ADDC A,#00H              ;高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位

       MOV TEMPERATURE_H,A      ;写回TEMPERATURE_H

       MOV TEMPERATURE_HC,#0BH

       SJMP TEMPC11

TEMPC1:

MOV TEMPERATURE_HC,#0AH     

TEMPC11:

MOV A,TEMPERATURE_HC

       SWAP A

       MOV TEMPERATURE_HC,A

       MOV A,TEMPERATURE_L

       ANL A,#0FH             ;取A低4位（小数位，单位是0.0625）,得出来的数要乘以0.0625,通过查表来算出值

       MOV DPTR,#TEMPDOTTAB

       MOVC A,@A+DPTR         ;查表

       MOV TEMPERATURE_LC,A   ;TEMPERATURE_LC LOW=小数部分BCD

       MOV DIS_BUF_X,A        ;小数位的BCD码送入显示buffer中

       MOV A,TEMPERATURE_L    ;整数部分

       ANL A,#0F0H            ;得到个位‘单个数值

       SWAP A                 ;SWAP后就得到个位真正的个位

       MOV TEMPERATURE_L,A

       MOV A,TEMPERATURE_H

       ANL A,#0FH

       SWAP A

       ORL A,TEMPERATURE_L

       MOV TEMPERATURE_ZH,A    ;组合后的值存入TEMPERATURE_ZH

       LCALL HtoB              ;转换HEx值成为BCD码

       MOV TEMPERATURE_L,A     ;TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码

       ANL A,#0F0H

       SWAP A

       ORL A,TEMPERATURE_HC    ;TEMPERATURE_HCLOW位=十位数BCD

       MOV TEMPERATURE_HC,A

       MOV A,TEMPERATURE_L

       ANL A,#0FH

       SWAP A                  ;TEMPERATURE_LCHI位=个位数BCD

       ORL A,TEMPERATURE_LC

       MOV TEMPERATURE_LC,A

       MOV A,R7

       JZ TEMPC12

       ANL A,#0FH

       SWAP A

       MOV R7,A

       MOV A,TEMPERATURE_HC     ;TEMPERATURE_HCHI=百位数BCD

       ANL A,#0FH

       ORL A,R7

       MOV TEMPERATURE_HC,A

TEMPC12:

RET

; 小数部分码表

TEMPDOTTAB:

 DB  00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H

;0.0625->00H

;0.0625*2=0.125->01H

;0.0625*3=0.1875->01H

;0.0625*4=0.25->02H

;0.0625*5=0.3125->03H

;以此类推..........

;程序名称:

HtoB

;功能:

十六进制转BCD

;入口参数:

A

;出口参数:

R7

HtoB:

  MOV B,#064H ;100        

       DIV AB      ;a/100        

       MOV R7,A    ;        

       MOV A,#0AH

       XCH A,B

       DIV AB               

       SWAP A

       ORL A,B

       RET

;程序名称:

INIT_TEMP

;功能:

初始化DS18B20,确定DS18B20是否是存在的

;入口参数:

无

;出口参数:

FLAG

INIT_TEMP:

      SETB   P_DS18B20

      NOP

      CLRP_DS18B20              ;主机发出延时537微秒的复位低脉冲

      MOVR0,#6BH

      MOVR1,#04H

TSR1:

  DJNZ   R0,$

      MOV   40,