基于单片机的饮水机温度控制系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的饮水机温度控制系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

了上电复位外，有时还需要按键手动复位。 本设计就是用的按键手动复位。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中电平复位是通过 RST端经电 阻与电源 Vcc 接通而实现的。 时钟频率选用 12MHZ 时， C 取 22uF,R2 取 ，R1取 1KΩ。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U2A T 8 9 C5 1X11 2 MC13 0 p FC23 0 p FR11k+ 5 VC32 2 uR24 .7 k 图 3 最小工作系统 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 8 温度传感器的选择 方案一 应用 DS18B20 传感器 本系统采用 DALLAS 半导体 公司生产的一线式数字温度传感器 DS18B20 采集温度数据， DS18B20 属于新一代适配微处理器的智能温度传感器 ,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。 它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 DS18B20 的管脚排列 和封装 如图 4所示。 图 4 DS18B20的管脚排列和封装 DS18B20 的性能特点 （ 1） 用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（ 9位二进制数，含符号位）， （ 2） 测温范围为 55℃ +125℃，测量分辨率为 ℃ （ 3） 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多 只能并联 8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压 过低，从而造成信号传输的不稳定 （ 4） 在使用中不需要任何外围元件 （ 5） 工作电源 : 3~5V/DC DS18B20 内部结构 DS18B20 主要由四部分组成： 64位光刻 ROM,温度传感器 ,非挥发的温度报警触发器TH和 TL,高速暂存器 ， 如图 5所示。 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 9 图 5 DS18B20的内部结构图 DS18B20 的存储器 DS18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是： （ 1） ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID编码，其前 8 位是单线系列编码（ DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 位的 CRC 码（冗余校验）。 数据在出厂时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。 （ 2） RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20 共9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。 如图 6 所示。 第 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 3 和第 4 字节是高温触发器 TH 和低温触发器 TL 的易失性拷贝，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。 以上字节内容每次上电复位时被刷新。 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， DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动； R1 和 R0 用来设置分辨率，决定温度转换的精度位数。 如表 2 所示。 ROM 和 单线 接口 电源检测 存储器和控制器 高速 缓存 存储器 CRC 生成器 温度灵敏元件 高温触发器 TH 低温触发器 TL 配置寄存器 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 10 图 6 DS18B20 字节定义 表 2 DS18B20 温度转换时间表 R1 R0 分辨率 /位 温度最大转向时间 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 的温度转换 以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算： 12位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个高低两个 8位的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位。 如果测得的温度大于 0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 才能得到实际温度。 表 3为温度高低字节的存放形式。 表 3 温度高低字节存放形式 高 8 位 S S S S S 26 25 24 低 8 位 23 22 21 20 21 22 23 24 本设计用到的温度有 8℃ ,16℃ ,80℃ ， 96℃。 用二进制码分别表示为 0000 0000 1000 0000,0000 0001 0000 0000,0000 0101 0000 0000,0000 0110 0000 0000。 DS18B20 的控制指令 DS18B20 有六条控制命令，如表 4 所示。 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 11 表 4 DS18B20 控制命令 指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重新调 E2RAM 读电源供电方式 44H BEH 4EH 48H B8H B4H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 9个字节内容 将数据写入暂存器的 TH、 TL 字节 把暂存器的 TH、 TL 字节写到 E2RAM 中 把 E2RAM中的 TH、 TL 字节写到暂存器 TH、 TL 字节 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU CPU 对 DS18B20 的访问流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。 DS18B20 每一步操作都 要遵循严格的工作时序和通信协议。 如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：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。 （ 1） DS18B20的读时序 DS18B20的读时序分为读 O时序和读 1时序。 DS18B20读时序是从主机把单总线拉低之后，在 15秒之内释放总线后让 DS18B20把数据传输到总线上。 DS18B20完成一个读时序过程，至少需要 60us。 （ 2） DS18B20的写时序 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序。 DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 DS18B20 能够在 15us 至lJ45us 之间能够正确地采样总线上的低电平，当要写 1 时序时，总线被拉低之后，在15us之内就需释放总线。 在硬件上， DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是 Vcc 接外部电源， GND 接地， I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 UDD、 GND 接地， I/O接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O口线要接 5KΩ左右的上拉电阻。 DS18B20 与单片机相连接的电路图见图 7。 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 12 1 0 0 . 0DQ2V C C3G ND1U1DS 1 8 B 2 0X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U2A T 8 9 C5 15VK1加热R64 .7 k1 0 . 0DQ2V C C3G ND1U3DS 1 8 B 2 05VR44 .7 kX11 2 MC13 0 p FC23 0 p FR11k+ 5 VC32 2 uR24 .7 kK2 图 7 DS18B20 与单片机连接电路图 方案二 应用 AD590 温度传感器 AD590传感器是美国 AD公司研制的一种电流式集成温度传感器。 其直流工作电压为+4 V到 +30 V，当电源电压由 +5V向 +10V变化时，其电流变化仅为 ；最佳使用温度范围 (55～ 150)℃，在此测温范围内，测量误差为士 ℃，测量分辨率为 ℃。 温度采样电路采用了 AD590电流型温度敏感型器件其稳定度和线性度均较好。 在 0℃时 AD590的电流为 ，温度每增加 1℃ ，电流增加 1181。 A。 该电流转换为电 压信号，通过模数转换 ADC080 AT89C51单片机实现 温度的监测和转换 ， 如图 8所示。 河北科技师范学院 2020 届本科毕业设计 13 图 8 应用 AD590 的温度采样电路 虽然两种温度传感器都能进行温度检测，但是 AD590还需要进过 A/D转换装置，将模拟量转换成数字量，而且 DS18B20单总线。