基于51单片机的高精度恒温控制系统设计毕业论文

基于51单片机的高精度恒温控制系统设计毕业论文内容摘要：

通过简单的编程实现 9～ 12 位的数字值读数方式。 可以分别在 ms和 750 ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口 ）读写 ,温度变换功率来源于数据总 线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 DS18B20 的主要特性： （ 1） 独特的单线接口方式： DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即 可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 （ 2）在使用中不需要任何外围元件。 （ 3）可用数据线供电，电压范围： V。 （ 4） 测温范围： 55 ~ 125 ℃。 固有测温分辨率为 ℃。 （ 5） 通过编程可实现 912 位的数字读数方式。 （ 6） 用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （ 7） 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 （ 8） 负压特性，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。 DS18B20 内部结构 DS18B20 的工作时序 DS18B20 的工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。 （ 1） 初始化：单片机将数据线的电平拉低 480~960us 后释放，等待 15~60us, 单总线器件即可输出一持续 60~240us 的低电平 (存在脉冲 )单片机收到此应答后即可进行操作。 （ 2） 写时序：当主机将数据线的电平从高拉到低时，形成写时序，有“ 0”和写“ 1”两种时序。 写时序开始后， DS18B20 在 15us~60us 期间从数据线上采样。 如果采样到低电平，则向 DS18B20 写“ 0”；如果采样到高电平，则向 DS18B20 写“ 1”。 两个独立的时序间至少需要 1us 的恢复时间 (拉高总线电平 )。 （ 3） 读时序：当主机从 DS18b20 读取数时，产生时序。 此时，主机将数据线的电平从高拉到低使读时序被初始化。 如果此后 15us 内，主机总线上采样到低电平，则 DS18B20 读“ 0”；如果此后 15us 内，主机在总线上采样到高电平，则 DS18B20 读“ 1”。 第三章 设计模块器件比较、选型 根据上面几种传感器的介绍中，我们可以选出我们设计中要用到的温度传感器，下面我们从以下几点来选择传感器类型： 传感器的选型 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范围内，非线性误差为 177。 ℃。 DS1612 它可测量的温度范围为在 0℃ ~+70℃ 范围内，测量精度为 177。 ℃ DS18B20 测量温度范围为 55 176。 C 至 +125 ℃ ，精度可达 177。 摄氏度。 运用的简易程度： AD590 特别适合远程检测应用 , AD590 输出电流 223μA电路中串接采样电阻R 时， R 两端的电压可作为喻出电压。 注意 R 的阻值不能取得太大，以保证 AD590两端电压不低于 3V。 AD590 输出电流信号传输距离可达到 1km 以上。 DS1612：在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器（ OSC1）和一个温度系数较小的振荡器（ OSC2）。 在温度较低时，由于 OSC2 的开门时间较短，因此温度测量计数器计数值（ n）较小；而当温度较高时，由于 OSC2 的开门时间较长，其计数值（ m）增大。 DS18B20 采用一线通信接口。 因为一线通信接口，必须在先完成 ROM 设定，否则记忆和控制功能将无法使用。 描述该 DS18B20 的数字温度计提供 9 至 12 位（可编程设备温度读数。 信息被发送到 /从 DS18B20 通过 1 线接口，所以 中央微处理器 与 DS18B20 只有一个一条口线连接。 为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个 DS18B20 的包含一个独特的序号，多个 ds18b20s 可以同时存在于一条总线。 价格比较： AD590 单价： 165。 19 DS1612 单价： 165。 DS18B20 单价： 165。 从上面一系列的比较重，我最后选择了 DS18B20 温度传感器，虽然它的精度没有 AD590 的高，但是在测量上它运用起来更加的方便，不需要放大电路和 A/换， 而且非常的便宜。 3. 2 单片机的选用 针对一定的用途，恰当的选择所使用的单片机是十分重要。 对于明确的应用对象，选择功能过少的单片机，无法完成控制任务；选择功能国强的单片机，则会造成资源浪费，使产品的性能价格比下降。 目 前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有不同。 在实际应用中，针对不同的需求选择合适的单片机，选择单片机时要注意下几点： ① 单片机的基本性能参数，例如指令执行速度，程序存储器容量，中断能力及 I/O 口引脚数量等； ② 单片机的增强功能，例如看门狗，双串口， RTC(实时时钟 )， EEPROM， CAN 接口等； ③ 单片机的存储介质，对于程序存储器来说， Flash 存储器和 OTP(一次性可编程 )存储器相比较，最好是选择 Flash 存储器； ④ 芯片的封装形式，如 DIP 封装， PLCC 封装机表面贴装封装等。 选择 DIP 封装在搭建实 验电路时会更加方便一些； ⑤ 芯片工作温度范围符合工业级、军品级还是商业级，如果涉及户外产品，必须选用工业级芯片； ⑥ 单片机的工作电压范围，例如设计电视机遥控器时，使用 2 节干电池供电，至少选择的单片机能够在 ~ 电压范围内工作； ⑦ 单片机的抗干扰性能好； ⑧ 编程器以及仿真器的价格，单片机开发是否支持高级语言以及编程环境要好用易学； ⑨ 供货渠道是否畅通，价格是否低廉，是否具有良好的技术服务支持。 根据上面所述的原则，结合本系统实际情况综合考虑，本文的温度控制系统选用 ATMEL 公司生产的AT89C52 单片机作为主 控模块的核心芯片。 单片机选型 本系统选用 ATMEL 公司生产的 AT89 溪流单片机中的 AT89C52， AT89C52单片机是一种新型的低功耗、高性能的 8位 CMOS微控制器，与工业标准 MCS51指令溪流和引脚完全兼容。 具有超强的三级加密功能，其片内闪电存储器（ Flash Memory）的编程与檫除完全用电实现，数据不易挥发，编程 /檫除速度快。 第四章 设计方案 主控模块电路由 ST89C52 单片机、温度采集、数码管显示、温度控制、外部时钟电路、复位电路、 PL2303 下载。 总体设计方案 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。 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。 比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。 在本系统的电路设计方框 图如图 所示，它由三部分组成 :①控制部分主芯片采用单片机 AT89S52；②显示部分采用 4 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。 首先由温度传感器 DS18B20 采集温度数据，经 A/D 转换后送入 ST89C52 单片机进行运算处理，并三位数码管显示当前温度，同时与键盘输入的设定温度值（上限与下限）进行比较，由单片机控制是否发出控制信号，控制继电器（加热或降温）工作，从而实现恒温控制。 在整个过程中，温度始终都能得以显示。 设定温度过程中显示设定温度值，以便于操作：设定 完毕后，改为显示当前测试温度值： 本系统的电路设计方框图，它主要 由五部分组成； ① 主控制部分主芯片采用单片机 ST89C52（包括时钟和复位电路）； ② 显示部分采用 3 为 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； ④ 按键输入部分主要功能是实现设定温度值的输入； ⑤ 控制电路实现对继电器的控制； 总体设计框图 数码管显示 ST89C52 控制 DS18B20采集温度 温度控制模块 PL2303下载模块 第五章 硬件设计 系统的硬件设计部分主要由以下几部分组成： （ 1）单片机最小系统：采用 ST89C52 单片机； （ 2）温度采集模块：采用 DS18B20 温度传感器； （ 3）温度显示模块：采用 4 位 一体共阳 数码管显示； 18B20 温度采集模块： 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度。 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 把采集到温度通过数据引脚传到单片机的 口，单片机接受并储存。 此部分只用到 DS18B20 和单片机，硬件很简单。 DS18B20 通常可以采用两种方式供电，一种是寄生电源供电方式，另一种是采用外部电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 引脚接地， 2 引脚作为信号线， 3 引脚接电源。 本设计采用外部电源供电方式，外部电源供电方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比 较简单，可以开发稳定可靠的多点温度监控系统。 DS18B20 与单片机的接口电路 DS18B20 的工作原理： 单片机 DS18B20 GND VCC 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： DS18B20 进行复位； 2.复位成功后发送一条 ROM 指令； 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， CPU 主收到此信号表示复位成功。 其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序， 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， 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。 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。 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。