基于单片机的温度控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的温度控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

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。 8 DS18B20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： （ 1） 每一次读写之前都 必须 要对 DS18B20 进行复位 ； （ 2） 复位成功后发送一条 ROM 指令 ； （ 3） 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。 其工作时序包括初始化时序、写时 序和读时序，具体工作方法如图 ， ， 所示。 (1) 初始化时序 响应脉冲60~24 0等待15 60主机 最小48 0主机复位脉冲最小480 US 图 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， ，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[7]。 (2) 写时序 9 采样15~ 45采样15~ 4511主机写1 时 序主机写0 时 序 图 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。 (3) 读时序 主机采样主机采样454511主机写1 时 序主机写0 时 序 图 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。 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。 ROM操作命令 [8]。 10 表 ROM 操作命令 指令 约定代码 功 能 读 ROM 33H 读 DS18B20 ROM 中的编码 符合 ROM 55H 发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单线总线上与该编码相对应的 DS18B20 使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20 的个数和识别 64 位ROM 地址，为操作各器件作好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 发温度变换命令，适用于单片工作。 告警搜索 命 令 0ECH 执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应 温度变换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为 500MS，结果存入内部 9 字节 RAM 中 读暂存器 0BEH 读内部 RAM 中 9字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的第 3， 4 字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 E2PRAM 中第 3， 4字节内容复制到 E2PRAM 中 调 E2PRAM 0BBH 将 E2PRAM 中内容恢复到 RAM 中的第 3， 4 字节 读 供 电 方 式 0B4H 读 DS18B20 的供电模式，寄生供电时 DS18B20 发送“ 0”，外接电源供电 DS18B20 发送“ 1” DS18B20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 ROM(33H)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。 11 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 ，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数 门打开时， 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。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55 ℃ 所对应的基数 分别置入减法计数器 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 应的一个基数值。 减法计数器 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 1的预置值减到 0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 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时， 停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图 中的斜率累加器用 于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重 要。 系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。 操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲 ）→发 ROM 功能命令 → 发存储器操作命令 → 处理数据 [9]。 图 测温原理内部装置 减法计数器 斜坡累加器 减到 0 减法计数器 预 置 低温度系数 振 荡 器 高温度系数 振 荡 器 计数比较器 预 置 温度寄存器 减到 0 12 DS18B20的测温流程 图 DS18B20 测温流程 4 单片机接口设计 设计原则 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接 电源。 另一种是寄生电源供电方式，如图 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET管来完成对总线的上拉。 本设计 采用电源供电方式， 口接单线总线为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管和 89S51 的 来完成对总线的上拉。 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 μs。 采用寄生电源供电方式是 VDD和 GND 端均接地。 由于单线制只有一根线，因此发送 接收口必须是三 状态 的。 主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过 3个步骤： (1) 初始化 ； (2) ROM 操作指令 ； (3) 存储器操作指令。 引脚连接 引脚连接 晶振电路 单片机 XIAL1 和 XIAL2 分别接 30PF 的电容，中间再并个 12MHZ 的晶振，形成单片机的晶振电路。 串口引脚 P0 口接 9 个 的排阻然后接到显示电路上。 温度传感器 DS18B20 如图 所初始化 DS18B20 跳过 ROM 匹配 温度变换 延时 1S 跳过 ROM 匹配 读暂存器 转换成显示码 数码管显示 13 示。 图 DS18B20 与单片机的接口电路 和 引脚接继电器电路的 电阻上， P1 口其他引脚悬空 P2 口中 、 、 、 分别接到显示电路的 电阻上， 接蜂鸣器电路，其他引脚悬空 P3 口中 、 、 接到按键电路 其它引脚 ALE 引脚悬空，复位引脚接到复位电路、 VCC 接电源、 VSS 接地、 EA 接电源。 5 系统整体设计 系统硬件电路设计 主板电路设计 单片机的 接 DS18B20 的 2号引脚， P0 口送数 P2口扫描， 、 控制加热器和电风扇的继电器。 如附录 2。 各部分电 路 (1) 显示电路 显示电路采用了八段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。 14 图 显示电路图 四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 能显示 4 个数码管叫四位数码管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连。