室内温度调节控制器设计
室内温度调节控制器设计[20200128194253]
【摘要】
温度控制系统现在已经大规模地应用于生活的各个方面 ,如家用电器、交通工具、电力仪器等 。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。然后在利用单片机的信息收集以及处理能力来实现比较高精度的温度控制。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89S51单片机DS18B20温度芯片温度控制
引言 1
一 系统总体设计 1
（一） 系统功能设计 1
（二） 系统设计原则 1
二 系统硬件设计 2
（一） DS18B20工作原理 2
（二） 单片机工作原理 3
（三） 键盘单元设计 4
（四） 显示装置设计 4
（五） 温度控制系统设计 5
（六） 电源输入设计 7
三 系统程序设计 8
（一） 程序结构分析 8
（二） 主程序代码 8
四 总结 17
五 谢词 18
六 参考文献 19
引言
在人们的日常生活及生产过程中，温度是一个非常重要的因素，在新世纪科学技术得到了大幅度的发展，科学技术有力推动了社会发展和社会信息化程度提高，同时也是现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。通过毕业设计学习和研究新技术具有实际意义。不仅可以学好专业知识，还可以增强动手能力。本文将介绍由DS18B20和单片机技术组成的温度调节控制器，其中会详细介绍DS18B20工作原理，单片机接收和处理信号的工作原理。
一 系统总体设计
（一） 系统功能设计
1.系统要完成的设计功能是：
1.1 实现对室内温度参数的实时采集，测量空间的温度，由单片机对采集的温度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温的智能检测。
1.2 实现温度不适时的及时报警，并启动控制系统，实现恒温的目的。
1.3 现场检测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。
2.要求达到的技术指标：
2.1温度连续可调，范围为0℃-40℃
2.2超调量0%≤20%
2.3温度误差≤±0.5℃
（二） 系统设计原则
要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。
高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。另外在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广和维修。单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。系统的组成和工作原理
1.系统的组成
温度传感器 DS18B20 从不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。
当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。
系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史据，以便观察以后整个温度控制过程及监控温度变化的全过程。
二 系统硬件设计
（一） DS18B20工作原理
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。
综上，在本系统中我采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。
字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围－55～＋125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，
图2 温度芯片DS18B20
（三） 单片机工作原理
经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据
根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用MCS-51系列的89S51为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。
此外，该AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
由于系统控制方案简单,数据量也不大,考虑到电路的简单和成本等因素,因此在本设计中选用ATMEL公司的AT89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于AT89S51芯片内含有4 KB的E2PROM,无需外扩存储器,电路简单可靠,其时钟频率为0～24MHz。
图4 AT89S51 单片机的片内硬件组成结构
（四） 键盘单元设计
单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。
键开关状态的可靠输入 ：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响
在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。
对照图示的4*4键盘，说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。键盘共有16个按键，用于方便设定温度。
（五） 显示装置设计
1.液晶简介
本部分电路主要使用七段数码管和移位寄存器芯片74LS164。单片机通过I2C总线将要显示的数据信号传送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制数码管的显示，从而实现移位寄存点亮数码管显示。具体见实际连线图如下图。
图5 液晶显示原理图
【摘要】
温度控制系统现在已经大规模地应用于生活的各个方面 ,如家用电器、交通工具、电力仪器等 。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。然后在利用单片机的信息收集以及处理能力来实现比较高精度的温度控制。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89S51单片机DS18B20温度芯片温度控制
引言 1
一 系统总体设计 1
（一） 系统功能设计 1
（二） 系统设计原则 1
二 系统硬件设计 2
（一） DS18B20工作原理 2
（二） 单片机工作原理 3
（三） 键盘单元设计 4
（四） 显示装置设计 4
（五） 温度控制系统设计 5
（六） 电源输入设计 7
三 系统程序设计 8
（一） 程序结构分析 8
（二） 主程序代码 8
四 总结 17
五 谢词 18
六 参考文献 19
引言
在人们的日常生活及生产过程中，温度是一个非常重要的因素，在新世纪科学技术得到了大幅度的发展，科学技术有力推动了社会发展和社会信息化程度提高，同时也是现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。通过毕业设计学习和研究新技术具有实际意义。不仅可以学好专业知识，还可以增强动手能力。本文将介绍由DS18B20和单片机技术组成的温度调节控制器，其中会详细介绍DS18B20工作原理，单片机接收和处理信号的工作原理。
一 系统总体设计
（一） 系统功能设计
1.系统要完成的设计功能是：
1.1 实现对室内温度参数的实时采集，测量空间的温度，由单片机对采集的温度值进行循环检测、数据处理、显示，实现温的智能检测。
1.2 实现温度不适时的及时报警，并启动控制系统，实现恒温的目的。
1.3 现场检测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。
2.要求达到的技术指标：
2.1温度连续可调，范围为0℃-40℃
2.2超调量0%≤20%
2.3温度误差≤±0.5℃
（二） 系统设计原则
要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。
高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。另外在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广和维修。单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。系统的组成和工作原理
1.系统的组成
温度传感器 DS18B20 从不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备 (压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) 。
当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。
系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史据，以便观察以后整个温度控制过程及监控温度变化的全过程。
二 系统硬件设计
（一） DS18B20工作原理
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。
综上，在本系统中我采用温度芯片DS18B20测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。
字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围－55～＋125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，
图2 温度芯片DS18B20
（三） 单片机工作原理
经过上面的总体方案和实施措施的讨论后可以开始着手硬件系统的设计，硬件系统是应用系统的基础、软件系统设计的依据
根据总体功能和性价比及其运行速度等因素的考虑，选用MCS-51系列的89S51为主机，满足上面的要求而且设计方便，不需要再存储扩展。
此外，该AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
由于系统控制方案简单,数据量也不大,考虑到电路的简单和成本等因素,因此在本设计中选用ATMEL公司的AT89S51单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于AT89S51芯片内含有4 KB的E2PROM,无需外扩存储器,电路简单可靠,其时钟频率为0～24MHz。
图4 AT89S51 单片机的片内硬件组成结构
（四） 键盘单元设计
单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。
键开关状态的可靠输入 ：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响
在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。
对照图示的4*4键盘，说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将列线的电平状态读入累加器A中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而使行线不全为1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。键盘共有16个按键，用于方便设定温度。
（五） 显示装置设计
1.液晶简介
本部分电路主要使用七段数码管和移位寄存器芯片74LS164。单片机通过I2C总线将要显示的数据信号传送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制数码管的显示，从而实现移位寄存点亮数码管显示。具体见实际连线图如下图。
图5 液晶显示原理图
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