单片机的温度控制系统设计
单片机的温度控制系统设计[20200131184826]
摘要
本设计是基于AT89C51单片机，配以DS18B20数字温度传感器为辅助，设计了一个温度控制系统，本设计的温度传感器可以由用户自行设置温度上下限，单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。
本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设更加完善，更加灵活使用。
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关键字:】温度箱,AT89C51,单片机,控制
一、引言 1
二、总体设计方案 5
（一）控制电路 6
（二）显示电路 6
（三）温度采集电路 6
（四）CRC产生电路 6
三 、系统硬件电路设计 7
（一）系统电源设计 7
（二）单片机电路 7
（三） 温度传感器连接电路设计 7
（四） 数码管选通电路设计 8
（五）晶振电路设计 9
（六） 串口驱动电路设计 9
（七） 蜂鸣器驱动电路设计 10
四 、系统软件设计 11
(一)初始化模块 11
（二）温度数据采集模块 11
（三）数据通信模块 11
（四） 数码管显示模块 13
（五） 蜂鸣器告警模块 14
五 、仿真 15
总结 16
致谢 17
六、附录 19
附录一：原理图 19
附录二：主程序代码 22
一、引言
温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。
本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，功能强大.
本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。
二、总体设计方案
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用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。
在本系统的电路设计方框图如图1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3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。
图1 温度计电路总体设计方案
（一）控制电路
单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。
（二）显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。
（三）温度采集电路
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。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把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。
（四）CRC产生电路
在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
三 、系统硬件电路设计
（一）系统电源设计
本设计所采用的AT89C2051、单片机、温度传感器和数码管均支持5V电源工作，因此电源只需要—5V供电即可，并且功率很小，不到1A。我们有一个变压器，为6—220V的，因此我们采用芯片7805进行稳压，芯片7805的作用是把大于5V的直流电压降为比较稳定的5V直流电压，电源电路如图1所示。
图1 系统电源图
（二）单片机电路
我们选用的单片机AT89C2051的引脚如图2所示，要使单片机工作起来，主要是要给单片机增加上电复位电路和外加一个晶振。
给AT89C2051加电时，需要对AT89C2051进行一次复位操作。复位操作将AT89C2051的工作环境置成初始状态，并从程序的开始进行运行。根据AT89C2051的管脚定义，上电复位是通过给AT89C2051的1脚发一个瞬时高电平来完成的，电路如图2所示。
图2上电复位电路图
（三） 温度传感器连接电路设计
DS1820数字传感器是一个3脚的芯片，1脚为接地，2脚为数据输入输出，3脚为可选择的VCC电源，通过一个单线接口发送或接收数据，因此单片机DS18B20之间仅需一条连接线（加接地线）
给改传感器供电可用两种方式进行，一种通过2脚的数据输入输出脚供电，急采用寄生电源，好处是进行远距离测温时无需本地电源，可用在没有常规电源的条件下从传感器中读数；另一种是从VCC引脚接入一个外部电源，好处是IO线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平，这样在转换期间可用允许在单线总线上进行其他数据往来。此外在单线总线上可用挂任意多个DS1820，而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个SkipROM命令，再接一个Convert T命令，让它们同时进行温度转换。注意外加外部电源时，GND引脚不能悬空。当温度高于一百摄氏度时，不推荐使用寄生电源，因为DS1820在这种温度下表现出的漏电流比较大，通信可能无法进行，在类似的这种温度的情况下，推荐使用DS1820的VCC引脚。我们采用后一种方式，电路连接如图3所示。
图3 温度传感器连接电路图
（四） 数码管选通电路设计
数码管选通电路起到只让某个数码管发光的作用，电路如图3.2.4所示，本设计所采用的是模拟译码，即用三极管的导通与截止来实现译码。所有的发光二极管都是共阳极接法，P3口作为数码管的选通线，当给P3口相应位置低电平时，连接着P3口相应位的三极管导通，即相应的数码管选通。P1口作为数码管的选通线，从P1口输出相应的字型码即可显示数字。
摘要
本设计是基于AT89C51单片机，配以DS18B20数字温度传感器为辅助，设计了一个温度控制系统，本设计的温度传感器可以由用户自行设置温度上下限，单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。
本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设更加完善，更加灵活使用。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】温度箱,AT89C51,单片机,控制
一、引言 1
二、总体设计方案 5
（一）控制电路 6
（二）显示电路 6
（三）温度采集电路 6
（四）CRC产生电路 6
三 、系统硬件电路设计 7
（一）系统电源设计 7
（二）单片机电路 7
（三） 温度传感器连接电路设计 7
（四） 数码管选通电路设计 8
（五）晶振电路设计 9
（六） 串口驱动电路设计 9
（七） 蜂鸣器驱动电路设计 10
四 、系统软件设计 11
(一)初始化模块 11
（二）温度数据采集模块 11
（三）数据通信模块 11
（四） 数码管显示模块 13
（五） 蜂鸣器告警模块 14
五 、仿真 15
总结 16
致谢 17
六、附录 19
附录一：原理图 19
附录二：主程序代码 22
一、引言
温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。
本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，功能强大.
本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。
二、总体设计方案
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用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。
在本系统的电路设计方框图如图1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②显示部分采用3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。
图1 温度计电路总体设计方案
（一）控制电路
单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。
（二）显示电路
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。
（三）温度采集电路
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。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把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。
（四）CRC产生电路
在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
三 、系统硬件电路设计
（一）系统电源设计
本设计所采用的AT89C2051、单片机、温度传感器和数码管均支持5V电源工作，因此电源只需要—5V供电即可，并且功率很小，不到1A。我们有一个变压器，为6—220V的，因此我们采用芯片7805进行稳压，芯片7805的作用是把大于5V的直流电压降为比较稳定的5V直流电压，电源电路如图1所示。
图1 系统电源图
（二）单片机电路
我们选用的单片机AT89C2051的引脚如图2所示，要使单片机工作起来，主要是要给单片机增加上电复位电路和外加一个晶振。
给AT89C2051加电时，需要对AT89C2051进行一次复位操作。复位操作将AT89C2051的工作环境置成初始状态，并从程序的开始进行运行。根据AT89C2051的管脚定义，上电复位是通过给AT89C2051的1脚发一个瞬时高电平来完成的，电路如图2所示。
图2上电复位电路图
（三） 温度传感器连接电路设计
DS1820数字传感器是一个3脚的芯片，1脚为接地，2脚为数据输入输出，3脚为可选择的VCC电源，通过一个单线接口发送或接收数据，因此单片机DS18B20之间仅需一条连接线（加接地线）
给改传感器供电可用两种方式进行，一种通过2脚的数据输入输出脚供电，急采用寄生电源，好处是进行远距离测温时无需本地电源，可用在没有常规电源的条件下从传感器中读数；另一种是从VCC引脚接入一个外部电源，好处是IO线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平，这样在转换期间可用允许在单线总线上进行其他数据往来。此外在单线总线上可用挂任意多个DS1820，而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个SkipROM命令，再接一个Convert T命令，让它们同时进行温度转换。注意外加外部电源时，GND引脚不能悬空。当温度高于一百摄氏度时，不推荐使用寄生电源，因为DS1820在这种温度下表现出的漏电流比较大，通信可能无法进行，在类似的这种温度的情况下，推荐使用DS1820的VCC引脚。我们采用后一种方式，电路连接如图3所示。
图3 温度传感器连接电路图
（四） 数码管选通电路设计
数码管选通电路起到只让某个数码管发光的作用，电路如图3.2.4所示，本设计所采用的是模拟译码，即用三极管的导通与截止来实现译码。所有的发光二极管都是共阳极接法，P3口作为数码管的选通线，当给P3口相应位置低电平时，连接着P3口相应位的三极管导通，即相应的数码管选通。P1口作为数码管的选通线，从P1口输出相应的字型码即可显示数字。
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