2021单片机课程设计——基于51单片机的温度控制系统设计

单片机课程设计基于51单片机的温度控制系统设计-单片机课程设计报告题目：温度控制系统设计学院:通信与信息工程学院专业：测控技术与仪器专业班级: 测控三班成员: 徐郡二一四年六月十二日-一、引言温度是工业控制中主要的被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同,则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展,微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术,也便随之而生,并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便,控制灵活等优点。本设计系统包括单片机,温度采集模块，显示模块，按键控制模块,报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控,完成了课题所有要求。二、实验目的和要求2.1学习S1820温度传感芯片的结构和工作原理。.2掌握LE数码管显示的原理及编程方法。2.3掌握独立式键盘的原理及使用方法。2.4掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。三、方案设计-总体设计方案采用T8C2单片机作控制器,温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计,系统由5个模块组成：主控制器、测温电路、显示电路、控制电路、报警及指示电路。主控制器由单片机AT95实现，测温电路由18温度传感器实现，显示电路由4位LD数码管直读显示,，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成,控制电路由按键构成。本设计所使用的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便，测温范围广，测温准确等特点，其输出温度采用数字显示，主要用于对温度的精度要求较高的场所，或科研实验室使用，并且加有报警装置,超过限制温度可发出报警信号，还可以调整报警上下限温度。该设计控制器使用单片机AT8C52，测温传感器使用DS18B2，用4位共阳极LED数码管以I/O口传送数据，实现温度显示,能准确达到以上要求。四、实验原理利用温度传感器芯片监测环境温度,将温度信号转换为数字信号传送到单片机内部，单片机通过对温度数据进行处理，利用四位八段数码管显示环境温度，并利用蜂鸣器和发光二极管发出超限警报信号。通过按键操作可以改变报警温度的上下限。五、材料清单-六、基本芯片及其原理.单片机C是INEL公司MCS51系列单片机中基本的产品，它采用ITEL 公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机,属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了MOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于8051增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能,适合于类似马达控制等应用场合。8C52内置位中央处理单元、56字节内部数据存储器A、k片内程序存储器(M)32个双向输入/输出(I/O)口、3个6位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。此外,还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而A定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下,保存AM数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。8C52有DI(4p）和PLC (4in)两种封装形式。本次课程设计所使用的单片机为STC82单片机,是深圳宏晶科技生产的完全兼容INTEL公司MCS-51系列的单片机。6.温度传感器及其原理传感器18B20具有体积小、精度高、适用电压宽、采用一线总线、可组网等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果。美国alas半导体公司的数字化温度传感器D20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器,在其内部使用了在板(ON0AR)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的S1B20体积更小、更经济、更灵活。使用户可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样,S18B也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C125C，在-+85范围内,精度为05C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持V5.V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。. DS180的特性（1)适应电压范围更宽,电压范围：3.055,寄生电源方式下可由数据线- 供电。（2）独特的单线接口方式，S18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与D 18B 的双向通讯。(3）DS1820支持多点组网功能，多个S1B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（)D 1820在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（)温范围55+15,在-1+8时精度为0.5。（6)可编程的分辨率为1位，对应的可分辨温度分别为.5、0.5、02和0.05，可实现高精度测温。(7)在9位分辨率时最多在975m 内把温度转换为数字，1位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字,速度更快。()测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送C C 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 6.2.2DS1B20内部结构及DS 8B 0的管脚排列64位光刻R M 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该D 1820的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。D 82内部结构主要由四部分组成:64位光刻O ，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH 和L,高速暂存器。DS18B20的引脚定义： 图一 D 12引脚定义(1)D 为数字信号输入/输出端。- ()G 为电源地。(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。6.2.3 DS 82的编程(1）DS18B20的初始化：先将数据线置高电平“1”。延时(该时间要求的不是很严格,但是尽可能的短一点)数据线拉到低电平“0”。延时75us （该时间的时间范围可以从480us 到60us ）。数据线拉到高电平“1”。延时等待(如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由S18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制)。若CPU 读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第(5)步的时间算起)最少要80微秒。将数据线再次拉高到高电平“”后结束。初始化程序代码如下：void ds_r et(voi ） har presence=1； while(pr e e) wh le(presence) DQ=; _n p_(); _(); Q=； dela (50); DQ=1; delay(6）; pr sence=DQ ； elay(5); prese ce=D ; Q=1; （2)8B 0的写操作：数据线先置低电平“”。延时确定的时间为15us 。- 按从低位到高位的顺序发送字节(一次只发送一位)。 延时时间为45u 。将数据线拉到高电平。重复上(1)到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。 最后将数据线拉高。写操作程序代码如下：oid s_write(c ar ds_w data ） u har i; f r(i=;0；i-） DQ=1; no _(); _no （); D =0; _n p_(); op_（); _o _（); _n _(); Q=ds_wrdata&x ； /最低位移出 d l y(6); d _w da a=d _rdata/2; /右移位 Q 1; dela (1)； (3)8B20的读操作:将数据线拉高“”。延时2s 。将数据线拉低“0”。延时1us 。将数据线拉高“1”。延时15us 。读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。延时30s 。读操作程序代码如下:uc ar s_rea (void ） u h i; uc ar val e=0； for(i 8;i0；-) - DQ=1;_op_(）; op_(); valu =1; D 0; _nop_(); _p_(); _nop_(); _nop_（); Q=1; _nop_(); nop （）; _o _(）; op_(）; f （DQ)va e|=0x80; del y(6）; DQ=1; eturn(va ue ）; 6.2. DS182传感器的温度数据关系: 图二 温度传感器的温度数据关系6. S1820的外部电源供电方式：在外部电源供电方式下，18B20工作电源由DD 引脚接入,此时I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题,可以保证 转换精度,同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B 0传感器，组成多点测温系统。-图三 外部电源供电连接图 七、系统框图本系统设计由个模块组成:主控制器(单片机）、温度采集模块、温度显示模块、控制电路模块、报警及指示模块。主控制器由单片机AT89C52实现，测温电路由DS 8B 0温度传感器实现，显示电路由4位LED 数码管直读显示，报警指示电路由蜂鸣器和发光二级管构成,控制电路由按键构成。系统框图如下： 图四 系统框图 温度显示 温度采集 控制按键 报警指示 P1.0 P1.3P1.7 P0.0P0.7 P2.0P2.3P3.0P3.3 单片机-八、工作流程图8.1主程序流程图图五主要功能流程图-图六指示、报警模块流程图图七-九、硬件电路图图八显示模块图九按键控制模块-