【正文】 優(yōu)點。 本設(shè)計 創(chuàng)新點在于采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 作為感溫元件 , 占用單片機引腳少 , 因而可以利用空余引腳通過軟件模擬和溫度顯示。 關(guān)鍵詞 ： 溫度檢測 AT89S52 LED 顯示器 DS18B20 溫度傳感器 4 第一章 緒 論 系統(tǒng)背景 測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù) ， 運用科學(xué)計算的方法，綜合各種先進技術(shù)，使每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、電子、輕工和紡織等行業(yè)。 溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，但是微型計算機的體積、價位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就 是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機時代。 單片機以其集成度高、運算速度快、體積小、運行可靠、價格低廉等優(yōu)勢，在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，特別是單片機嵌入式技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，標(biāo)志著計算機發(fā)展史上又一個新的里程碑。作為計算機兩大發(fā)展方向之一的單片機，以面向?qū)ο蟮膶崟r控制為己任，嵌入到如家用電器、汽車、機器人、儀器儀表等設(shè)備中，使其智能化。目前國內(nèi)外各大電氣公司，大的半導(dǎo)體廠商正在不斷的開發(fā)、使用單片機，使其無論 在控制能力，減小體積，降低成本，還是開發(fā)環(huán)境的改善等方面，都得到空前迅速的發(fā)展。 溫度 檢測 控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能 5 化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的意義 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用， 智能化 已是現(xiàn)代 溫度控制系統(tǒng) 發(fā)展的主流方向。 溫度測試控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。 特別是 近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本器件以 AT89S52單片機系統(tǒng)進行溫度采集 與 控制 溫度信號由模擬溫度傳感器 DS18B20 采集輸入 AT89S52，主控器能對各溫度檢測器通過 LED 進行 顯示。 本機實現(xiàn) 的功能 ： 1. 當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時，低溫發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器報警； 2. 當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時，高溫發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器報警； 3. 數(shù)碼管即時顯示溫度。 6 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案一 采用普通電阻式溫度傳感器，放大器， A/D 轉(zhuǎn)換器作為測量溫度的電路 。采用兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點互相連 接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān)，和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測量這個電位差，再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化 1℃時，輸出電位差的變化量。對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在 5～ 40 微伏／℃之間。 熱電偶傳感 器有自己的優(yōu)點和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。 方案二 采用數(shù)字可編程溫度傳感器作為溫度檢測元件。數(shù)字可編程溫度傳感器可以直接讀出被測溫度值。不需要將溫度傳感器的輸出信號接到 A/D 轉(zhuǎn)換器上，減少了系統(tǒng)的硬件電路的成本和整個系統(tǒng)的 體積。 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利 7 技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)?！耙痪€總線”獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。 同 DS1820 一樣， DS18B20 也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55176。 C～ +125176。 C，在 10～ +85176。 C范圍內(nèi)，精度為177。 176。 C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小 它還有很多特性：適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供；獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫； DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10～ +85℃時精度為177?！?；可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫；在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“ 一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 方案論證 方案一硬件電路復(fù)雜，需要設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換電路，以及與其相關(guān)的編程，總體設(shè)計起來較困難，軟件、硬件調(diào)試復(fù)雜，硬件成本較高。而且器傳感器 8 有以下缺點：它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響。所以總體來說，方案一在硬件、軟件上的成本都比較高，而且易受外部環(huán)境的影響，系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。 方案二由于采用的是具有一總線特點的溫 度傳感器，所以電路連接簡單；而且該傳感器擁有強大的通信協(xié)議，同過幾個簡單的操作就可以實現(xiàn)傳感器與單片機的交互，包括復(fù)位傳感器、對傳感器讀寫數(shù)據(jù)、對傳感器寫命令。軟件、硬件易于調(diào)試，制作成本較低。也使得系統(tǒng)所測結(jié)果精度大大提高。 經(jīng)過對這兩種方案的比較，本設(shè)計決定采用方案二。 第三章 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 本次設(shè)計采用采樣值和鍵盤設(shè)定值進行比較運算的方法來簡單精確地控制溫度。它的整體思想是先通過鍵盤輸入設(shè)定溫度的范圍，保存在 AT89S52的 指定單元 中 ，再利用溫度傳感器 DS18B20 進行信號的采集 ，送入單片機中，保存在采樣值單元。然后把采樣值與設(shè)定值進行比較運算，得出控制量，從而調(diào)節(jié)繼電器觸發(fā)端的通斷，來實現(xiàn)將溫度控制在一定的范圍內(nèi)。 單片機控制系統(tǒng)是一個完整的智能化的集數(shù)據(jù)采集、顯示、處理、控制于一體的系統(tǒng)。由傳感器、 LED 顯示單片機及執(zhí)行機構(gòu)控制部分等組成 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示 。 9 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 各部分硬件電路設(shè)計 、時鐘電路設(shè)計 時鐘電路是用來產(chǎn)生 AT89S52 單片機工作時所必須的時鐘信號， AT89C52本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現(xiàn)， AT89C52 在唯一的時鐘信號的控制下嚴(yán)格的按時序執(zhí)行指令進行工作 ，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。 我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。 AT89C52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為 XTAL1 和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個自激勵振蕩器。 電路中的 C C2 的選擇在 30PF 左右，但電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。 晶振頻率為在 ～ 12MHZ 之間，頻率越高單片機的速 DS18B20 LED 顯示 指示燈 單 片 機 加 熱繼電器 電風(fēng)扇繼電器 按鍵 10 度就越快，但對存儲器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的 NPO 電容，采用的晶振頻率為 12MHZ。本次系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計如圖 所示。 圖 時鐘電路圖 系統(tǒng)復(fù)位電路 在圖 中復(fù)位開關(guān) K 被按下并松開，使 MR 端獲得低電平， RST 端輸出復(fù)位信號，單片機復(fù)位