【正文】 優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì) 創(chuàng)新點(diǎn)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(jī)引腳少 , 因而可以利用空余引腳通過(guò)軟件模擬和溫度顯示。 關(guān)鍵詞 ： 溫度檢測(cè) AT89S52 LED 顯示器 DS18B20 溫度傳感器 4 第一章 緒 論 系統(tǒng)背景 測(cè)量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中獲取各種參數(shù) ， 運(yùn)用科學(xué)計(jì)算的方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)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(cè)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(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無(wú)法滿(mǎn)足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就 是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。 單片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，在過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)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(jī)嵌入式技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑。作為計(jì)算機(jī)兩大發(fā)展方向之一的單片機(jī)，以面向?qū)ο蟮膶?shí)時(shí)控制為己任，嵌入到如家用電器、汽車(chē)、機(jī)器人、儀器儀表等設(shè)備中，使其智能化。目前國(guó)內(nèi)外各大電氣公司，大的半導(dǎo)體廠商正在不斷的開(kāi)發(fā)、使用單片機(jī)，使其無(wú)論 在控制能力，減小體積，降低成本，還是開(kāi)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(cè) 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(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能 5 化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)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(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)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(chǎng)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(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)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(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。 特別是 近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本器件以 AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行溫度采集 與 控制 溫度信號(hào)由模擬溫度傳感器 DS18B20 采集輸入 AT89S52，主控器能對(duì)各溫度檢測(cè)器通過(guò) LED 進(jìn)行 顯示。 本機(jī)實(shí)現(xiàn) 的功能 ： 1. 當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，低溫發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器報(bào)警； 2. 當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，高溫發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器報(bào)警； 3. 數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度。 6 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 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(cè)量溫度的電路 。采用兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，如在某點(diǎn)互相連 接在一起，對(duì)這個(gè)連接點(diǎn)加熱，在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測(cè)量點(diǎn)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(cè)量這個(gè)電位差，再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱(chēng)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(diǎn)溫度變化 1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)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(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)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(cè)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(wú)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(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程。 方案二 采用數(shù)字可編程溫度傳感器作為溫度檢測(cè)元件。數(shù)字可編程溫度傳感器可以直接讀出被測(cè)溫度值。不需要將溫度傳感器的輸出信號(hào)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(gè)系統(tǒng)的 體積。 美國(guó) 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(zhuān)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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。 同 DS1820 一樣， DS18B20 也支持“一線總線”接口，測(cè)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(chǎng)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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)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(jì)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(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)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(shí)精度為177?！?；可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、 ℃、℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“ 一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)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(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路，以及與其相關(guān)的編程，總體設(shè)計(jì)起來(lái)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(diǎn)：它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)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(lái)說(shuō)，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(diǎn)的溫 度傳感器，所以電路連接簡(jiǎn)單；而且該傳感器擁有強(qiáng)大的通信協(xié)議，同過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作就可以實(shí)現(xiàn)傳感器與單片機(jī)的交互，包括復(fù)位傳感器、對(duì)傳感器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)、對(duì)傳感器寫(xiě)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(cè)結(jié)果精度大大提高。 經(jīng)過(guò)對(duì)這兩種方案的比較，本設(shè)計(jì)決定采用方案二。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用采樣值和鍵盤(pán)設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算的方法來(lái)簡(jiǎn)單精確地控制溫度。它的整體思想是先通過(guò)鍵盤(pán)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(jìn)行信號(hào)的采集 ，送入單片機(jī)中，保存在采樣值單元。然后把采樣值與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，得出控制量，從而調(diào)節(jié)繼電器觸發(fā)端的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)將溫度控制在一定的范圍內(nèi)。 單片機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)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(jī)及執(zhí)行機(jī)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(jì) 、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生 AT89S52 單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)， AT89C52本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， AT89C52 在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。 AT89C52 內(nèi)部有一個(gè)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(gè)自激勵(lì)振蕩器。 電路中的 C C2 的選擇在 30PF 左右，但電容太小會(huì)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(jī)的速 DS18B20 LED 顯示 指示燈 單 片 機(jī) 加 熱繼電器 電風(fēng)扇繼電器 按鍵 10 度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)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(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 圖 時(shí)鐘電路圖 系統(tǒng)復(fù)位電路 在圖 中復(fù)位開(kāi)關(guān) K 被按下并松開(kāi)，使 MR 端獲得低電平， RST 端輸出復(fù)位信號(hào)，單片機(jī)復(fù)位