電子信息工程專業(yè)--基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)
【正文】 顯示輸出實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與恒定控制 2 系統(tǒng)概述 21 簡述 單片機(jī)已經(jīng)在測(cè)控中獲得了廣泛的應(yīng)用它除了可以測(cè)量電信號(hào)以外還可以用于溫度濕度等非電信號(hào)的測(cè)量能獨(dú)立工作的單片機(jī)溫度檢測(cè)溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域 單片機(jī)的接口信號(hào)是數(shù)字電信號(hào)要想用單片機(jī)獲取溫度這類非電信號(hào)的信息毫無疑問必須使用溫度傳感器溫度傳感器的作用是將溫度信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出如果轉(zhuǎn)換后的電流或電 壓輸出是模擬信號(hào)那么還必須進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換以滿足單片機(jī)接口的需要 傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器但熱敏電阻的可靠性差測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低而且必須經(jīng)過專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理隨著微電子技術(shù)的發(fā)展單片微處理器功能日益增強(qiáng)價(jià)格低廉在各方面得到廣泛應(yīng)用在溫度控制器中應(yīng)用單片機(jī)具有設(shè)計(jì)簡單可靠性高控制精度高功能易擴(kuò)展有較強(qiáng)的通用性等優(yōu)點(diǎn)溫度控制器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫箱溫度的控制并滿足不同用戶的個(gè)性需求因此一個(gè)較完善的控制器應(yīng)具有以下功能 溫度的測(cè)量與顯示用戶設(shè)定功能 如溫度設(shè)定定時(shí)設(shè)定等 對(duì)電 加熱管的控制功能 一些功能鍵 如定時(shí)自動(dòng)加熱恒溫控制手動(dòng)加熱等 安全措施 漏電檢測(cè)安全失效保護(hù)限溫保護(hù)等 本文將采用一種數(shù)字溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)基于 51 單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 整個(gè)控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求可以對(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì) 圖 2 基本硬件電路圖 52 功能模塊 根據(jù)上面對(duì)工作流程的分析系統(tǒng)軟件可以分為以下幾個(gè)功能模塊 1 鍵盤管理監(jiān)測(cè)鍵盤輸入接收溫度預(yù)置啟動(dòng)系統(tǒng)工作 2 顯示顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度 3 溫度檢測(cè)及溫度值變換完成 AD 轉(zhuǎn)換及數(shù)字 濾波 4 溫度控制根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制電爐工作 5 報(bào)警當(dāng)預(yù)置溫度或當(dāng)前爐溫越限時(shí)報(bào)警 53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) DS18B20 測(cè)溫電路 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 Dallas 公司生產(chǎn)的 1－ Wire 器件即單總線器件與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同 DS18B20 可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)以供單片機(jī)處理具有連線簡單微型化低功耗高性能抗干擾能力強(qiáng)精度高等特點(diǎn)因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)具有電路簡單在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)十分方便目前已被眾多行業(yè)進(jìn)行廣泛的運(yùn)用鍋爐溫控表糧庫冷庫工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān) 控儀器儀表溫度監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控等 通過編程 DS18B20 可以實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的溫度讀數(shù)信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從 DS18B20送出因此從微處理器到 DS18B20僅需連接一條信號(hào)線和地線讀寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源 每片 DS18B20在出廠時(shí)都設(shè)有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)因此多個(gè) DS18B20可以掛接于同一條單線總線上這允許在許多不同的地方放置溫度傳感器特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng) DS18B20 的特點(diǎn)介紹 1獨(dú)特的單線接口方式與單片機(jī)通信只需一個(gè)引腳 DS18B20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 2 在使用中不需要任何外圍元件 3 可用數(shù)據(jù)線供電電壓范圍 30～ 55 V 4 測(cè)溫范圍為 55 ～ 125 ℃在 10～ 85℃范圍內(nèi)誤差為 05 ℃ 5 通過編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式 6 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值 7 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能通過識(shí)別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號(hào)從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的線上簡化了分布式溫度檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 8 負(fù)壓特性電源極性接反時(shí)溫度計(jì)不會(huì)因 發(fā)熱而燒毀但不能正常工作 9 告警尋找命令可以識(shí)別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件 單線 1wire 技術(shù) 目前常用的微機(jī)和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€有 I2C 總線 SPI 總線等其中 I2C總線采用同步串行兩線一根時(shí)鐘線一根數(shù)據(jù)線方式而 SPI總線采用同步串行三線一根時(shí)鐘線一根輸入線和一根數(shù)據(jù)出線方式這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號(hào)線美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出了一項(xiàng)特有的單線 1wire 技術(shù)該技術(shù)與上述總線不同它采用單根信號(hào)線即可傳輸時(shí)鐘又能傳輸數(shù)據(jù)而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的因而這種單線技術(shù)具有線路簡單 硬件開銷少成本低廉便于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn) 單線技術(shù)適用于單主機(jī)系統(tǒng)單主機(jī)能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備主機(jī)可以是微控制器從機(jī)可以是單線器件它們之間的數(shù)據(jù)交換控制都由這根線完成主機(jī)或從機(jī)通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至數(shù)據(jù)線以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放該線而讓其他設(shè)備使用單線通常要外接一個(gè)約 5KΩ的上拉電阻這樣當(dāng)該線閑置時(shí)其狀態(tài)為高電平 主機(jī)和從機(jī)之間的通信主要分 3 個(gè)步驟初始化單線器件識(shí)別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸由于只有一根線通信所以它們必須是嚴(yán)格的主從結(jié)構(gòu)只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)從機(jī)才能應(yīng)答主機(jī)訪問每個(gè)單線器件必須嚴(yán)格遵循單 線命令序列即遵守上述 3 個(gè)步驟的順序如果命令序列混亂單線器件將不會(huì)響應(yīng)主機(jī) 所有的單線器件都要遵循嚴(yán)格的協(xié)議以保證數(shù)據(jù)的完整性
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