【導讀】置溫度上下限值。（40℃），打開降溫裝置進行調整使溫度在設定的范圍內。單片機應用開發(fā)與實踐。溫度信號由溫度芯片DS18B20采集，并以數字信號的方式傳送給單片。并且從熱力學角度對本設計的控制環(huán)境進行簡單分析，了解溫度場進而。確定傳感器的合理檢測位置。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，其中溫度。檢測電路的檢測精度可達到1℃。溫度控制電路由三極管的導通與否來驅動。單片機通過對信號進行相應處。理，從而實現溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設計部分，在這里采。溫度信號處理程序、繼電器控制程序、超溫報警程序。

　　

【正文】 51 的復位是由外部的復位電路來實現。采用最簡單的外部按鍵復位電路。按鍵自動復位是通過外部復位電路的來實現的，我們選用時鐘頻率為 12MHz， C1 取 47μ f。 溫度傳感單元設計 DS18B20 的性能特點： (1)采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它 I/O 口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（ 9 位二進制數，含符號位）。 (2)測溫范圍為 55℃ +125℃，測量分辨率為 ℃。 (3)內含 64 位經過激光修正的只讀存儲器 ROM。 (4)適配各種單片機或系統(tǒng)機。 (5)用戶可分別設定各路溫度的上、下限。 (6)內含寄生電源。 DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM，溫度傳感器 ,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，高速暫存器。 DS18B20 的管腳排列如圖 32 所示。 DS18B201 2 3GND I/O VCC 圖 32 DS18B20 管腳圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 在硬件上， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源， GND 接地， I/O 與單片機的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 UDD、 GND 接地， I/O 接單片機 I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。我們采用的是第一種連接方法，如圖 33 所示：把 DS18B20 的數據線與單片機的 13 管腳連接，再加上上拉電阻。 圖 33 溫度傳感電路圖 第 3章 系統(tǒng)的硬件設計 25 DS18B20 有六條控制命令，如表 31 所示： 表 31 DS18B20 控制命令 指令 約定代碼 操作說明 溫度轉換 44H 啟動 DS18B20 進行溫度轉換 讀暫存器 BEH 讀暫存器 9 個字節(jié)內容 寫暫存器 4EH 將數據寫入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 復制暫存器 48H 把暫存器的 TH、 TL 字節(jié)寫到 E2RAM 中 重新調 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL字節(jié)寫到暫存器 TH、 TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動 DS18B20 發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對 DS18B20 初始化，再進行 ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。如主機控制 DS18B20 完成溫度轉換這一過程，根據 DS18B20 的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20 進行復位，復位成 功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 溫度控制單元的設計 實際電路如圖 34 所示 ,通過鍵盤設定溫度的上下限。把實際測量的溫度和設定的上下限進行比較 ,來控制 、 、 端口的高低電平。把 、 端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報警。當測量的溫度超過了設定的最高溫度， 由高電平變成低電平，就相當于基極輸入為“ 0”，這時三極管導通推動小風扇和控制電路工作，反之當基極輸入為“ 1”時，三極管不導通，報警器和控制電路 都不工作。只要控制單片機的 、 口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。 單片機通過三極管控制繼電器的通斷，最后達到控制電熱器的目的。 當溫度未達到要求時，單片機發(fā)送高電平信號使三極管飽和導通，繼電燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 器使電源與電熱器接通，電熱器加熱，溫度慢慢升高。 圖 34 溫度控制電路 當溫度上升到預定溫度時，單片機發(fā)送低電平信號三極管進入截止狀態(tài)，繼電器的彈片打到另一側，使電熱器與電源斷開，電熱器停止加熱。 繼電器電路中有一個三極管 8050 的保護電路，即將一個二極管反向接到三機管的兩端。連接方法 如圖 35 所示。 圖 35 單片機控制信號 第 3章 系統(tǒng)的硬件設計 27 鍵盤單元的設計 如圖 36 所示，用 AT89S51 的并行口 P1 接獨立式鍵盤獨立式按鍵的電路配置靈活，軟件簡單。但是每個按鍵需占用一根輸口線，在按鍵數量較多時，需要較多的輸入口線且電路結構復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場所。以下為鍵盤電路： 圖 36 鍵盤電路 此為查詢方式的獨立式按鍵工作電路，按鍵直接與 8051 的 I/O 口線相接，通過讀 I/O 口線，判斷 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。 鍵開關狀態(tài)的可靠輸入：為了去抖動我采 用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個 10ms 的延時程序后，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動影響。 顯示單元的設計 液晶顯示器是一種將液晶顯示器件、連接器件、集成電路、 PCB 線路板、背光源、結構器件裝配在一起的組件。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 根據顯示內容和方式的不同可以分為、數顯 LCD、點陣字符 LCD、點陣圖形 LCD 在此設計中我們采用點陣字符 LCD，這里采用常用的 2 行 16個字的 1602 液晶模塊。 1602 采用標準的 14 腳接口，其中 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數據。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。 第 15～ 16 腳：空腳。 與單片機的連接如圖 37 所示。 把 8 根數據線和 P2 口連接，把 3 根控制線和 、 、 連接。給 VCC 端加上 +5V 的電壓， GND 端接地。 VEE 端的驅動電壓不要過大，要調節(jié)滑動變阻器使 VEE 在 伏以下顯示器才能工作 [15]。 本章小結 本章我進行了整體電路原理圖的設計，通過之前的分析確定所選用的各個器件的具體情況。在了解了各芯片的工作原理之后進行線路連接。 第 3章 系統(tǒng)的硬件設計 29 圖 37 LCD 液晶顯示電路 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)程序結構 主程序調用了 4 個子程序，分別是數 LCD 液晶顯示程序、鍵盤處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序。 鍵盤處理程序：實現鍵盤的輸入按鍵的識別及進入相應的程序。 溫度信號處理程序：對溫度芯片送過來的數據進行處理，進行判斷和顯示。 LCD 液晶顯示程序：向液晶的顯示送數，控制系統(tǒng)的顯示部分。 繼電器控制程序：控制繼電器動作。程序結構圖為： 程 序 結 構L C D 液 晶顯 示 程 序鍵 盤 處 理程 序溫 度 芯 片 傳 輸數 據 程 序與 當 前 溫 度 比較 程 序繼 電 器 控 制 程序報 警異 常 圖 41 程序結構圖 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運行的過程中必須先經過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個控制端口的初始化工作。 系統(tǒng)軟件 流程 流程圖如 42 所示，系統(tǒng)在初始化完成后就進入溫度測量程序，實時的第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 31 測量當前的溫度并通過顯示電路在 LCD 上顯示。接下來判斷是否有按鍵來改變設定的溫度范圍，如果有則進入按鍵處理程序。其中按下鍵盤上的 K1鍵可以進入鍵盤處理程序， K K3 進行加減來設定溫度上限，按下 K4 鍵退出鍵盤處理程序。若沒有則直接比較所采集溫度與所設溫度大小。超出則進入繼電器控制程序，沒超出則繼續(xù)采集溫度，如此循環(huán) [16]。系統(tǒng)軟件設計的總體流程圖如圖 42。 本章小結 本章我主要進行了程序的分析和編寫。首先分析了本課題要實現的功能，再分模塊兒進行認真分析，使其能實現所需功能，最后將各模塊兒進行整合。本章利用程序結構圖和程序流程圖來表達整個工作過程。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 32 系 統(tǒng) 初 始 化取 溫 度溫 度 顯 示是 否 有 按 鍵 按 鍵 處 理溫 度 處 理 程 序繼 電 器 控 制 暖燈 或 排 風 扇Y E S N OY E SN O開 始是 否 超 出 設 定 溫 度 圖 42 系統(tǒng)軟件流程圖 結論 33 結論 在 工業(yè) 生產和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。 在論文中 簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程及實現方法。本系統(tǒng)的測溫范圍為 35℃ ～ 40℃， 溫度檢測系統(tǒng)根據用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。 89S51 的時鐘最高可達 12M， I/O 口 可達 32 個，高的時鐘頻率和豐富的I/O，都為我們實現電路功能提供了非常有利的條件。同時也因為開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，大大加快本系統(tǒng)設計開發(fā)。 本制作的設計中使用了繼電器控制的只是插座電路，因此，該系統(tǒng)的可擴展性很強。隨著插入插座的電器的不同，可以實現許多其它功能的電路。 國內外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數自整定等方面取得成果。目前社會上溫度控制大多采用智能調節(jié)器，國產調節(jié)器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價格便宜，國外調節(jié)器分辨率和精度較高，價格較貴。日本、美國、德國、瑞典等 技術領先，都生產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應用。 近年來，溫度的檢測在理論上發(fā)展比較成熟，但在實際測量和控制中，如何保證快速實時地對溫度進行采樣，確保數據的正確傳輸，并能對所測溫度場進行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。溫度測控技術包括溫度測量技術和溫度控制技術兩個方面。在溫度的測量技術中，接觸式測溫發(fā)展較早，這種測量方法的優(yōu)點是：簡單、可靠、低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實溫度；但由于檢測元件熱慣性的影響，響應時間較長，對熱容量小的物體難以實現精確的測量，并 且該方法不適宜于對腐蝕性介質測溫，不能用于超高溫測量，難于測量運動物體的溫度。另外的非接觸式測溫方法是通過對輻射能量的檢測來實現溫度測量的方法，其優(yōu)點是 :不破壞被測溫場，可以測量熱容量小的物體，適于測量運動物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應速度較快。但也存在測量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測溫裝置結構復雜，價格昂貴等缺點。因此，在實際的溫燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 34 度測量中，要根據具體的測量對象選擇合適的測量方法，在滿足測量精度要求的前提下盡量減少投入。 經過四個多月的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。查閱了大 量的關于傳感器、單片機以及控制方面的理論。經過了一番特殊的體驗后，經歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學的專業(yè)知識來解決問題。檢查了自己的知識水平，使我對自己有一個全新的認識。通過這次畢業(yè)設計，不僅鍛煉自己分析問題、處理問題的能力，還提高了自己的動手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對于我們這些即將走向工作崗位的大學生來說，是很重要的。 這次畢業(yè)設計基本的完成了任務書的要求，實現了溫度的控制。但是由于設計者的設計經驗和知識水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。 參考文獻 35 參考文獻 1 張毅剛 .MCS51 單片機原理及應用 . 哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學出版社 ,2021,81～ 94. 2 劉君華 .智能傳感器系統(tǒng) .西安 :西安電子科技大學出版社 ,1999,83～ 105. 3 張毅剛等 .MCS51 單片機應用設計 .哈爾濱工業(yè)大學出版社 ,1997,45～ 60. 4 趙負圖 .傳感器集成電路手冊 .北京 :化學工業(yè)出版社 ,2021,692～ 703. 5 沙占友 .集成溫度傳感器原理與應用 .北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021,84～ 95. 6 何希才 .傳感器及其應用電路 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021,36～ 47. 7 沙占友 .智能化 傳感器原理與應用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021,99～ 108. 8 Semiconductor. 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