基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧資料
2024-11-18 02:47本頁面
【正文】 +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 000H 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 1wire 協(xié)議由復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1這幾種信號(hào)類型組成。如果命令序列混 亂，單線器件將不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。 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)別單線器件和單線基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 數(shù)據(jù)傳輸。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 。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)。 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。 （ 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。 （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。在 10～ +85℃范圍內(nèi)誤差為 ℃。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +～ + V。 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。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。 通過編程， DS18B20 可以實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的溫度讀數(shù)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有電路簡(jiǎn)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。 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。 (4) 溫度控制：根據(jù)檢測(cè)到的溫度控制電爐工作。 (2) 顯示：顯示設(shè)置溫度及當(dāng)前溫度。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示，系統(tǒng)基本硬件電路 圖如圖 2所示，在本系統(tǒng)中， DP1～ DP3 用于七段數(shù)碼顯示； 用于接收 DS18B20 采集到的數(shù)字溫度信號(hào)； FUZA1 控制光電開關(guān)，決定電加熱器是否工作； K1～ K3用于按鍵控制； BELL 和 、 用于控制揚(yáng)聲器和發(fā)光二極管，進(jìn)行聲光報(bào)警；串行口用于輸出顯示段碼； 、 用于對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。初始溫度設(shè)置好后，單片機(jī)開啟輸出控制模塊，使電熱器開始加熱，同時(shí)將從數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 測(cè)量到的溫度值實(shí)時(shí)的顯示出來，當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值時(shí)，單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊，發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉加熱器。恒溫箱控制器的總體布局如圖 1所示。 5 硬件設(shè)計(jì)及工作原理 系統(tǒng)功能及工作流程介紹 根據(jù)恒溫箱控制器的功能要求，并結(jié)合對(duì) 51 系列單片機(jī)的資源分析，即單片機(jī)軟件編程自由度大 ，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。 方案二：采用光電藕合器，控制信號(hào)與輸出信號(hào)可以很好的隔離，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力。 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)。這樣既可以簡(jiǎn)化硬件電路，又可以節(jié)省大量的 I/O口線，為功能擴(kuò)展留下空間。 方案二：采用串行口驅(qū)動(dòng)、靜態(tài)顯示，利用單片機(jī)的串行口輸出數(shù)據(jù)，顯示多位數(shù)碼，可節(jié)省大量的 I/O 口，但每個(gè)數(shù)碼管必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片，且每位段碼須接一個(gè)限流電阻，所須元件多，硬件電路比較復(fù)雜。 綜合以上四種方案，本設(shè)計(jì)采用第四種方案，利用數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 作為溫度傳感器。 方案四：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， DS18B20 提供九位溫度讀數(shù)，測(cè)量范圍55℃ ~125℃，采用獨(dú)特 1WIRE 總線協(xié)議，只需一根口線即實(shí)現(xiàn)與 MCU 的雙向通訊，具有連接簡(jiǎn)單，高精度，高可靠性等特點(diǎn)。 ℃的測(cè)量精度。其中 Rt 是溫度為 t 攝氏度時(shí)的電阻； R0 是溫度為 0 攝氏度時(shí)的電阻； t 為任意溫度值， A,B 為溫度系數(shù)。在 0— 100 攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于 攝氏度。 方案二：采用溫度傳感器鉑電阻 Pt1000。 ● 控制溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度信息采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)。顯然，本文中的核心器件是單片機(jī)和溫度傳感器，單片機(jī)采用常用的 51單片機(jī)即可，而溫度傳感器的選擇則需慎重。 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。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 )。在溫度控制器中應(yīng)用單片機(jī)，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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)。 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。 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。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)選取了體積小、精度相對(duì)高的數(shù)字式溫度傳感元件 DS18B20 作為溫度采集器，單片機(jī) AT89C51 作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與恒定控制。利用微 機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。 1wire transmission 基于單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 目 錄 1 引言 ................................................................ 1 2 系統(tǒng)概述 ............................................................ 1 簡(jiǎn)述 ........................................................... 1 3 設(shè)計(jì)思路分析 ........................................................ 2 4 方案論證 ............................................................ 2 溫度傳感器 ..................................................... 2 顯示部分 ....................................................... 2 輸出控制 ....................................................... 3 5 硬件設(shè)計(jì)及工作原理 .................................................. 3 系統(tǒng)功能及工作流程介紹 ......................................... 3 功能模塊 ....................................................... 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................... 5 DS18B20 測(cè)溫電路 .......................................... 5 DS18B20 的特點(diǎn)介紹 ........................................ 6 單線（ 1wire）技術(shù) ....................................... 6 DS18B20 的引腳及功能介紹 .................................. 7 輸出控制電路 ............................................. 9 溫度越線報(bào)警電路 ........................................ 10
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