單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)溫度傳感與溫度過(guò)程的控制畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽
2025-08-14 15:43本頁(yè)面
【正文】 0溫度傳感器簡(jiǎn)介 7 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介 7 DS18B20的工作原理 7 DS18B20工作時(shí)序 7 ROM操作命令 9 DS18B20的測(cè)溫原理 9: 9 DS18B20的測(cè)溫流程 114 單片機(jī)接口設(shè)計(jì) 12 設(shè)計(jì)原則 12 引腳連接 12 晶振電路 12 串口引腳 12 其它引腳 135 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 14 主板電路設(shè)計(jì) 14 各部分電路 14 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 16 系統(tǒng)程序流圖 17 調(diào)試 216 結(jié)束語(yǔ) 23附錄 24參考文獻(xiàn) 32致謝 331 引言 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 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。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類(lèi)生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對(duì)象和過(guò)程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。沒(méi)有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類(lèi)的品質(zhì)就沒(méi)有保障?？梢?jiàn)，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場(chǎng)合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。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。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(guān)，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。2 總體設(shè)計(jì)方案 方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。加熱繼電器電風(fēng)扇繼電器單 片 機(jī)DS18B20LED顯示指示燈 圖2－1 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案1. 控制部分單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿(mǎn)足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。3. 溫度采集部分DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。 (2) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR－35封裝，；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因[10]。3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。低5位一直為１，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。224。224。224。3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。圖2－3 DS18B20字節(jié)定義TM R1R0 1 1 1 1 1，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。高速暫存RAM的第8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可以通過(guò)單線(xiàn)接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，℃／LSB形式表示。 [6]。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。3 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開(kāi)始?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀(guān)測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿(mǎn)足要求。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢(shì)等)的變化的原理。 DS18B20的工作原理 DS18B20工作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線(xiàn)上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。接著主機(jī)釋放總線(xiàn)，延時(shí)15～60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us[12]。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線(xiàn)拉低開(kāi)始。寫(xiě)0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線(xiàn)，延時(shí)2us[8]。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線(xiàn)，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線(xiàn)狀態(tài)。 DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理:每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠(chǎng)前已寫(xiě)入片內(nèi)ROM 中。程序可以先跳過(guò)ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配ROM，再逐一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值. 表3－1 ROM操作命令指令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS18B20 ROM中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪(fǎng)問(wèn)單線(xiàn)總線(xiàn)上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線(xiàn)上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖3－4 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20的測(cè)溫流程初始化DS18B20
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