基于51單片機的溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計研究畢業(yè)設(shè)計論文-在線瀏覽
2024-09-06 08:10本頁面
【正文】 Key words: MCU AT89S52 DS18B20 digitron relayIII目 錄前 言 11 系統(tǒng)方案設(shè)計 2 方案論證 2 方案一 2 方案二 2 系統(tǒng)設(shè)計框圖 32 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4 單片機選擇 4 AT89S52 特點 4 AT89S52 功能描述 5 AT89S52 引腳功能 5 溫度傳感器的選擇 6 DS18B20簡單介紹 6 DS18B20性能特點 7 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 DS18B20測溫原理 8 DS18B20工作時序 10 硬件電路設(shè)計 11 測溫電路 11 顯示電路 13 報警電路 15 降溫、加熱電路 15 其他電路 163 系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 184 系統(tǒng)調(diào)試 20 軟件調(diào)試 20 元器件調(diào)試 205 總 結(jié) 22致 謝 23參考文獻 24附錄一 25附錄二 34i前 言溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。采用單片機對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量?；趩纹瑱C的溫度控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫度的顯示、預(yù)警等功能，對于工業(yè)生產(chǎn)效率的提高，可以起到很大的作用。從而將節(jié)約更多的人力物力，降低生產(chǎn)過程中可以省略的一些繁瑣的細節(jié)。本設(shè)計是基于當(dāng)前社會發(fā)展的良好形勢，經(jīng)過慎重考慮后決定的，也是對自己所學(xué)知識的一次檢驗，期望能夠獲得溫故而知新的效果。結(jié)合社會的實際情況，然后根據(jù)自己的特點，更好的去了解自己，充分挖掘自己的潛力。 1 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案論證由于本方案是基于溫度傳感器的溫度自動控制。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復(fù)雜性，而且要做到高精度也比較困難。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為55~+125攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設(shè)計要求。 系統(tǒng)設(shè)計框圖本方案設(shè)計的系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、數(shù)碼管顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊、溫度控制模塊組成，其總體架構(gòu)如圖11所示顯示電路驅(qū)動電路單片機測溫電路報警電路電路按鍵輸入電路降溫電路復(fù)位電路圖11 系統(tǒng)框圖 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機選擇AT89S52作為溫度測試系統(tǒng)的核心器件。單片機AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，單片機如圖21所示。 圖21 AT89S52單片機 AT89S52 功能描述AT89S52是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除、快速寫入程序的存儲器，能承復(fù)寫入/擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。AT89S52可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)休積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅擊10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的需求，可以直接在5V電壓下進行編程，不需要12V電源。工作電壓范圍寬，全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0MHz33MHz之間，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有靈活性。 AT89S52 引腳功能AT89S52 單片機 P3 口第二功能如圖22所示[[] 蔡美琴、[M].北京：高等教育出版社，2009.]。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 DS18B20性能特點（1）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊?！妫?）可編程的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫（7），12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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、配置寄存器。64位ROM和單線接口存儲器與控制邏輯高速緩存溫度控制器溫度控制器溫度控制器溫度控制器溫度控制器圖23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20測溫原理DS18B20的測溫原理如圖24所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，每次測量前，首先將55 ℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55 ℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。如圖24所示。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。斜率累加器比較預(yù)置溫度寄存器計數(shù)器=0預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器計數(shù)器2=0高溫度系數(shù)振蕩器Tx停止τ1τ2加1圖24 DS18B20測溫原理圖 DS18B20工作時序圖25為時序圖中各總線狀態(tài)。圖26 初始化時序圖① 先將數(shù)據(jù)線置高電平1。③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平0.④ 延時750us（改時間范圍可以在480960us）。⑥ 延時等待。但是應(yīng)注意不能無限的等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時判斷。⑧ 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平1 后結(jié)束。② 延時確定的時間為15us。④ 延時時間為45us。⑥ 重復(fù)①⑤步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)。（３）DS18B20 讀數(shù)據(jù)① 將數(shù)據(jù)線拉到高電平1。③ 將數(shù)據(jù)線拉低到0。⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高到1。⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。⑨ 重復(fù)①⑦步驟，直到讀完一個字節(jié)。DS18B20是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。C 總線以同步串行二線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線），SPI總線則以同步串行三線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而SCI 總線是以異步方式進行通信的（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。當(dāng)只有一個從機設(shè)備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當(dāng)有從機設(shè)備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。本設(shè)計系統(tǒng)的溫度采集電路圖如圖27所示
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