温度控制系统的设计

<<温度控制系统的设计>>课程设计报告题目：专业：年级：学号：学生姓名：联系电话：完成日期： 2014年 12月 15日摘要利用AT89C51单片机，温度传感器DS18B20，报警器，数码管等元件，制作温度控制系统硬件电路，设计系统的软件，实现对温度的有效控制。

并经过反复的模拟运行、调试,修改简化了软件系统，系统达到温度检测精度1度的要求，具有控制简便、组态简单、和操作灵活等优点。

关键词：单片机；温度传感器；温度控制ABSTRACTUse AT89C51 microcontroller, a temperature sensor DS18B20, alarm, digital tube and other components, making the temperature control system hardware circuit design of the system software, to achieve effective control of the temperature. And after repeated simulation run, debug, modify simplifies software system, the system reaches the temperature detection accuracy of 1 degree, with a simple control, simple configuration, and flexible operation.Key Words:MCU;temperature sensor;Temperature control.目录摘要....................................................................................................................... II ABSTRACT........................................................................................................... II 1 设计要求及方案选择.. (1)1.1设计要求 (1)1.2方案选择 (1)2 理论分析与设计 (2)2.1温度测量电路的分析及设计 (2)2.2报警电路的分析及设计 (2)3 电路设计 (3)3.1硬件电路的设计 (3)3.2软件的设计 (4)4 系统测试 (9)4.1调试所用的基本仪器清单 (9)4.2调试结果 (9)4.3测试结果分析 (9)5 总结 (9)参考文献 (10)1 设计要求及方案选择1.1设计要求该温度自动控制系统采用AT89C51单片机为主控芯片，传感器采用数字温度传感器DS18B20，实现对温度的检测和控制。

主要技术指标：可检测的范围为-55℃—+125℃。

该温度自动控制系统由温度信号采样电路，键盘及显示电路，温度控制电路，报警电路，时钟信号电路等构成，并运用PID算法进行温度控制和调整。

根据设计任务，详细分析温度自动控制系统的设计需求，并进行软硬件的总体设计。

由键盘电路输入设定温度信号给单片机，温度信号采集电路采集现场温度信号给单片机，单片机根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出反馈量给温度控制电路，实现升温。

显示电路实现现场温度的实时监控。

并且完成全部硬件和软件的设计，并利Proteus仿真软件对设计结果进行验证。

1.2 方案选择方案如图1所示，此方案选用DS18B20芯片进行温度采集及模拟量与数字量之间的转换，并直接输出数字量，无需信号放大，且只占用一根口线，然后将其送数码管显示。

4X4矩阵式键盘，首先要对其进行键盘扫描，判断是否有键按下，如有键按下，要判断是那个键按下，确定键值，然后对其进行输入，把最后设定的温度值送给数码管进行显示。

如果对一个温度值已经设定完毕后，无需再按任何键即有效，如果温度值设定得不合理，可对温度进行重新设定，温度的上下限可由软件编程设定，这样就完成了对温度的总体设置。

对于数码管显示模块，采用了动态显示的方法，在程序的设计中也相应的采用动态显示方法对其进行编写。

首先把设定的（或采集到）数据的十进制数进行字节拆分，分别求出要显示个位数、十位数、百位数（显示实际温度时，还要求出十分位），然后将其送至数码管显示。

显示设定值还是实际值，可由按键进行切换。

对于温度控制模块，首先是把采集的数据和设定的温度上下限进行比较，如低于下限值或高于上限值，蜂鸣器警报，再把实际温度和设定的温度比较，决定加热与否以及加热时间的控制。

单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制，不需要向外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。

信号的传递路线短，可以提高系统精度。

单片 机DS18B20键盘设定温度数码管显示报警器光电耦合器双向可控硅 加热装置图 1 系统结构图2 理论分析与设计2.1温度测量电路的分析及设计DS18B20通过P1.2口和AT89C51进行通讯。

GND 为接地线， DQ 为数据输入输出接口。

VCC 为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3.0～5.5V 。

其接口电路如图2所示图2 DS18B20接口电路2.2报警电路的分析及设计三个LED 与蜂鸣器分别通过P3.0、P3.1、P3.2、P3.3与单片机通讯，VCC 电源范围3.0~5.5V 当P3=0时LED 和蜂鸣器工作，当温度低于85℃时LED-YELLOW 亮，蜂鸣器响，表示温度过低；当温度介于85℃-95℃之间时，LED-GREEN亮，表示温度正常；当温度高于95℃时LED-RED亮，蜂鸣器响，表示温度过高。

图3 报警电路3 电路设计3.1 硬件电路的设计3.2 软件的设计#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P1^2; //定义通信端口uint tmp;bit sign; //正负温度的标志//数码管字形显示uchar disp[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void delay(uint i){while(i--);}/*初始化函数*/Init_DS18B20(void){uchar x=0;DQ = 1; //DQ复位delay(4); //稍做延时DQ = 0; //单片机将DQ拉低delay(100); //精确延时大于480usDQ = 1; //拉高总线delay(20);x=DQ; //稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始化失败delay(20);}/*读一个字节*/RChar(void){uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i>0;i--){DQ = 0; // 给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; // 给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay(10);}return(dat);}/*写一个字节*/WChar(uchar dat){uchar i=0;for (i=8; i>0; i--){DQ = 0;DQ = dat&0x01;delay(10);DQ = 1;dat>>=1;}}/*读取温度*/ReadTemp(void){uchar a=0;uchar b=0;uint t=0;Init_DS18B20();WChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作WChar(0x44); // 启动温度转换delay(10);Init_DS18B20();WChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作WChar(0xBE); //（读取温度寄存器）前两个就是温度a=RChar(); //低八位b=RChar(); //高八位t = (b*256+a)*25;return( t >> 2 );}void baojin(){if (tmp<8500){P3=0xf6;}else if(tmp>=8500&tmp<=9500){P3=0xfd;}else if(tmp>9500){P3=0xf3;}}main(){uchar counter=1;while(1){//保证测量频率较低，数码管正常显示if(counter-- == 0){tmp = ReadTemp();counter = 20;}P2 = 0xff;P0 = disp[tmp%10];P2 = 0xfe;delay(500);P2 = 0xff;P0 = disp[tmp/10%10];P2 = 0xfd;delay(500);P2 = 0xff;P0 = disp[tmp/100%10]|0x80; P2 = 0xfb;delay(500);P2 = 0xff;P0 = disp[tmp/1000%10];P2 = 0xf7;delay(500);P2 = 0xff;P2=0xef;P0=disp[tmp/10000%10]; delay(500);baojin();}}4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单PC机一台、Keil4软件、proteus仿真软件4.2调试结果4.3测试结果分析该系统可以实现温度检测，温度检测精度可以达到1℃，但是在实时性方面不足，温度显示有明显的延迟。

在精度要求不高的测量可以用本系统完成。

5 总结本系统以AT89S51单片机为控制核心，利用其强大的处理能力，以及丰富的外围接口，再配合DS18B20温度传感器、7段数码管、LED、及蜂鸣器等，很好的完成了温度的检测与显示，并当系统检测到温度高于设定的温度上限时准确发出高温报警及灯光提示；当温度低于设定的温度下限发出低温报警及灯光提示。

因此本系统已基本符合了设计要求，在温度控制方面具有一定的先进性，可用于一般的温度检测控制。

参考文献[1] 陈忠孝.单片机原理及应用.西北大学出版社，2011.11[2] 李建民.单片机在温度控制系统中的应用[J].江汉大学学报.1999,(3),60-62[3] 卿燕玲,李蕾.基于单片机的温度测控系统的设计与实现[J].信息技木与信息化.2006,(3), 78-80[4] 敬岚，朱海君一等．基于AT89C51的自动测量和控制系统设计[J].仪表技术与传感器，2004,(12),35-37[5] 刘绿山，刘建群等.基于AT89S52单片机的温度控制系统[J].微计算机信息，2007，(17)，98-100。