基于温度传感器的单片机温控电路设计

德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术1基于温度传感器的单片机温控电路设计摘要随着微处理器和大规模集成电路的发展,及其在测试控制技术方面的广泛应用，仪器设备的智能化已成为自动化技术发展方向，数据采集与温度检测的自动化将取代传统的方法。本设计采用STC89C52型号的单片机，数字温度传感器采用美国DALASS公司的1–Wire器件DS18B20，即单总线器件DS18B20，与单片机组成一个测温系统，当系统上电时，温度传感器就会读出当前环境的温度，并在LED数码显示管上显示出当前的温度，该测温系统的测温范围为-40℃～110℃，按此要求设计硬件和软件以实现这一功能。关键词：单片机温度传感器DS18B20温度一、实验目的充分利用网络资料，搜集资料，设计制作由51单片机为控制核心的实用系统硬件电路，完成环境温度采集、显示、设置、报警、执行等功能。二、实验内容本文设计是以单片机为核心，实现温度实时测控和显示。确定电路中的一些主要参数，了解温度控制电路的结构，工作原理，对该控制电路性能进行测试。主要内容：硬件部分设计以STC89C52单片机作为处理器来处理数据，DS18B20温度传感器进行温度采集，八段数码管作为显示模块,利用键盘完成对温度测控。三、设计方案方案一：本设计是用来测控温度的，可以利用热敏电阻的感温效应，将被测温度变化的模拟信号，电压或电流的采集过来，首先进行放大和滤波后，再通过A/D转换，将得到的数字量送往单片机中去处理，用数码管将被测得的温度值显示出来。但是这种电路的设计需要用到放大滤波电路，A/D转换电路，感温电路等一系列模拟电路，设计起来较麻烦。方案二：本设计采用单片机做处理器，可以考虑使用温度传感器，采用由达拉斯公司研制的DS18B20型温度传感器，此传感器可以将被测的温度直接读取出来，并进行转换，这样就很容易满足设计要求。方案比较：从上面的两种方案，可以很容易看出来，虽然方案(2)软件部分设计复杂点，但是电路比较简单且精度高，方案（1）所需硬件部分比较麻烦，德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术2且精度不是太高，故采用方案(2)下面为系统框图2-1图3-1总体方框图本方案主处理器采用STC89C52单片机，温度采集部分采用DS18B20型温度传感器，用2位LED显示数码管作为显示部分，用来将温度显示出来。系统硬件电路部分由四大模块组成：单片机最小系统模块、温度采集模块、温度显示模块和设置模块。四、系统硬件设计(一)最小系统模块RST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)1789C5212345678161514131211109RP?RESPACK41211.0592XTAL30pf普通电容30pf普通电容GNDR10kRESGNDC10ufECAP图4-1单片机最小系统1、STC89C52单片机结构介绍单片机最小系统显示模块采集模块设置模块德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术3STC89C52单片机是一种8位微控制器，特点是低功耗、有高性能CMOS，同时内置8K字节可编程Flash存储器。芯片内拥有十分灵巧的8位微处理器和在系统可编程Flash，使得STC89C52单片机提供为许多较灵活、十分有效的解决方案，主要在工农业控制系统中。STC89C52的标准功能如下：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O接口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量的中断结构，全双工串行口。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种工作软件，用来选择节电模式。当工作在空闲模式下，微处理器就会停止工作，允许随机存储器、定时器/计数器、串口、中断继续工作。在掉电的时候，随机存储器中的内容会被保存起来，振荡器被冻结，单片机停止一切内外部工作，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。下面为单片机引脚图图3-2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Sep-2011SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\ISP和串口最小系统\并口最小系统.ddbDrawnBy:D0D1D2D3D4D5D6D7EAALEPSENP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039Vcc40U1STC89C52P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37X2X1RSTVcc图4-2单片机引脚图2、晶体振荡电路STC89C52单片机有一个反相放大器，用来构成内部振荡器，一般会选石英晶体振荡器作为外接振荡源。此电路在加电过后会在XTAL2引脚上产生一个正弦波时钟信号，其振荡频率主要由外接的石英晶振的频率决定。电路中的两个电容C1、C2的作用有两个：一是用来帮助振荡器起振，二是用来微调晶体振荡器的频率。电容C1、C2的典型值为30pF。德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术4图4-3自激振荡器原理图3、复位电路51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Sep-2011SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\ISP和串口最小系统\并口最小系统.ddbDrawnBy:+C81234B1R2VccRST图4-4复位电路(二)采集、控制、报警模块1、采集模块本模块采用由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,其属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。产品的主要技术指标：①测量范围：-55℃-+125℃，②测量精度：0.5℃，③反应时间≤500ms[8]德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术5图4-5温度传感器2、控制模块键盘实际是就是很多案件的一种组合，按键的按下与否形成一个高低电平，主控芯片CPU通过高低电平来识别所需信号，进而使程序进行下一步的操作。键盘操作的软硬件的设计有以下几个方面的问题：对于此设计来说我们要准确的显示我们所要对应的信息，每按一次按键要显示所要显示的信息。这按键是主要用来控制温度而设计的。这样比键盘操作方便，也比较实惠。按键电路采用中断模式。当有按键按下时，系统产生中断，CPU响应中断后，开始计数，即查询键号，通过软件来实现该键号所对应键的功能键盘的大体设置为：K1为温度控制的上下限，K2，K3用来控制温度的加减。如果K1没按下，则温度在上限控制状态，如果K1按下，则温度在下限控制状态。其电路图如下图3-6所示。图4-6按键电路德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术63、报警模块本设计中的报警装置电路用到了发光二级管、1k欧姆的电阻。将发光二级管的一端单片机相连，另一端接电阻，电阻的另一端接地。其电路图如图3-7所示。图4-7报警装置电路图(三)显示模块此模块采用两位的数码管显示数据，LED显示数码管一般正向压降的都是1.5～2V，额定电流为10mA，通过最大的电流为20mA。根据各种不同管接线的方式，可将数码管分成共阴极型和共阳极型。根据要求，本设计采用2位共阳LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P0口来实现。abfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS0.56AMBERCAP0.0P0.0P0.1P0.1P0.2P0.2P0.3P0.3P0.4P0.4P0.5P0.5P0.6P0.6P0.7P0.7VCCVCCabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS0.56vAMBERCA图4-8数码管显示(四)电源模块德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术7图4-9电源部分(五)系统总电路图RST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)1789C52GNDVCC12345678161514131211109RP?RESPACK4VCC+100uF电解电容10pF普通电容GNDVCCVCCGND1I/O2VCC3U?DS18B20P2.1VCCGND1211.0592XTAL30pf普通电容30pf普通电容GND10uf普通电容10kRESS?微动开关GNDVCCRSTabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS?AMBERCAabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9DS?AMBERCAP0.0P0.0P0.1P0.1P0.2P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P0.7VCCVCCwe1we2D?绿色发光二极管1kRESGND报警指示灯D?红色发光二极管图4-10系统总电路图五、系统硬件制作（一）硬件电路制作方法德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术8本设计采用pcb制图，根据画好的pcb制作电路板。（二）硬件电路制作过程图5-1制作流程（1）曝光将印好的电路图放在曝光箱内，关好箱子，120秒后取出。图5-2曝光箱（2）显影图5-3显影曝光显影蚀刻钻孔准备材料PCB图原稿、器材德州学院2011级物理与电子信息学院电子信息科学与技术9（3）蚀刻图5-4腐蚀和腐蚀后电路板（4）钻孔图5-5钻孔过程（5）清洗将电路板清洗干净，并将感光蓝油清洗掉图5-6清洗过程（6）半成品德州学院2011级物理