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设计报告基于51单片机的温度控制系统及应用学校：湘南学院专业：电气工程及其自动化姓名:张云燕、曾琳琳、许治豹、马立强指导教师：曾晓华日期：2013年5月9日摘要：在现代工业的生产生活中，温度是常用的测量机被控参数。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本水温控制系统采用美国ATMEL公司生产的AT89S51单片机为核心控制器件，实现水温30度到100度的自动控制，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统，光电耦合器MOC3041和双向可控硅构成主控制电路。该系统可以实时存储相关的温度数据并记录显示温度。硬件控制电路主要包括AT89S51单片机最小系统，测温点路，时钟电路，8段数码晶体管显示电路。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，计算温度子程序，按键处理程序，8段数码晶体管显示程序以及数据存储程序等等。关键词：AT89C52单片机，DS18B20温度传感器，BTA16-600B双向晶闸管，8段数码晶体管显示电路，水温自动控制。Abstract:inmodernindustrialproductionandlife,temperatureisacommonmeasuringmachinewasaccusedofparameters.Withtherapiddevelopmentofmicrocomputermeasurementandcontroltechnologyandwidelyused,withthesinglechipprocessorasthecoretemperaturegatheringandcontrolsystemofresearchandapplicationtoalargeextent,improvetheproductioncontrolofthetemperaturelevelinthelife.ThewatertemperaturecontrolsystemadoptstheATMELcompanyproducestheAT89S51asthecorecontroldevicetoachievetheautomaticcontrolwatertemperature30degreesto100degrees,thetemperaturecontrolsystembasedonDS18B20temperaturesensor,photoelectriccouplerMOC3041andbidirectionalthyristorconstitutethemaincontrolcircuit.Thesystemcanreal-timetemperaturedatastorageandrecordaccordingtotemperature.HardwarecontrolcircuitmainlyincludestheAT89S51minimumsystem,temperaturemeasuringpoints,theclockcircuit,section8ofdigitaltransistordisplaycircuit.Systemprogrammainlyincludesthemainprogram,readtemperaturesubroutine,calculatingtemperaturesubroutine,buttonhandler,section8ofdigitaltransistordisplayprogramanddatastorageandsoon.Keywords:singlechipmicrocomputerAT89C52,DS18B20temperaturesensor,two-waythyristorBTA16-600-b,8periodofdigitaldisplaycircuit,transistorwatertemperatureautomaticcontrol.一．引言1.在现代的各种工业生产中，很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统是一种发展的趋势。本文所阐述的基于AT89S51单片机的温度控制系统。本温度控制系统适用于温度-55度到125度之间（传感器的测温范围），可以调整不同液体的温度自动控制范围为其常温到沸点之间；可以根据需求通过搭配不同配件实现不同的功能，既可以实现只加热和只制冷，或者即可以加热又可以制冷，广泛应用于生产生活中等，且该控制系统可移植性好，成本低，电路简单，方便使用。2.应用领域：家电，生产，化工，人工智能，食品加工，电力系统3.设计要求：（1)利用数字温度传感器检测温度，要求线路尽可能简单（2）无竞争冒险，无抖动（3）实时显示温度和实时可调（4)温度可调（5）可移植性好，通用性强，性价比高4.技术指标：温度显示误差不超过1度5.优点：结构简单，低成本，实用性强，可移植性好，可方便的用于家电生产生活化工食品加工等等。具体应用；（1）温度可调且保温的热得快（可与目前市面上的电热得快兼容），（2）简易热水器，控制模块可用于目前电热水器的控制模块的维修与替换。（3）电冰箱（主电路接压缩机实现制冷）。（5）冷冻（6）化工产品的恒温水浴加热（-30度到110度之间），（7）蒸馏分离沸点在-30度--+110度之间的多种液体，如分离酒精和水（用于作坊式谷物酒精生产等）。（8）电气设备和工作平台的散热（主电路接风扇）（9）通过修改程序和增加一个输出引脚可以同时实现加热和制冷，如用于饮水机的加热和制冷（成本较目前市场上的饮水机的控制电路的制造成本要低且结构简单，易于维护功能更强大）二、系统总体方案设计1.工作原理：以单片机为核心，通过温度传感器DS18B20对当前温度的检测送到单片机进行处理与系统设定温度的比较控制主电路双向晶闸管的导通与关断，同时送显示电路显示当前温度。通过按键输入电路复位控制电路和设定要达到的温度并且送显示电路显示，电源电路提供控制电路所需要的工作电压。图1.系统方框图2．硬件选型2.1单片机（AT89c52和AT89S51无引脚和功能的区别，方便起见，后文中用AT89S51代替AT89c52）图2.单片机的引脚图2.2温度传感器1.DS18B20的性能特点:（1）．单线结构，只需一根信号线和CPU相连。（2）.不需要外部元件，直接输出串行数据。（3）.可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V。（4）．测温精度高，测温范围为：一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±O.5℃。（5）．测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0．0625℃。（6）．数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为93．75ms：10位精度的转换时间187.5ms：12位精度的转换时间750ms。（7）.具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。（8）．可通过报警搜索命令识别哪片DS18820采集的温度超越上、下限。2..DS18B20引脚图和简介（1）各脚功能描述如下:DQ：数字信号输入／输出端。GND：电源地端。VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)（2）DS18820中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16位符号扩展的二进制补码。当测温精度设置为12位时，分辨率为O．0625℃，即O．0625℃／LSB。其二进制补码格式：表1.其中，S为符号位，S=1，表示温度为负值；S=0，表示温度为正值。例如+125℃的数字输出为07D0H，-55℃的数字输出为FC90H。一些温度值对应的数字输出如图7所示。．DS18820中的低温触发器TL、高温触发器TH，用于设置低温、高温的报警数值。DS18820完成一个周期的温度测量后，将测得的温度值和TL、TH相比较，如果小于TL，或大于TH，则表示温度越限，将该器件内的告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。需要修改上、下限温度值时，只需使用一个功能命令即可对TL、TH写入，十分方便。2.3双向晶闸管功能特性：高之突波电流能力变换:(dV/dt)c10V/ms双向可控硅家庭:类别:离散半导体产品。Triac类型:标准。配置:单电压-关闭状态:600V目前国家(最高):16触发电压-门(Vgt)从根本上(最高):1.3V当前-门触发耐量减低(Igt)(最高):50个地图目前持有(Ih)-(最高):50个地图当前-非代表增兵50、60赫兹(Itsm):160A,168A装式:通过洞包装/箱:-220-3(垂直领导)参数特性：控制方式:双向极数:三极封装材料:金属封装封装外形:平板形关断速度:高频(快速)散热功能:带散热片频率特性:高频温度值得低字节D7D6D5D4D3D2D1D0温度值的高字节SSSSSD10D9D8功率特性:中功率图3.TO-202AB(BTA16)图4.三、硬件模块设计1、电源电路51单片机的供电电压为4.0-5.5V,温度传感器的供电电压为3-5V,双向晶闸管的供电电压为3-5V,所以选用5V电压供电，主电路用220V家用电压供电。2、单片机电路2.1AT89C51为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。2.2P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。2.3P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。2.4P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。2.5P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内