恒温箱温度计算机控制系统设计

西南科技大学计算机控制系统报告设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计姓名：XXX学号:XXX班级：自动09XX指导教师：聂诗良起止日期：2012.10.15--2012.11.15西南科技大学信息工程学院制2设计任务书学生班级：自动0903学生姓名：XXX学号：2009XXX设计名称：恒温箱温度计算机控制系统设计起止日期：10月15日——11月15日指导教师：聂诗良设计要求：设计52单片机的恒温箱控制系统设计时，需要考虑下面几个方面的内容：选择合适的温度传感器芯片。显然，本文中的核心器件是单片机和温度传感器,单片机采用常用的51单片机即可，而温度传感器的选择则需慎重。单片机和温度传感器的接口电路设计。控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件设计。3恒温箱温度计算机控制系统设计摘要：本设计从实际应用出发选取了体积小、精度相对高的数字式温度传感元件DS18B20作为温度采集器，单片机AT89C51作为主控芯片，液晶作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。关键词：恒温，AT89S52单片机，温度传感元件4TheincubatortemperaturecomputercontrolsystemdesignAbstract：Thedesignfromtheactualapplicationtoselectasmallsize,andrelativelyhighaccuracydigitaltemperaturesensingelementDS18B20astemperaturecollector,AT89C51microcontrollerasthemasterchip,digitaltubedisplayoutputtoachievereal-timemeasurementoftemperatureandconstantcontrol.Keyword:Thermostat.AT89S52microcontroller;Temperaturesensorelement;51设计目的和意义利用AT89S52对温度进行控制，采用单总线传输方式的DS18B20作为温度传感器，与按键、液晶显示、报鸣器等外部辅助硬件共同组成一个温度控制系统，实现温度的自我调节。2控制要求1）温度采集传感器采用热电阻或热电偶，或一体化数字温度传感器DS18B20。（2）控制灯泡亮度或发热量，采用继电器开关控制或用可控硅平滑控制。（3）采用单片机或PLC作为控制器。（4）采用LED或LCD或PC机的液晶显示器作为显示器，同时显示给定温度和实际温度。（5）采用自制按键或PC机的键盘作为温度给定值输入。（6）恒温箱实际温度达到给定值时（误差要求±1℃）需声光提示，声音时延5秒后停止。（7）恒温箱最高温度≤50℃。（8）系统操作流程是：1）确认系统连接就绪，无安全隐患；2）系统上电；3）设置温度给定值后，启动系统工作，系统进入温度自动控制工作状态。4）系统工作完毕后，若不需系统工作，则可关闭系统电源，查看并确保系统无安全隐患后可离开。3.系统总体结构设计温度控制系统是一个过程控制系统，组成框图如图1所示计算机控制系统框图图1控制器执行器温度传感器被控对象6R14.7KVCC3DQ2GND1IC2DS18B20VCCP1.0本系统中CPU选择为AT89S52单片机，执行器为可控硅，控制加热灯泡通断，检测装置为ds18B20温度传感器，采集温度并反馈给单片机。另外还有键盘输入部分、显示部分以及报警部分。总体框图如下图2系统原理框图BELLBELLQ1VCC图3基本硬件电路图4功能模块根据上面对工作流程的分析，系统软件可以分为以下几个功能模块：(1)键盘管理：监测键盘输入，接收温度预置，启动系统工作。(2)显示：显示设置温度及当前温度。(3)温度检测及温度值变换：完成A/D转换及数字滤波。(4)温度控制：根据检测到的温度控制电灯泡工作。(5)报警：当预置温度或当前炉温越限时报警。系统硬件设计DS18B20测温电路DS18B20数字温度计是Dallas公司生产的1－Wire器件，即单总线器件。与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，具有连线简单、微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、精度高等特点。因此用它来组成一个测温系LCD1602报警DS18B20AT89S52键盘输入可控硅灯泡7统，具有电路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。目前已被众多行业进行广泛的运用（锅炉、温控表粮库、冷库、工业现场温度监控、仪器仪表温度监控、农业大棚温度监控等）。通过编程，DS18B20可以实现9～12位的温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。每片DS18B20在出厂时都设有唯一的产品序列号，因此多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度传感器，特别适合于构成多点温度测控系统。DS18B20的特点介绍（1）独特的单线接口方式，与单片机通信只需一个引脚，DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0～+5.5V。（4）测温范围为-55～+125℃。在-10～+85℃范围内误差为0.5℃。（5）通过编程可实现9～12位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，多个DS18B20可以并联在唯一的线上，简化了分布式温度检测的应用，实现多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。单线（1-wire）技术目前常用的微机和外设之间数据传输的串行总线有I2C总线、SPI总线等，其中，I2C总线采用同步串行两线（一根时钟线、一根数据线）方式，而SPI总线采用同步串行三线（一根时钟线、一根输入线和一根数据出线）方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线（1-wire）技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单线技术具有线路简单、硬件开销少、成本低廉、便于扩展的优点。单线技术适用于单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，它们之间的数据交换、控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放该线，而让其他设备使用。单线通常要外接一个约5KΩ的上拉电阻，这样，当该线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信主要分3个步骤：初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所以它们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件必须严格遵循单线命令序列，即遵守上述3个步骤的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机。所有的单线器件都要遵循严格的协议，以保证数据的完整性。1-wire协议由复位脉冲、应8答脉冲、写0、写1、读0和读1这几种信号类型组成。这些信号中，除了应答脉冲，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的地位在前DS18B20的引脚及功能介绍DS18B20的外形及TO－92封装引脚排列见左图，其引脚功能描述见表1，实测温度和数字输出的对应关系见表2.表1DS18B20详细引脚功能描述表2温度值分辨率配置表温度数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.0625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008H0℃0000000000000000000H-0.5℃1111111111110000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.0625℃1111111001101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90H序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。9DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序，置总线为低电平并保持至少480us，然后拉高电平，等待从端重新拉低电平作为响应，则总线复位完成。（1）DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。（3）DS18B20的写时序，对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。（4）DS18B20在电路中的连接，见图4。1-wire总线支持一主多从式结构，硬件上需外接上拉电阻。当一方完成数据通信需要释放总线时，只需将总线置高点平即可；若需要获得总线进行通信时则要监视总线是否空闲，若空闲，则置低电平获得总线控制权。R14.7KVCC3DQ2GND1IC2DS18B20VCCP1.0图4DS18B20测温电路DS18B20采集温度程序如下：#includeincludes.h//=============================================////=============DS18b20模块初始化===============////=============================================//sbitDQ=P2^7;//-----------delayDs18b20延时函数10voiddelayDs18b20(uinti)//延时函数{while(i--);}//----------18b20初始化函数voidInit_DS18B20(void){DQ=1;//DQ复位delayDs18b20(8);//稍做延时DQ=0;//单片机将DQ拉低delayDs18b20(80);//精确延时大于480usDQ=1;//拉高总线delayDs18b20(20);}//----------读一个字节ucharReadOneChar(void){uchari=0;uchardat=0;for(i=8;i0;i--){DQ=0;//给脉冲信号dat=1;DQ=1;//给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delayDs18b20