单片机构成的环境温度实时测控装置毕业设计

i摘要单片机对温度的测控是一个工业生产中经常遇到的控制问题，采用单片机对温度进行测控不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高控制质量。单片机构成的温度测控系统是通过单片机8051及其温度检测和控制电路，对环境的温度进行控制。本文主要介绍了温度传感器的选取和温度实时测控装置硬件部分的电路设计。设计中选用独特的单总线温度传感器DS1820，并且把整个硬件系统的电路设计划分为DS1820与8051的硬件接口电路设计、数据显示与键盘设计、数据存储器的扩展电路设计、通信接口电路设计。该装置可实现环境温度的实时测量与控制，并能记录、存储相关数据，并附有通信接口，能方便地应用于各种温度控制场合。关键词：单片机；传感器；检测；控制；电路AbstractMicrocomputertotemperaturemonitoringisafrequentlyencounteredbytheindustrialproductioncontrol,adoptingmicrocomputertocarryonthecontroltothemnotonlyhavethecontrolconvenience,simpleandagility,butalsowithsignificantimprovethequalityofcontrol.Makinguseof8051anditstemperaturedetectionandcontrolcircuits,microcomputertemperaturecontrolsystemcancarryonthedetectionandcontroltothetemperatureoftheenvironment.Thisarticlemainlyintroducestheselectionofthetemperaturesensorsandthecircuitdesignofthetemperaturereal-timedetectionandcontrolhardwaredevicepartial.IchooseDS1820theunique1-wirebustemperaturesensor,anddividethewholecircuitsofhardwaresystemfortheDS1820withthe8051ofhardwareinterfaceiicircuitdesign,datadisplayandthedesignofkeyboard,theexpandcircuitdesignofdatamemoryandthecircuitdesignofcommunicationinterface.Thisdevicecanachievereal-timemeasurementandcontrolofenvironmentaltemperature,andcanrecord,savingrelateddata,andappendthecommunicationsinterface,socanbeapplyinvarioussituationoftemperaturecontrolexpediently.KeyWords：microcomputer；sensor；detect；control；circuitiii目录1．概述………………………………………………………………………………11.1单片机构成的环境温度控制装置的意义………………………………1.2温度测控装置所实现的功能………………………………………………2．微机控制系统简介…………………………………………………………………1.1微机控制系统的组成……………………………………………………1.2微机控制系统的分类…………………………………………………3．温度传感器的选择………………………………………………………………3.1温度传感器的分类………………………………………………………3.2温度传感器信号传输模式………………………………………………3.3温度传感器的确定………………………………………………………3.4单总线温度传感器DS1820介绍…………………………………………4．温度测控装置的电路设计…………………………………………………………4.1Intel8051单片机简介……………………………………………………4.1.1Intel8051的结构及特性…………………………………………4.1.2Intel8051时钟电路与复位电路…………………………………4.2DS1820与8051的接口电路设计…………………………………………4.3温度显示与键盘设计……………………………………………………4.3.1LED数码管简介及其显示电路……………………………………4.3.2键盘电路设计………………………………………………………4.4存储器的扩展电路设计…………………………………………………4.5通信接口电路设计………………………………………………………4.5.1RS-323C标准介绍………………………………………………4.5.2MAX232与8051的接口电路……………………………………5.总结…………………………………………………………………………………iv单片机构成的环境温度实时测控装置设计1.概述本课题的题目是“单片机构成的环境温度实时测控装置设计”，主要论述了环境温度实时测控装置的硬件部分的设计，包括核心元器件的选取和介绍、单片机控制系统的电路设计。1.1单片机构成的环境温度控制装置的意义电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。可以说，微机测控技术的应用己渗透到国民经济的各个部门。国防技术，航空，航天，铁路，冶金，化工等产业自不必说，就连日常生活中也用上了微机控制的电梯，微波炉，电冰箱，电视机，电扇，智能照相机，玩具，模糊控制洗衣机，模糊控制空调机，携带式心脏监护机等，所有这些智能机电一体化产品的出现，无不是微机测控技术的成功应用。环境温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测控温度，在农业生产中也离不开温度的测控，而温度也是最不易保障的指标，因此研究可靠并且实用的温度测控装置具有重要的意义。而采用MCS—51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。环境温度实时测控装置在工业生产中也会经常会遇到，因此，具有很强的实用价值。测控温度的关键是控制器和温度传感器。环境温度实时测控装置的设计采用的控制器为51单片机，温度传感器是智能集成温度传感器DS1820。单片机作为控制器件，具有体积小、功能强可靠性高、价格低廉等一系列优点，再加上近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片v机往往是作为一个核心部件来使用。单片机不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代。因此，设计该装置时选用的控制器是8051单片机，以保证达到设计的控制要求。DS1820是智能集成数字温度传感器，能快速准确的进行温度采集，从而使温度的检测和控制达到设计要求。1.2温度测控装置所实现的功能环境温度实时测控装置可在0～50℃的范围内任意设定温度控制点，数码管可以显示出环境温度，并附有RS-232通信接口可使多个这样的装置方便地与计算机互联，以实现温度的测控。由于该装置采用了一线数字温度传感器DS1820来实现温度采样，所以也可以实现多点温度采样的集中控制。此外，该装置还可自动控制多个设备的多点时间控制电路，便于功能的扩展，可保证温度指标满足设计要求。因此能方便地应用于各种温度控制场合，因而具有更广泛的应用。环境温度实时测控装置的设计，是以8051单片机为控制核心，以DS1820为温度检测核心构成一个环境温度的实时测量与控制系统。该装置可实现的功能如下：（1）在0～50℃间可任意设定温度控制点；（2）可以实时显示监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；（3）具有多点定时设备控制电路，便于功能扩展；（4）配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；（5）温度控制的精度为：（0～50℃）±0.5℃。本装置的整个硬件系统的电路划分为DS1820与8051的硬件接口电路、数据显示与键盘、数据存储器的扩展电路、通信接口电路，并通过这些电路来实现上述功能，在本论文中将对这些电路作详细介绍。vi2．微机控制系统简介微机测控系统是由微型机与其它器件和装置适当连接起来的硬件系统，并在软件的操作下协调运行执行预定的测量与控制任务。电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用。可以说，微机测控技术的应用己渗透到国民经济的各个部门。国防技术，航空，航天，铁路，冶金，化工等产业自不必说，就连日常生活中也用上了微机控制的电梯，微波炉，电冰箱，电视机，电扇，智能照相机，玩具，模糊控制洗衣机，模糊控制空调机，携带式心脏监护机等，所有这些智能机电一体化产品的出现，无不是微机测控技术的成功应用。2.1微机控制系统的组成微机控制系统包括硬件和软件两部分。硬件是微机控制系统的物质基础。它在软件的协调下运行，实现对生产过程或被控对象参数的检验，完成对生产过程或被控对象的控制任务。硬件包括:主机，外部设备，传感器和变送器，功率放大和执行机构，模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入和输出通道，接口电路和电源。控制系统的软件，指的是它的全部程序，包括系统软件和应用软件两大类。其中系统软件主要包括以下内容:(1)监控程序和操作系统监控程序是一种低级计算机的管理程序。它的功能是扫描键盘，实现人机对话，接受用户程序，显示、调试、修改和运行用户程序，显示和修改存储器中的内容。通电后立即进入监控程序，各种程序均在监控程序下运行。操作系统是一种微型计算机的大型管理程序，是在监控程序的基础上进一步扩展许多控制程序形成的。其主要功能是实现人机对话，管理微型机、存储器、vii操作台、外部设备、文件和作业进程。它控制各种软件，如汇编程序、解释程序、编译程序、I/0驱动程序、连接程序等。（2）汇编程序、解释程序和编译程序汇编程序用于把汇编语言程序变为计算机能够认识和执行的机器语言程序，也称为目标程序。例如MCS-51单片机仿真器里有MCS-51汇编程序，用户可以把自己用汇编语言编写的程序送入仿真器然后把它变为机器语言程序，再把这些机器语言程序固化到EPROM中，EPROM中的程序就可以在用户系统中执行。解释程序能把用某种程序设计语言写的源程序(如BASIC)，翻译成机器语言的目标程序，此目标程序是可执行程序。编译程序能把用高级语言编写的源程序，编译成某种中间语言(如汇编语言)或机器目标程序。应用软件是由微机控制系统的设计者编写的，对不同的系统，应用软件的差别也很大，就算是同一个系统，也会有多种应用软件。应用软件一般采用模块化结构，一个程序模块就是一个子程序。总的来说，这些子程序可分为两类:通用软件和专用软件。(1)通用软件通用软件在一般的微机控制系统软件设计中经常用到，常见的有以下几种：a.数制变换程序，例如二进制与BCD码之间互相转换程序；b.运算程序，包括加、减、乘、除、乘方、开方、函数运算等；c.数字滤波程序，用于对数据进行处理；d.工程量程序，在工程显示时往往会用到这类程序；e.查表程序，例如查找热电势对应的温度值；f.报警程序。(2)专用软件这是针对某一具体控制系统和不同控制规律编制的程序，常见的有以下几种:a.数据采集程序;b.输出程序;viiic.各种控制算法程序，例如PID算法程序。2.2微机控制系统的分类微型机控制系统有多种分类方法，这里是按单片机在系统中参与控制的方式来分。（1）生产过程的巡回检测和