基于单片机DS18B20温度控制器课程设计

《单片机原理及应用》

课程设计报告

题目：温度控制器电路

专业：电子信息工程

年级： 2010级

学号： ********** 学生姓名： ******* 联系电话： ************ 指导老师： *******

完成日期：2013年5月30

摘要

随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。

本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有量程宽、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，有广泛的应用前景。

关键词：单片机；温度检测；AT89C52;DS18B20;

ABSTRACT

With the era of progress and development, the temperature test has affected our life, work, scientific research, each domain, has become a very important thing, be imperative system so the design of a temperature test.

This paper introduces a digital temperature alarm system based on AT89C52 mcu. Detailed description of the process of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development, focusing on the sensor under the SCM hardware connection, software programming and system flow of each module are analyzed in detail, on the part of the circuit are one one are introduced, the system can facilitate the realization of temperature acquisition and alarm, and can according to need any alarm temperature, it is very convenient to use, has a wide range, small volume, low power consumption, suitable for our daily lives and industrial, agricultural production in the temperature measurement, can also be used as a temperature processing module into other systems, as other auxiliary system. DS18B20 combined with AT89C52 to achieve the most simple temperature alarm system, the system is simple in structure, has the widespread application prospect.

Key word.Single chip microcomputer; temperature detection; AT89C52; DS18B20;

目录

摘要.............................................................. I ABSTRACT........................................................... I I 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 (1)

2.1 芯片介绍 (1)

2..1.1 DS18B20概述 (1)

2.1.2 STC89C52介绍 (2)

2.2系统结构框图 (3)

2.3程序原理叙述 (3)

3.电路设计 (3)

3.1硬件设计 (3)

3.1.1报警模块 (4)

3.1.2单片机最小系统电路 (4)

3.1.3温度采集模块 (5)

3.2软件设计 (5)

3.2.1流程框图 (6)

3.2.2程序设计 (6)

4、系统测试 (15)

5、总结 (16)

.参考文献 (17)

1 设计要求及方案选择

1.1设计要求

1制作完成温度检测系统

2温度检测精度1度

3温度控制在一定范围内,超出温度设定范围是报警(声光显示)

4将学号和姓名打印在铜板上

1.2方案选择

方案一：采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。

综上分析，我们选用第二种方案。

2 理论分析与设计

2.1 芯片介绍

2..1.1 DS18B20概述

DS18B20是Dallas公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感

器，与传统的热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可根据实际需求来编程实现9~12位数字值的读数方式。

DS18B20封装形式及引脚功能

图2-1-1 DS18B20封装形式和引脚功能

如图2-1-1所示，DS18B20的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。

DQ：数据输入/输出脚，与TTL电平兼容。

VDD：可接电源，也可接地。因为每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时VDD接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则VDD接+5V，多用一根导线，但测量速度较快

2.1.2 STC89C52介绍

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用宏晶科技公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了低功耗、高性能、低价格。

小管脚(40脚)的STC89C52单片机。如图2-1-2所示：

图2-1-2 STC89C52单片机

2.2系统结构框图

系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路五个部分。系统框图如图2-2-1 所示。

图

2-2-1系统结构款图

2.3程序原理叙述

其中温度采集模块负责利用DS18B20传感器实时采集温度数据，并将采集到的温度数据传输到单片机控制模块，单片机控制模块将检测到的数据进行处理后送到LCD 显示模块进行显示，同时将数据与系统默认的温度上限32°C 进行比较，如果检测到的温度超过32°C 或低于20°C ，就将发光二级管点亮进行报警。

3.电路设计

3.1硬件设计

3.1.1报警模块

报警电路用一个三极管驱动一只蜂鸣器组成，驱动信号由芯片的管脚RD/P3.7控制。当显示的温度不在设定的温度范围内，即不在TL与TH之间则驱动蜂鸣器发声报警，其电路如图3-1-1所示。

图3-1-1 报警电路

3.1.2单片机最小系统电路

在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C52单片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4K FLASH工艺的序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为12M 一个指令周期为1μS。使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主

包括：复位电路、震荡电路以及存储器选择模式，如图3-2-1所示

图3-1-2单片机最小电路

3.1.3温度采集模块

在硬件完成后,为了使作品能够实现预定的功能和效果,因此需要对环境温度进行采集.在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接如图3-1-3所示.

图3-1-3温度传感器接口

3.2软件设计

3.2.1流程框图

图3-2-1程序流程框图

3.2.2程序设计

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

uchar i;

sbit lcdrs=P2^5;

sbit lcdrw=P2^6;

sbit lcden=P2^7;

sbit d1=P1^3;

sbit d2=P1^4;

uchar code t0[]="Nou temp is C ";

uchar code t1[]="Make by teng bo ";

uchar code wendu[]="0123456789"; //利用一个温度表解决温度显示乱码

sbit DQ = P3^6;//定义ds18B20总线IO

sbit beep=P3^7;//蜂鸣器

//液晶显示模块

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=100;x>1;x--)

for(y=z;y>1;y--);

}

void write_com(uchar com)

{

lcdrs=0;

P0=com;

delay(5);

lcden=1;

delay(5);

lcden=0;

}

void write_date(uchar date) {

lcdrs=1;

P0=date;

delay(5);

lcden=1;

delay(5);

lcden=0;

}

void init_lcd()

{

lcden=0;

lcdrw=0;

write_com(0x38);

write_com(0x01);

write_com(0x0c);

write_com(0x06);

write_com(0x80);

for(i=0;i<16;i++)

{

write_date(t0[i]);

delay(0);

}

write_com(0x80+0x40);

for(i=0;i<16;i++)

{

write_date(t1[i]);

delay(0);

}

}

//温度采集模块

void tmpDelay(int num)//延时函数{

while(num--) ;

}

/******************************************************************** **********/

void Init_DS18B20()//初始化ds1820

{

unsigned char x=0;

DQ = 1; //DQ复位

tmpDelay(8); //稍做延时

DQ = 0; //单片机将DQ拉低

tmpDelay(80); //精确延时大于 480us

DQ = 1; //拉高总线

tmpDelay(14);

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

tmpDelay(20);

}

unsigned char ReadOneChar()//读一个字节

{

unsigned char i=0;

unsigned char 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;

tmpDelay(4);

}

return(dat);

}

void WriteOneChar(unsigned char dat)//写一个字节{

unsigned char i=0;

for (i=8; i>0; i--)

{

DQ = 0;

DQ = dat&0x01;

tmpDelay(5);

DQ = 1;

dat>>=1;

}

}

unsigned int Readtemp()//读取温度

{

unsigned char a=0;

unsigned char b=0;

unsigned int t=0;

float tt=0;

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作

WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作

WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器

a=ReadOneChar(); //连续读两个字节数据 //读低8位b=ReadOneChar(); //读高8位t=b;

t<<=8;

t=t|a; //两字节合成一个整型变量。

tt=t*0.0625;

t=t-5;

return(t);}

void display()

{

unsigned int num,num1; //定义的时候用uchar宏定义就会出错

unsigned int shi,ge,xiaoshu; //这里的num,shi,ge,xiaoshu 必须用unsigned int无符号整数来表示，用unshigned char 字符型则显示错误

num=Readtemp();

num1=num/10;

if(num1>32)

{d1=0;d2=0;beep=0;delay(500);}

if(num1<20)

{d1=0;d2=0;beep=0;delay(500);}

else

{d1=1;d2=1;beep=1;}

shi=num/100;

ge=num/10%10;

xiaoshu=num%10;

write_com(0x80+11);

write_date(wendu[shi]);

write_com(0x80+12);

write_date(wendu[ge]);

write_com(0x80+13);

write_date(0x2e);

write_com(0x80+14);

write_date(wendu[xiaoshu]); }

void main()

{ init_lcd();

while(1)

{

display();

delay(10);

}

}

4、系统测试

当温度传感器DS18B20接受到外界环境温度的变化时，如：将火苗靠近传感器或用电吹风对传感器加热等，这时传感器对这个信号进行采样处理，将这个数字信号输入到主模块单片机STC89C52中进行处理。由单片机的IO口将各个信号送入相应的单元电路，P3.7口接收数字信号，P2.5，P2.6,P2.7输出信号到位驱动，P1.0,P3.0,P3.1输出信号到段驱动，查看是否处于饱和区或截止区和输入一个高温临界点，最后在从单片机的P2.5脚接入高温报警电路控制部分，用于发光二极管和继电器的控制。检查焊接是否规范，线路是否接错，确保基本的错误没有后，接通电源，检查前级和后级，看看数码管是否正常显示，最后再加热传感器，使其达到设定的高温临界点，如果实现了报警，证明设计成功了，如果没有还需一级一级的仔细检查。

在焊接的过程中，为保证焊点牢固、接触良好与美观，不存在虚焊、假焊，在焊接前要用刀、断锯条或砂纸刮去或打光引脚引线上的油污、氧化膜或漆，直至露出光亮干净的表面，之后涂上松香溶液，其上搪一层锡。焊接时应掌握好温度及时间，焊接时间一般在3～5秒。若焊接时间过短，焊锡未与焊件充分浸熔易产生虚焊、假焊；时间过长，则将烫坏印制板的铜箔或元件。焊接时，烙铁头应同时紧贴引脚或引线头及印制板上的焊盘铜箔，当焊点温度升至焊锡熔点时，焊锡熔化即自动流到引线与铜箔间，形成锥状光滑焊点，之后迅速移开烙铁。焊锡未完全凝固前，不能移动或摇动被焊元器件。焊锡可事前熔在烙铁头上，亦可在烙铁贴在焊点加热时将其送入。

各元件焊接完毕，焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。

本设计是以温度采集及控制过程设计为总目标，以89C52单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、A/D转换接口、加热电路、LED数码管动态串行显示器等。

本设计的重点、难点是：

（1）要掌握温度传感器的原理、结构、应用等；

（2）考虑从非电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机的接口；

（3）熟悉MCS-51编程的技术，实现单片机对温度的调节控制；

（4）整体电路的仿真调试。

本次设计优点：采用的单片机STC89C52 性价比高；热敏电阻温度传感器转化温度的方法非常简洁且精度高、测试范围较广。

由于时间及精力所限，对温度控制系统做了整体设计，具体实现了其中的温度报警部分设计，即温度控制系统的采集、显示及报警模块。