1、 存档编号 华北水利水电学院 North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 设 计 题目 基于单片机的温度控制 学 院 信息工程学院 专 业 电子信息工程 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 教务处制 华 北 水 利 水 电 学 院 毕 业 设 计 任 务 书 设计题目：基于单片机温度控制系统 专 业： 电子信息工程 班级学号： 姓 名 : 指导教师： 设计期限： 院 系： 信息工程学院 2011 年 3 月 07 日 华北水利水电学院毕业设计 1 毕业设计任务书 一 设计题目：单片机的温度控制系统 二 设计目
2、的 对 大学期间所学的知识进行了一个全面、系统的总结，锻炼理论和实践相结合的能力，了解电子产品设计的一般设计过程，熟练掌握 Keil C,Proteus 等专业软件，掌握电子电路调试的方法，独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，正确选择元器件与材料，能对设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正确编写设计报告。 三 设计内容 利用单 片机与 DS18B20 设计一个温度控制系统，四位数码显示。要测的环境温度通过一线温度传感器 DS18B20 采集，然后通过 C52 单片机处理并在数码管上显示，同时单片机控制 5V 继电器，用于对温度进行实时控制操作，当温度上升到达某一
3、定值，开继电器（继电器常开端接有降温电器）；当温度下降到某一定值，开另继电器（继电器常开端接有升温电器）。 四 任务与要求 1 熟悉单片机芯片，了解单片机指令集和汇编语言。 2 熟悉 Proteus 软件，并用来设计应用系统原理图。 3 对系统进行分析，画出流程图。 4 阅读文献，编写开题报告，设计方案 不少于两种，并且进行论证。 5 翻译不少于 2000 字的外文资料。 6 编写各个流程图中相应模块的程序。 7 使用 keil软件进行调试并和 Proteus 相结合进行相应的仿真。 8. 将软件和硬件相结合进行相应的编码测试及整个软硬件系统的综合测试，实现功能，并达到性能要求。 9. 按论文
4、的规范撰写论文。 五 时间安排 第 3 周 ：与设计内容相关的学习； 第 4 周 ：完成开题报告； 第 5-6 周 ：编写软件程序； 第 7-8 周 ：完成硬件电路设计，购买相关器件； 华北水利水电学院毕业设计 2 第 9-11 周：软硬件系统调试； 第 12 周 ：撰写论文 ； 第 13 周 ：修改打印； 第 14 周：论文答辩。 六 重点 研究问题 1如何实时显示温度 2如何实现单片机对大功率电器的控制 六 参考资料 1 Proteus 软件 ,“资料下载” 2 http:/ 3 童诗白 华成英 .模拟电子技术基础，高等教育出版社， 2003 年 4. 李广弟 .单片机基础 ，北京航空航天
5、大学出版社， 1994 年 5. 刘守义 .单片机应用技术，西安电子科技大学出版社， 2002 年 6. 关德新、冯文全 .单片机外围器件实用手册，北京航空航天大学出版社， 1998 7. 李 钢 .1-Wire 总线数字温度传感器 DS18B20 原理及应用 .现代电子技术 J,2005 8. 陈跃东 .DS18B20 集成温度传感器原理与应用 J.安徽机电学院学报 ,2002 9. 阎石 .数字电子技术基础（第三版） M. 北京：高等教育出版社， 1989 10.金伟正 .单线数字温度传感器的原理与应用 J.电子技术与应用， 2000 华北水利水电学院毕业设计 3 华北水利水电学院本科生毕
6、业设计开题报告 学生姓名 学号 专业 电子信息工程 题目名称 单片机的温度控制系统 课题来源 自选 主 要 内 容 本课题实验的设计方案： 本系统的电路设计，它主要由四部分组成 :控制部分主芯片采用单片机89S52；显示部分采用四位 LED 数码管以动态扫描方式实现温度显示；温度采集部分采用 DS18B20 温度传感器； 继电器控制模块。 （ 1） 软件系统设计方案： 系统程序主要包括主程序，但是 ds18b20 初始化程序，读出温度子程序， ,温度处理并显示子程序，继电器控制子程序。 1） 系统的总流程图（如下图） 2）主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理 DS18B20
7、 的测量的当前温度值。 读出的数据放在不同的两个单元中。温度低 8 位放在temp-data0 ， 温度高 8 位放在 temp-data1 。 3)读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需进行 CRC 校验，校验有 错时不进行温度数据的改写。 DS18B20 的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有 12 位数，小数 4 位，整数 7 位，还有一位符号位图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震
8、荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间 由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 -55 所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中。 3）温度处理并显示温度子程序 读出温度放在 temp-data1 temp-data0暂存寄中，对读出的温度进行处理，然后用软件把温度显示在数码管上。 4）继电器控制子程序 当温度高于设定温度时，启动降温继 1 电器；当温度低于设定温度 2 时 启动升温继电器。 华北水利水电学院毕业设计 4 系统
9、总流程图 1. 软件调试 使用 keil 软件对程序的正确性和功能进行初步的调试和仿真，随后使用proteus 软件进行原理图的绘制并将 keil编译生产的 hex文件导入相应的单片机仿真部分中进行整体设计的原理性仿真，由于 proteus 中可能缺乏某些实际产品中相应的仿真元器件，因此将采用电灯泡或电机等替代性显示来获取相应的原理仿真的结果。 2. 硬件、软件 综合 调试 在 经过硬件、软件 的 单独调试 之 后，即可进入硬件 和 软件联合仿真调试的 阶段 。 开 始 初始化DS18B20 显示当前温度 判断当前温度值 超过设定 温度上限 启动风扇 降低温度 灯亮并启动风扇 降低温度，启动风
10、扇 降低温度 设定温度上、下限 启动电热炉升高温度 是 否 低于设定 温度下限 是 灯亮 否 华北水利水电学院毕业设计 5 采取的主要技术路线或方法 1. 使用 C 语言对程序进行模块化的编写和组合。 2. 使用 keil 软件进行程序的仿真和调试。 3. 使 用 proteus 软件对整体原理图进行绘制并实施主要控制模块 -单片机的功能上的仿真。 4. 软硬件综合性的仿真。 预期的成果及形式 1. 实现对当前温度的动态显示 2. 实现进行控制 时间安排 第 1-2 周：查阅相关文献； 第 3 周：与设计内容相关的学习； 第 4 周：完成开题报告； 第 5-6 周：编写软件； 第 7-8 周：
11、完成硬件电路设计，进行相应芯片选型和购买相关器件； 第 9-11 周：性能调试； 第 12 周： 撰写论文； 第 13 周： 修改打印； 第 14 周： 论文答辩 指导教师意见 签 名： 年 月 日 备注 华北水利水电学院毕业设计 I 摘 要 近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、 冶金、化工、建材、机械、食品、石油 等各个行业。而 温度的测量及控制变得越来越重要， 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的
12、温度箱等， 传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。所以 采用单 片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还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。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。 随着新技术的不断开发与应用，传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差， 温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。 本 设计 详细地讲述了基于单片机 STC89S52 和温度传感
13、器 DS18B20 的温度控制系统的设计方案与软硬件实现方 案。系统采用数字温度传感器 DS18B20 采集温度数据，数码管同步显示当前测量值，可通过 程序对 温度 进行 设定值。当温度低于设定值时，单片机控制继电器启动加热器加热，同时 与它相连的 发光二极管 亮 ，当温度高于设定值时，加热器停止加热， 降温继电器工作， 同时 与它相连的 发光二极管 亮， 从而实现了测量和控制温度的目的。系统稍微改装可以作为生物培养液温度监控系统，可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。系统具有控制方便、 结构 简单和灵活性大等优点，经过反复测试，系统能够稳定运行。 关键词 : 温度； STC89S
14、52；单片 机；控制 华北水利水电学院毕业设计 II ABSTRACT With the development of the society, the control and measure of temperature become more and more important， The temperature is the ever-present physical quantities in daily life, the control of the temperature in various fields have positive significance. Many ind
15、ustry there are a large number of electricity heating equipment, such as to be used in heat treatment furnace, used to melt metal of the crucible resistance furnace and various different uses of temperature box, etc, Useing onolithic control of them has not only control convenient, simple, flexible,
16、 but also features could increase the technical indexes of accused of temperature, thus greatly improve the quality of the products. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted. The design and implementation of temperature control system based on single chipmicrocon
17、troller AT89S52 and DS18B20 are introduced in this paper. Temperature data are collected by DS18B20, temperature settings and current measurements are displayed by digital tube, the temperature settings can be change by the key-presses with 1 step. The default temperature value is 0123. When the tem
18、perature is under the settings, the heater starts with the red-led on,oppositely, the heater stopped heating when the temperature is higher than the set value. System can be as creature nutrient-containing medium temperature monitoring system after being modified slightly, and can do water heater te
19、mperature regulation system, lab temperature monitoring system, etc. The system is control convenient, simple, flexibility. After repeated testing, the system can operate stabl. Keyword: temperature; STC89S52; MCS; control 华北水利水电学院毕业设计 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章 引 言 . 1 1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史
20、及意义 . 1 第 2 章 总体设计方案 . 3 2.1 方案一 . 3 2.2 方案二 . 3 第 3 章 单片机 STC89S52 的结构与原理 . 4 3.1 STC89C52 简介 . 4 3.2 STC89SC52 的引脚说明 . 5 第 4 章 温度控制的硬件设备 . 11 4.1 温度传感器的选择 . 11 4.1.1 DS18B20 的性能特点 . 11 4.1.2 DS18B20 的内部结构 . 11 4.1.3 DS18B20 内部结构主要组成部分 . 12 4.2 DS18B20 的 工作原理 . 14 4.2.1 DS18B20 的工作时序 .14 4.2.2 DS18B20 的测温原理 . 16 4.2.3 DS18B20 的测温流程 . 17 第 5 章 系统的硬件设计 . 18 5.1 温度采集电路 . 18 5.2 数码管的温度显示电路 . 18 5.2.1 数码管的分类 . 18 5.2.2 数码管的驱动方式 . 18 5.2.3 本设计的数码管驱动 . 19 5.3 温度控制电路 . 20 5.4 晶振电路 . 21 5.5 复位电路 . 22 第 6 章 系统软件设计 . 23 6.1 系统软件设计整体思路 . 23 6.2 系统程序的流程图 . 23 第 7 章 电路仿真与分析 . 29
