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-简易温度控制系统的设计摘要:温度是人类生活环境中基本的参数之一,温度的改变会对人的日常生活和生产产生很大的影响,因此,研究和改善温度的测量和控制方法具有非常重要的意义。本课题主要由温度传感器DS18B20作为测温器件,用LCD12864液晶作为显示模块,以MSP430g2553单片机作为处理器和报警控制四大部分组成。系统程序主要由主程序,显示程序和测温程序组成,该系统可以实现现场温度采集并显示,超过温度上限值自行降温,低于温度下限值进行自动加温的功能。由于采用智能型的温度传感器DS18B20作为测温元件,因此,与传统的测温电路相比,系统的硬件电路更为简单。关键字:温度传感器DS18B20;测温; 显示; 控制 Design of a Simple Temperature Control SystemAbstract: The temperature is one of the basic parameters of human living environment, temperature changes will have a great impact on peoples daily life, and therefore, measurement and control method research and improve the temperature has a very important significance, this paper mainly by the temperature sensor DS18B20 as the temperature measurement device, using LCD12864 as a liquid crystal display module, taking MSP430g2553 MCU as the processor and the alarm module four parts. System program is composed of main program, display program and measurement procedures, the system can realize temperature acquisition and display, over temperature upper limit to cool, over temperature lower limit value for automatic heating function. Because of using intelligent temperature sensor DS18B20 as the temperature sensor, therefore, compared with traditional system, the hardware circuit of the system more simple.Key words: DS18B20 temperature sensor; Temperature ; Display; Control绪论人类的生活环境中,温度扮演着及其中演的角色,人们无时无刻不与温度打交道。18世纪工业革命以来,工业的发展与是否掌握温度有着密切的联系,生产过程中的温度的控制效果直接影响到产品的质量。在传统的温度控制系统中,对于不同的场合,不同的工艺,所需温度的范围不同,精度不同,采用的测温元件,测温方法以及对温度的控制方法也不同。相同的环境,采用不同的测温器件,不同的测温方法,所得到的数据也有很大的差别,在生产环境较差或是温度较高的场合,为了保证生产过程的正常安全的进行,提高产品的质量和生产效率以及最大限度的减少工人的劳动强度和合理的利用资源,就要求对生产过程中的温度进行检测,显示,控制,使之达到人为的要求,因此,我们需要一个简单,高效,稳定,试用性好的控制系统。温度控制的发展大致经历了:(1)模拟,集成机械式温度控制器,(2)电子式智能温度控制器这两个阶段。目前国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式,电子式由集成化向智能化,网络化的方向发展。现在基于单片机的温度控制系统在生产,生活以及节约能源等方面发挥了重要作用。近年来,国内基于单片机的温度控制系统在技术上得到迅速发展,性能不断完善,功能不断增强,适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长,进入21世纪后,智能的温度控制系统正朝着高精度,多功能,高标准,高可靠性及安全性,研制单片机测温控制系统等高科技的方向迅速发展。与国外相比,我国仍然处于起步晚,高度低,技术创新能力薄弱的情况,技术密集型产品明显落后于发达国家。因此,我们要在产品的科技含量上多努力,不断地提升产品的质量和科技含量,使产品向着更加智能化的方向发展,努力缩小同发达国家的差距。基于当前社会和科技的发展,智能化的控制系统越来越受到人们的亲睐,它即节省人力和物力,又安全可靠。单片机作为可编程的控制器在小型的自动控制系统中发挥出越来越大的作用。温度作为系统经常需要测量,保持和控制的一个物理量,在工业,农业和日常生活中都需要对温度进行检测和控制。以单片机为核心的温度控制系统是一个简单实用的温度控制系统,该温度控制系统具有控制参数设置方便,控制精度高,稳定性好,结构简单,价格低廉等优点。克服了传统控制的系统复杂,精度小,成本大的缺点,适于普遍性生产和应用,对人们的生活和生产效力的提高有很大作用。 本设计以MSP430g2553单片机为核心,采用DS18B20温度传感器作为测温器件,以LCD12864作为液晶显示,采用C语言编程的方式实现对水温的控制,适用于环境参数经常变化的小型水温控制电路。1 基本任务与设计要求1.1 水温控制系统概述本文介绍的是一个以MSP430单片机为控制核心的水温控制系统,此系统通过人为设定控制温度,主要采用DS18B20作为温度传感器,用LCD12864液晶作为显示模块,以MSP430单片机作为处理器,该系统应该具有现场温度采集并显示,超过温度上限值自行降温,低于温度下限值进行自动加温的功能,最终实现水温的恒定。该系统具有温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等优点,且控制方便、显示直观、性能稳定、可靠性高。1.2 设计任务与要求(1)系统的基本任务能用DS18B20检测出实时水温,并显示出实时温度值。(2)主要性能指标a.温度采集范围:温度采集范围为2080最小区分度为1;b.用液晶屏显示实际测得的水温;误差小于1;(3)扩展部分水温范围可由人工设定,并能在水温低于设定的最低限度时报警并加热,高于设定的最高限度时报警并降温。1.3 系统组成本系统是一个典型的检测、控制型应用系统,它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电热丝加热及风扇的转动以实现水温控制的全过程。因此,以430单片机为核心组成一个检测,控制系统,以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外,单片机的使用特为实现水温的智能化控制以及提供完善的人机界面提供了可能。根据设计任务基本要求,本系统应具有以下基本功能:(1)可以实时显示水温实测值(或室内温度);(2)可以调整控制参数,满足不同控制对象与控制性能要求;(3)可以进行温度设定,并自动调节水温给定的温度值;(4)具有报警功能(水温超过设定范围,指示灯亮,蜂鸣器响);2 系统总体设计和方案论证2.1 系统总体设计框图本系统以MSP430单片机为核心,采用了温度传感器DS18B20测水温,用LCD12864显示器显示实测温度,以LED灯和蜂鸣器作为报警电路,采用风扇进行自动降温。2.1.1 系统总体设计过程框图 整体电路设计查资料软件和硬件的划分软件部分各模块的设计,修改硬件部分的设计,修改软硬件的结合,调试结束图1 设计过程框图 系统总体软件设计包括四部分:主机控制部分(MSP430)、温度采样部分、温度控制部分和显示部分。单片机基本系统2.1.2系统电路框图 显示电路传感器报警控制电路 图 2 水温控制电路总体框图2.2 设计思想 此次设计采用智能温度传感器DS18B20进行温度数据的采集,以单片机MSP430为数据处理核心,对采集的数据进行分析,处理,将处理的数据在传送到液晶显示屏LCD12864上显示实际测得的水温,由于温度传感器可以将采集的数据转换成二进制代码,只需一根数据线就可以传送数据,LCD12864无需译码器就可以显示汉字和字符,整个设计的外围硬件电路将大为简化,系统主要以软件来实现。2.3 温度采样部分方案论证2.3.1 方案一由于本设计是测温电路,可以采用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D 转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D 转换电路,其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算,资源消耗较大,调试比较复杂。而且在对采集的信号进行放大时容易受环境温度的影响出现较大的偏差且过程比较复杂。采用热电偶采集温度,需要配备专门的芯片进行测温,成本较高,调试较复杂2.3.2 方案二考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用温度传感器,所以可以采用温度传感器DS18B20对水温进行采样,此传感器无需经行A/D转换,将采集的温度数据直接进行送人单片机进行处理,可以很容易直接读取被测温度值。DS18B20的温度测量范围为-55+125,固有分辨率为0.5,支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在一条三线上,实现多点测温,电路结构简单,精度高,而且使用单片机的接口便于系统的再扩展,满足设计要求。从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,费用较低,可靠性高,软件设计也比较简单,故采用了方案二。2.3.2.1 温度传感器DS18B20 图3 DS18B20的引脚和封装图引脚定义1:(1)DQ为数字信号输入/输出端;(2)GND为电源地线;(3)VDD为外界供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)图4 DS18B20的内部结构图DS18B20 的主要特性:(1)适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电;(2)独特的单线接口方式,DS18B20 在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;(3)DS18B20 支持多点组网功能,多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上,实现组网多点测温;(4)DS18B20 在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内;(5)温范围55125,在-10+85时精度为0.5;(6)可编程的分辨率为912 位,对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高精度测温;(7)在9 位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字,12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字,速度更快;(8)测量结果直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力;(9)负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。2.3.2.2 DS18B20温度数据的计算处理方
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