精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 论 文题目：基于DS18B20的温度控制装置的设计姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 日期：2011年5月25日专心-专注-专业目录摘要在一些常见的温度控制装置电路中，一般使用通过热电偶，热电阻 或PN结之类的测温电路，然后经过相对应的信号调理电路，转换成A/D转换器能接收的模拟信号，在经过采样/保持电路进行A/D转换，最终进入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统信号调理电路实现复杂，易受干扰，不易控制且精度不高，往往给实际的生产生活带来很多不便。本文介绍单片机结合温度传感器DS18B20所设计的温控装置，本装置使用所用的温度传感器是一种新型的可编程集成电路，它不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路就可以直接与单片机连接完成数据采集和处理，实现方便，精度高，可根据不同需要用于各种场合。关键字： AT89S51, DS18B20， 温度控制AbstractIn some common temperature control device circuit, generally USES is through the thermocouple thermal resistor, or PN junction temperature measurement circuit, and then after the corresponding signal regulate circuit, again converted into A/D converter can receive analog signals, after sampling/keep circuit A/D conversion, and eventually enter the single-chip microcomputer and its corresponding peripheral circuit, complete monitoring. But as the traditional signal regulate circuit realize complex, vulnerable to interference, not easy to control and the precision is not high, is often given to the actual production and life bring a lot of inconvenience.This paper introduces microcontroller combined with the design of temperature sensor DS18B20, this device use auto-controlled system used in the temperature sensor is A new type of programmable integrated circuit, it does not require complex signal regulate circuit and A/D circuit can connect directly with single-chip microcomputer complete data acquisition and processing, realize high precision, easy, according to different need used for various occasions.Key word: AT89S51, DS18B20, temperature control1 引言1.1温度控制装置设计的意义当今社会，科技不断的进步，生活中越来越多的领域都会用到温度控制装置，而且温度控制的智能化更是显得越来越重要。智能化的温度控制装置一直都是一个未曾开发的领域，却也关系到人们生活的方方面面。在这种情况下，智能化温度控制装置的设计就显得十分具有实际意义。1.2温度控制装置设计的背景温度是在人类生活和科学生产中一个最最基本的物理量，我们的科学研究，生产活动都离不开温度。温度往往被用来作为表征对象和过程状态的最重要的参数。现在的生产生活中有许多生产资料必须有合适的温度才能正常工作或是使用。所以人们对温度测量的灵敏度和精度的要求越来越高。随着微电子技术的不断发展，使单片机越来越广泛的的被应用。单片机的体积小，成本低，工作稳定的特点使它能被很好的使用在简单的控制电路中。于是，形形色色，各种各样的智能温度控制器就像雨后春笋一样产生了。1.3温度控制装置设计的目的这次设计的目的是设计一个集温度测量和控制为一体的装置。它可以对温度进行实时的监控并且使温度恒定在一个温度段，最重要的是它可以自动实现温度的控制，避免了人的参与，有效地避免了很多意外的发生。1.4温度控制装置完成的功能本装置设计可以对温度进行实时的监控与控制，具体功能如下：通过三位共阴数码管来显示温度，精确到小数点后一位。三个按键来实现温度上下限的设定，当温度低于所设定的下限温度时，装置自动启动加热电路加热，使温度上升。当温度达到下限温度以上时，加热器停止工作；当温度高于所设定的上限温度时，装置自动启动风扇降温，是温度下降。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。当温度在上下限之间时，装置不工作。2 总体设计方案2.1方案一测温电路的设计一般使用热敏电阻，热电偶之类的感温器件将温度信号转换为电信号，采集后经过A/D转换误差校正后供单片机利用。2.2 方案二 如果是温度传感器与单片机结合使用的话，就可以采用DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值之后，进行进制转换，可供数码管显示。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。2.3方案二的总体设计本装置的电路设计方框图如图1所示，它由三部分组成:控制部分主芯片采用单片机AT89S51；显示部分采用3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。单 片 机DS18B20三位数码管显示加热继电器风扇继电器 图1 温度计电路总体设计方案(1) 控制部分单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路装置的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，装置使用5V直流电源供电。(2) 显示部分显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。(3) 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。a. DS18B20的性能特点如下：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2) 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3) 无须外部器件；4) 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；5) 零待机功耗；6) 温度以3位数字显示；7) 用户可定义报警设置；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9) 负电压特性，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。 b. DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚封装，如图2所示；DS18B20的内部结构，如图3所示。图2 DS18B20封装c.DS18B20内部结构主要由三部分组成：1) 64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。64位闪速ROM的结构如下：8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H）2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3) 高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。图3 DS18B20内部结构DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图3所示。低5位一直为，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式， Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH高温寄存器-TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器-TL 低温寄存器Byte4配位寄存器-配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byte8循环冗余码校验（CRC）图4 DS18B20内部存储器结构DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图4。TM R1R0 1 1 1 1 1图5 DS18B20字节定义由表1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制温度数据6。表1 DS18B20温度转换时间表：R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表2一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000