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( 基于AT89C51单片机的温度传感器控制电路

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    标    签:51单片机传感器

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    本文详细描述了用单片机控制DS18B20温度传感器

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    基于 A T 8 9 C 51 单片机 的温度传感 器控制 电路 朱获 张 常年 北方工业 大学信息工 程学 院 10( 刃4 1 摘 要 : 温 度是表征物体冷热程度的物理量 。 本文简要介绍 了采用 由 八T 8 9C5 1 单片机及温 度传感器组 成数据 采集 电路 , 加上 显示 电路和 控制 电路等, 根据温度数据测量 , 通过 控制 电路对温度进行控制 . 本系统 具有快 速显 示 、 测 量准 确、 精度高 、 可 调温 控范 围、 硬件结构简单等优点 , 是 一种比较经 济的温度控制系统。 该 系 统 的设 计使温度传 感器 正 向单片 集成 化 、 智 能化 、 网络 化 和 单 片系统 化 方 向发展 。 关键词 : 温 度控 制系统 ; D S1 8 B 20 ; AT 89 C5 1 : 单 线 制 B a s e d o n th e T e m Pe rat u re S e n s o r C o n tro lC ire u it A T 8 9 C 5 1 Z hu R u i Z h a n g C h a n g n ia n hin N o rth C a U n iv e r sity o f Te ehn o lo gy D ePart m e n t o f E le etri e al E n g in e erin g, 1 0( 犯4 1 Ab obj ar at ra Ct : Physical ec ts to th e cb tro e teriz a ti o n o f th e d egr ee of e o ld te m pe ra tU re s. T 五15 ps Per in d u ce s th e rCU e o m po sitio n an d te m pe ra tur e se n so r by th e A T 习9 C5 1 d ata a Cq u isiti o n e irc u i仁Plus sho w c ir CU it an d co n tro l c i it, co ing ure ure a rd to tem pe ra tur e d a ta m e as m en ‘e o n tro l eir CU it to co n tro l th e te m pe rat Th . e syste m 15 fa st, a c CU ra te igh dw m e a su re m e n t, h tro Pr e is io n , adj u sta b le te m pe ra tu r e co n l, th e h ar a r e 15 s lin Ple . A te m pe ra tUr e co n tro lsys te m 15 m o re 。而cal . 了比叨 沙 th is sy st em , an d th e de si gn ~ hiP in te li g en 仁n etw o rk in g an d e sys te m a ti e d ir ee ti o n . nso te m Pe ra t ir e se rs be in g yw Co C5 Ke o rd s : Te m pe ra tur e n tro l S ystem : D S 1 8 B 2 0 ; A T 8 9 1 : O n e 一w ay S yste m m on oli thi ca l y in te gra te d, 1 引言 本 设计 是采用 户口习9 C5 1 单片 机为核心 的温度控制 器 系统 , 可 以根据 实时采集 的温度 , 对数 字温 度信 号 进 行处理 , 然后 控制加 热或制 冷 。 采用 声丁8 9 C5 1 单 片机 最 小应 用系统进 行温度控制 的硬件 电路和 软件 部分 设计 , 将 户口习9 C5 1 芯片外 加扩展 系统及 一些 相应 的功能部件 , 经过 预研 、 硬 件设计 、 用 PR O T E L 绘 制原 理 图、 绘 制 板 图 、 制造 印刷 电路板 、 系统软 件的设计 、 仿真调试 、 程序 的固化 、 元 器件 的安装 、 焊板 等 一系列操作 , 最 后组成 一个温 度设 定 、 检 测 、 显示 和控制 的 自动调 节 系统 , 并使系 统 达到要求 的性 能指标。 不 断地将 控制 对 象 的参 数 和状 态转 换成 数字 量 , 经 过计 算 , 发 出控制 信 号 , 以控 制各 种 执行 部件 以达 到设 计 目 的 。 2 温度控制器 的设计 概要 . 21 温度 控制器主要 技术指标 l) 温 度控制范围碑0 ℃ ~ + 50 ℃ , 温 度控制误 差 士2 ℃ 。 16 9 2) 预置后 显 示预设置温度 , 启动后温 度控制实时显示实时温度 , 显示精确到 l℃,. 3 ) 可 设里 预设置 温度 , 启动后 由芯片控 制电阻丝和压 缩机来达到所预置 的温度, 温度超过预设置温度 士2 ℃ 时报替 。 4 ) 由电阻 丝与压缩机来分别负责温度的升高与降低 . 2. 2 设计方案 2. 2. 1 硬 件原理 图设 计 (如 图 , 所 示 ) 尤主阳 , C机5 1 目 D s1 8B 20 温度 l 传感器 控制 电路 电 阻丝 压缩 机 图 1 硬件 原理 图 D s1 8B20 温度传感器 : D S 1 8B 20 是 D A U 以咯 公司生产 的一线式数字 温度传 感器 , 具有 3 引脚 TO 一 92 小体 积封装 形式; 温度测量范 围为一5 ℃ ~ +l 25 ℃ , 可编程为 9~ 12 位 A 刃 转换精度, 测 温分辨率可 达 0. 06 25 ℃ , 被测 温度用符号 扩展 的 16 位数字量 方式串行输出; 其工 作电源 既可 在远端 引 入 , 也可采用寄生 电源 方式产 生 ; 多个 D s1 8B 20 可 以并联到 3 或 2 根线上 , CPU 只需一根端 口 线就 能与诸多 D s1 8B 20 通 信, 占用微处理 器 的端 口 较少, 可 节省 大量 的引线和逻辑电路 。 2. 2. 2 温 度控 制 系统 硬件 电路 原理 图 (见 图 2) 一士劝 1 70 1 尸, 一 . . . .. 性口. ,.. 旦犷 . 一- . 」 一 」. - - - - 飞 1 - , 一 ~ - -- - 气 . - -- - - , - - 1 一, 卫 . :1 落 「- 飞 r - - - 兮 . , , 卜巴里皿 少 .. -. : ~ , 自. 阅目甘 . . . I 图 2 温度控制系统原理 本系统是一个典型的闭环控制系统. 从技术指标可 以看出 , 系统对 控制精度的要求不 高, 对于升降温过 程 中的线性 也没有要 求 . 因此 , 系统采用 最简单的通 断方 式 , 即当所测温度 低 于设 定值 2 ℃ 时 , 接通 电阻 丝 的供电: 当所测 温度降到高于设定值 2 ℃ 时 , 接通压 缩机 的供 电; 当所测温度达到 设定值 的 士2 ℃ 时 , 两 者都 不 供电 . 3 主要芯片资料 的介绍 . 31 主控 制器 A r 8 9 C 5 1 ram and 月习9 C5 1 是一 种带 4 K 字节闪烁可 编程可擦除只读存储器 (FP ER O M- Fl ash Pro g ab le E ra , 山le Re ad o ul y M e mo ry ) 的低 电压 、 高性能 C M o ss 位微 处 理器 , 俗称 单片机 . 3. 2 管脚说 明 V C C : 供 电 电压 。 G N D : 接地 。 邢 口 : P0 口 为一 个 8 位 漏 级开路双 向 到0 口 , 每脚可 吸 收 8们几 门电流 。 当 Pl 口 的管 脚第一 次写 1 时 , 被定义 为 高阻输入 . PO 能够 用 于外部程 序数 据存 储器 , 它 可 以被 定义为数 据她址 的第八位 。 在 R A S H 编程 时, P0 口 作为原 码 输入 口 , 当 R 人S H 进 行 校验 时 , PO 输出原 码 , 此 时 P0 外 部 必须 被拉 高. P1 口 : Pl 口 是一 个 内部提 供上 拉 电阻的 8 位双 向 如 口 , Pl 口 缓冲 器能接收输 出 4 仁几 门电流 . PI 口 管脚写入 1 后 , 被 内部上 拉 为高, 可 用作输入 , P1 口 被外 部下 拉 为低 电平 时 , 将输 出电流 , 这是 由于 内部 上 拉 的缘故 。 在 凡人S H 编程 和 校验 时 , Pl 口 作为 第八位地 址接 收。 P2 口 : P2 口 为 一个内部上拉 电阻的 8 位 双 向 犯 口 , P2 口 缓 冲器可 接 收输 出 4 个 T IL 门电流 。 当 P2 口 被写 “ 1 ” 时, 其 管脚被 内部 上拉 电阻拉 高, 且 作为输入 。 并因此 作 为输入 时 , P2 口 的管脚被外 部拉低 , 将输 出电流 , 这 是 由于 内部 上拉 的缘 故。 P2 口 当用于外 部程序存储器 或 16 位地址外部 数据存储器 进行存 取时 , P2 口 输出地址 的高八位 。 在 给出地址 勺 ” 时, 它利用 内部上拉优势, 当对外 部八位地 址数据 存储器进 行读写时, P2 口输出其特殊 功能 寄存器 的内容 。 P2 口 在 R 人S H 编程 和校验 时接收高八位地 址信号和 控制信号 . P3 口 : P3 口 管脚 是 8 个带 内部 上拉 电阻的双 向 拍 口 , 可 接收输出 4 个 T r L 门 电流 。 当 P3 口 写入 “ 1 ” 后 , 它们 被内部上拉 为高电平 , 并用 作输入 . 作为输 入 , 由于外 部下拉 为低 电平 , P3 口 将输 出电流 (几L ), 这 是 由于 上 拉的缘 故。 R ST : 复位输入 。 当振 荡器 复位器件 时, 要保持 R S T 脚两 个机器 周 期 的 高电平 时 间 。 A L 日于R O G : 当访 问外 部存储 器 时, 地址 锁存允许的输 出电平 用 于锁存 地址 的地位 字节 。 在 R 人S H 编 程 期间 , 此 引脚用 于输入编 程脉冲 。 在平时, A LE 端以不变的频 率 周期 输 出正脉 冲信号, 此频 率为 振荡器 频 率的 116 , 因此它 可用 作对 外部 输 出的脉冲或用 于定 时 目的 。 然 而要 注 意的是 , 每 当用 作外部数据 存储 器 时 , 将跳过 一个 A LE 脉冲 , 如 想 禁止 A LE 的 输出可 在 SF R S E H 地 址上 置 0 。 此 时 , A LE 只有在执行 M O V X 、 M O V C 指令 时 A LE 才起 作用 。 另外 , 该 引脚被略 微拉 高, 如果 微处 理器 在 外部 执行状 态 A LE 禁止 , 置 位无 效。 川S E N : 外部程 序存储 器 的选 通信号 。 在由外部程序存储器取 址 期 间 , 每个机器周 期 两 次川S E N 有效。 但 在访 问外部数据存储 器 时 , 这两 次有效的川S E N 信号将 不 出现 。 压满八于 P: 当压A 保持低电平时 , 则在此 期间外部程序存储器 (阅加H . R 下F H ), 不 管是否有 内部程序存 储器 。 注 意加 密方 式 l 时 , 压人 将内部锁定为 R 卫S Er : 当正人 端保持高电平 时 , 此 间 内部程 序存储器 。 在 凡人S H 编程 期 间 , 此 引脚也用于 施加 12v 编程 电源 (VP P) . X T A L I : 反 向振荡放 大器 的输入 及 内部 时钟 工 作电路 的输入 。 X T A LZ : 来 自反 向振 荡器 的输 出 。 . 17 1 . 4 系统硬件及 软件设计 说明 4. 1 硬件 设 计 (1 ) 主机 由于系统控 制方案 简单, (2 ) 温度检测 数据量 也 不大, 因此 选用 声丁89 C5 1 作为控制 系统 的核心 。 本系统温 度检测 部分是采用 D al as 半导 体公 司生 产 的数字化 温 度传 感器 D s1 8B 20 。 (3 ) 电源 电路 电源 电路 由变压 器 , 整流 桥 , 滤波 电容和积 成 稳压 电路 M C78 12 T 及 M C 18 05 T 组成 , 由于 本系统 采 用 了抗 干扰 措 施 , 故 需 要提 供不 同 的信号 源 , 提供+ 1 2 v 和 + sv 电源 。 (4 ) 温度 显示 这 部分 由 3 个 PN’P 三 极管 85 0 和 3 个共 阳型 LE D 数码 管构成 。 其 中 PZ 口 驱动 数码 管 的八位 段选信号 , PNP 三 极管 85 0 做 驱动数 码 管的 片选信 号。 预置 时显示 预置温度 , 启动 后 显示实时控制温 度; 显 示 电路接 口 电路 采用 并 行 口 的动 态 显 示 电路 。 (5 ) 报替器 报 替 功能 由蜂鸣 器来 实现 , 当实时温 度超 出预置 温度范围时 , P0. 0 口 输 出低电平 经 电阻驱 动蜂鸣器鸣 叫 报替 。 (6 ) 键盘 为使系统 简单紧 凑, 本系统只 设 5 功能键 , 分别 是符 号位键 、 十 位 “ +l 0 ” 键 , 个位 “ +l ” 键 、 启动 键和 复位 键 , 它们 由 P1 口 低 4 位和第 9 管脚 ”R ST’ 作 为键盘 接口 。 利用符号键可 设置 预 置温度的正 定义堆栈区 负, 利 用+ 1 按键可 对预置温 度个位进 行加 1 设置 , 利 用+l 0 按键 可 对 预 置温 度十 位进行 加 10 设置 , 即可 实现- 4 0 ℃ ~ 5 ℃ 的温度设里 。 各部分初 始化 当预 置温度设 置好 后 , 可 通 过按 下 启动键 来 对温 度进 行 自动控 制 . 调 用健盘管理 子程序启动健 闭合 时 返回 调用温 度检侧 子程序 当前位侧 沮度送显示缓冲区 调用显 示子 程序 调用沮度控制子程序 图 3 软件 设计流 程图 4. 2 软件设计 4. 2 1 软件设计流程 图 (见 图 3 ) (l) 技术难 点 分析 因为 D S is B 20 检测到 的 12 位转化 后得 到 的 12 位数据 , 存储在 D S 1 8B 20 的两个 8 比特 的随机存 取储存 器 中, 二 进制 中的前面 5 位 是符号位 , 如果温度大于 0 , 这 5 位为 O , 如 果温度 小于 0 , 这 5 位 为 1 。 本设计 精度要求 为 2 ℃ , 因 为 12 位 转化 时 每一位 的精度为 0. 06 25 2 ℃ , 所 以我 们不要 求显 示小 数并可 以抛弃 36H 的低 4 位 , 将 35 H 中的低 4 位移入 36H 中的高 4 位 , 这 样获得 一个 新字节 , 这个 字节就 是 实际测 量 获得 的温度 , 这 个转化 温 度的方 法 很好 的解 决了 这 个问题。 当 D S 18 B 2 0 测得 的温 度是 O 以下 的时候 , 其输 出 的数字值就可 能 与预 置 的正 温度在进 行温 度控 制 比较时 出现麻烦 , 为 了便 于进 行 处 理 , 可将检测 到 的温度和 预置 的温度都 同时加上 50 都转换为 正数 后 再 比较, 过程 就 容易 多了, 但 是要 注 意把负号显示 出来 。 172 精确 12 ℃ , 这个要求不是很高, 为了使所测温度更精确, 我们可 以这样处理 这个问题 . 12 位的数字表 示 一个温 度 , 而后 4 位只 能表 示不 足 l 的量 , 并且第 四位如果 是 1 的话 就一定 大于或 等于 oj 而 小于 12 ℃ , 若是 0 的话 就不 足 0. 5 , 这 样只 需要判断第四位是否 是 1 来确 定前面 的温 度值 是 否加 1 . (2 ) 功能 模块 根据工 作流程 分析 , 系统软件可 以分为以下 几个功能模块 . 键盘管理模块 : 检测键盘输入 , 接收温度预置, 启动系统工 作. 显示 模块: 显 示 设置温度及 当前温度 . 温度检测 模块: 检测 当前温度 并传送 当前数字温 度。 温度控制模块: 根据检测到 的温 度控制 电阻丝 和压 缩机工 作. (3 ) 资源 分配 数据存储器 的分配 与定义如表 1 所示 . 地址 35H ~ 36H 3 7H 38H ~ 3AH 3BH 3Q 王 3DH 3 曰王 3 目1 ~ 4 1 H 4 2H 印H ~ , FH 表 1 温度控制软件数据存储 器分 配裹 功能 当前检测 沮度 , 高位在前 预t 温度 B C D 显示 级冲 区, 符 号. 十 , 个 二进 制 显示 级冲 区 当前检侧 变换 后 的带符 号 温度 当前检侧 沮度加 5 0 后暂存区 预t 温 度加 5 0 后哲存 区 转换 哲 存 区 D S 18 B 20 存在标 志位 堆栈 区 名称 T E M于E R N ~ 丁E M少E R L 盯 吵it, t b i? b _ b it BT 丁石M PE R N 们洛 甘七 服 SIU ST I, STZ , S力 n 人O 初始 化 值 《喊)H ‘幻H 加H 加H 加H 加H 加H 加H 加H 程 序存储器 : FP ER O M 的地 址 范 围为 阅加H ~ 0班叨1。 拍 口: . Pl 0 ~ P13 键盘输入 ; . Pl 6 、 . PI 7 压缩机控制和 电路控制; — — e PO . 介一一报警控制; . PO l 温度 “ 一线总线” 接。 5 结束语 本 文 简要 介绍 了 “ 基 于 八T 89 C5 1 单片机 的温度传 感器控制电路从而 实现 对 温度 的实 时控制 ” 的基 本应 用 , 并指 出 了它 在现代信息 科 学 中的地位 。 有 一些基 础 的理论 问题 和技 术 问题还 在 继续研究和 发展 中。 目前 , 温度传 感器 正 向单片 集成化 、 智 能化 、 网络化 和单片系 统化 方 向发展 。 此温度控 制 系统 主 要应用 于需要 可控 制 温度的地 方 。 本系统具有 快 速显 示 、 测 量准 确、 精度高、 可 调温 控范 围 、 硬件结构简单等优 点 。 是一 种比 较经济的温度控制系统 。 然 而 , 这毕 竟是一个很难的课题 , 它 涉及 广泛 的科 学 技术 问题 , 目前仍在 研 究和 开 发的过 程中。 参 考文 献 1[23卜5 ŽJ.J工FJ.. 秦增 煌主编. 《电工 电子技术 》上 、 下册. 高等教育 出版 社, . 20 1 7 张迎 新, 杜 小平 , 樊桂花 , 雷道振主编. 《单片机初级教程》. 北京 : 航空航 天大学 出版 社, 2口吠, . 6 吴 金戍 , 沈庆 阳 , 郭庭 吉编著. 《8 05 1 单片机实践 与应用 . 》 清 华大学出版社 , 20 1 9 沙 占友主编. 《集 成化智能传感器原 理及 应用》. 电子工业出版社 , 0 1. 1 杨 帮文主编. 《新 型集成器件 实用 电路》. 电子工业 出版 社 , 2 0() . 2 8 . 173 . 【付 张勇瑞 , 刘振起 等主编. 《电子测 盈基础》. 西安: 电子科技大学出版社 , 1 994. 12 [v] 金发庆主编. 《传感器技术与应用 》二机械工 业 出版社 , 2 0 2. 1 作者简介 朱毅 , 男, 1 98 3 年生 , 江 苏省镇江市 , 硕士研 究生, 主要研 究方 向为大规模集成 电路 的设计. . 174 。

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