基于DS18B20的温度继电控制系统.docx

基于DS18B20的温度继电控制系统
设计报告

设计者
班级
学号
武旭飞
0801212
2012213128
姚 磊
0891202
2012212594
陆 蒙
0891201
2012213084

完成时间：2014年6月4日星期三
目录
一、 实验题目…………………………………………………3
二、 实现功能…………………………………………………3
三、总体工作原理……………………………………………3
四、硬件设备…………………………………………………3
五、系统框图…………………………………………………3
六、硬件设计…………………………………………………4
1.单片机最小系统……………………………………4
2.温度传感器…………………………………………5
3.键盘液晶显示………………………………………7
4.继电器控制执行电路………………………………9
5.总电路连接图………………………………………10
七、心得体会…………………………………………………10

一、 实验题目
设计一个温度测量与控制系统，温度测量范围50-100℃，控温精度±0.5℃，采用继电控制水浴加热。
1、选择合适的温度传感器。
2、画出系统原理框图，并分析工作原理。
3、画出系统电原理图。

二、 实现功能
本设计能够实现通过继电器对液体进行水浴加热的控制 ，当温度低于50℃时，继电器控制开始水浴加热，当温度高于100℃时停止加热，从而实现对温度的控制。
三、 总体工作原理
本设计中温度测量采用的是DS18B20温度传感器，温度控制系统采用AT89S51作为微处理单元通过继电系统进行控制，同时采用4*4键盘把设定温度的最高值和最低值键入单片机的数据存储器，通过温度传感器把测得的温度信号传给单片机，与单片机里的数据相比较，通过继电控制来判断是否进行水浴加热。
四、 硬件设备
继电器 1个
DS18B20 1个
AT89S51芯片 1个
MAX232芯片 1个
LCD1602液晶显示器 1个
五、 系统框图
经过反复思索设计，整个系统可以分成以下几个部分：
AT89S51构成的控制电路、显示电路、温度传感器、键盘设定、继电控制、水浴加热

温度传感器DS18B20把所测得的温度送到AT89S51单片机上，经过单片机的处理，把温度在电路上显示，本系统显示器为液晶显示器LCD1602。通过键盘设定温度范围，将测得的实际温度与设定温度相比较，由继电器控制是否加热。
控制电路采用单片机最小系统同时完成控制、显示键盘采集温度等功能。
六、硬件设计
整个系统以单片机AT89S51为核心部件，在51最小系统外围添加了温度测量、键盘输入、液晶显示部分以及继电器构成的执行部件。
1. 单片机最小系统
本设计选择的芯片是AT89S51，其主要特点如下：4KB片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
单片机接口使用情况如下：
P1.3作为继电器控制端口；
P3.5作为温度检测元件输入端口；
P2口键盘扫描端口；
P0口作为LCD液晶显示数据输入端口；
P3口作为上位通信串口输入端。
单片机最小系统工作电路如图：

最小系统

2. 温度传感器
由于DS18B20芯片将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。DS18B20为单线数字温度传感器，支持“一线总线”接口，大大提高了系统的抗干扰性，应用于温控控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。DS18B20具有以下特性：
（1）、零待机功耗；
（2）、无需外部器件；
（3）、可通过数据线供电；
4）、温度以9位数字量读出；
（5）、独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯；
（6）、测温范围-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃内，精度为±0.5℃。
CPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令。
电路采用温度传感器DS18B20，可直接输出数字量，单线器件和单片机的接口只需一根信号线，所以本设计的硬件电路十分简单，容易实现。能达到0.5ºC的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法能达到0.2ºC以上的精度。DS18B20连接电路图如图所示:

3. 键盘液晶显示
本设计在键盘输入方面，选择常用的4*4扫描键盘，分别用作PID模式选择、温度设定值输入、确定或取消设置。
在显示方面，选用了常用的显示容量为16*2个字符的液晶显示模块LCD1602。
键盘及显示部分的连接图如图所示：

4. 继电器控制执行电路
电磁式继电器介绍：电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定电压，线圈中就会流过电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合，从而接通原来断开的电路；当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与静触点断开。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
继电器电路如图所示：

通过给I/O端口高低电位来控制继电器的通断，继而控制水浴加热是否执行，以达到控制水温的目的。其中三极管为控制开关作用，当接口为高电平，三极管截止，5V加不到继电器的线圈，继电器不吸合，此时不执行加热操作；当端口为低电平，三极管导通，5V通过三极管加到继电器线圈，继电器吸合，此时可以开始水浴加热。
5.总电路连接图见附件。

七、 心得体会
本次温度控制系统的设计，使我对单片机控制系统的了解更进一步。同时体会到团队协作的重要性，每个人在团队中都要找到自己擅长的部分。对相关软件的熟练应用也是设计过程中重要部分。