自动温度控制系统的设计

上海电力学院电子系统设计实验报告

题目：自动温度控制系统的设计

院系：电子和信息工程学院

专业：电子科学和技术

班级：2013142班

学号：20132481

姓名：当当当

自动温度控制系统的设计

1、任务要求

以单片机为核心控制器件，通过温度传感器进行温度测量，设置温度的上下限。当温度超出正常范围，则由指示灯和蜂鸣器报警提示。当温度低于下限值时，要求通风电机停转，当温度高于上限值时，通风电机转动。

2、设计方案

本设计是对温度进行实时监测和控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：设定需求的温度为30~60摄氏度，当温度低于设定温度下限30摄氏度时，指示灯和蜂鸣器报警提示并且通风电机停转，使温度上升。当温度高于设定温度上限60摄氏度时，指示灯和蜂鸣器报警提示且通风电机转动，使温度下降。当温度达到设定温度界限时，通风机停止工作。为了实现以上功能首先完成了系统的整体设计，硬件以及软件的设计。在硬件上采用了由DS18B20温度传感器采集温度，送入单片机和设定温度进行对比处理，再通过显示器进行显示使其很直观的了解当前的状态。在软件设计上完成了系统的各个功能程序以及流程图包括系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等，并且采用和C51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。

总体设计框图

3.硬件电路设计

3.1最小系统

3.1.1 AT89C51的单片机

采用STC89C51芯片作为硬件核心。STC89C51内部具有8KB ROM 存储空间,512字节数据存储空间，带有2K字节的EEPROM存储空间，和MCS-51系列单片机完全兼容,STC89C51可以通过串口下载。

引脚介绍

①主电源引脚（2根）

VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源

GND(Pin20)：接地线

②外接晶振引脚（2根）

XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端

XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端

③控制引脚（4根）

RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号

PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号

EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。

④可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7

3.1.2 复位电路

当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻和电源VCC接通而实现的。

3.1.3振荡电路

本次温度控制报警器设计所选用的晶体振荡器频率为12Mhz，所选用电容大小

为22pF。通过计算可得单片机的工作周期为：（1÷12M）×12=1us。

3.2 DS18B20传感器介绍

3.2.1 DS18B20特点

1）采用DALLAS公司独特的单线接口方式：DS18B20和微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器和DS18B20的双向通讯；

（2）在使用中不需要任何外围元件；

（3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V～+5.5V；

（4）测温范围：-55～+125℃。固有测温分辨率为0.5℃。当在-10℃～+85℃范围内，可确保测量误差不超过0.5℃，在-55～+125℃范围内，测量误差也不超过2℃；

（5）通过编程可实现9～12位的数字读数方式；

（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；

（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；

（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作；

（9）DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；（10）适配各种单片机或系统；

（11）内含64位激光修正的只读存储ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码(CRC)之后，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。

3.2.2 温度采集电路

传感器数据采集电路主要是DS18B20温度传感器和单片机的接口电路。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式考虑到实际使用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，I/O口接单片机的P2.7口。

3.2.3 DS18B20控制方法

DS18B20有六条控制命令：

温度转换44H 启动DS18B20进行温度转换

读暂存器BEH 读暂存器9个字节内容

写暂存器4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节

复制暂存器48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中

重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU