基于单片机的温度控制系统设计论文
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以数字电路和模拟电路为硬件基础
以汇编语言为软件实现语言
功能概述：在该环境温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制，增强了设计的通用性，适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器，它不仅具有较高的精度，而且适用电压宽。同时采用了3x4矩阵扫描键盘输入，显示设备等外围扩展芯片。温度控制分为升温和降温控制，升温控制和降温控制分别采用继器来控制外部的升温和降温设备。软件部分采用流程图来表示，对各个子程序进行说明，包括控制算法，偏差计算等。控制是否升温或降温。
Keywords:Single chip microcomputer; keyboard; Stable temperature; Display; temperature control
摘要I
AbstractII
4.1主程序20
4.2温度采集子程序22
4.3数据转换子程序22
4.4动态显示子程序23
它由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。
输入/输出引脚P0、P1、P2、P3的功能：
P0.0~P0.7（32~39脚）：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。在EPROM编程时，由P0输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。P0能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。
学 生 姓 名:
张震
指 导 教 师:
曾丽教师
摘 要
随着电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。本设计使用单片机作为核心进行控制。为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用,本文介绍一种应用AT89C52单片机设计的温度控制系统。该环境温度系统采用温度传感器DS18B20通过I2C总线通信来获得当前温度，并与从3X4矩阵键盘输入的温度值进行验证，系统自动控制升温或降温的操作，将温度稳定在所设定的温度值。经实际制作表明该环境温度控制系统具有体积小、操作灵活、可靠性高、实用、成本低等特点,适合住宅和各类温室温度的控制,具有一定的实际意义。
P1.0~P1.7（1~8脚）：P1是一上带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和验证程序时，由它输入低8位地址。P1能驱动4个LSTTL负载。
P2.0~P2.7（21~28脚）：P2也是一上带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，由它输出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证时，由它输入高8位地址。P2可以驱动4个LSTTL负载。
P3. 0 ~P3. 7（10~17脚）：P3也是一上带内部上拉电阻的双向I/O口。在MCS-52中，这8个引脚还用于专门的第二功能。P3能驱动4个LSTTL负载。
P3.0 RXD（串行口输入）
P3.1 TXD（串行口输出）
P3.2 INT0（外部中断0输入）
P3.3 INT1（外部中断1输入）
P3.4 T0（定时器0的外部输入）
1.只要求一个端口即可实现通信。
2.在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
3.实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
4.测量温度范围－55到＋125。
5.数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
6.内部有温度上、下限告警设置。
2.3.2 DS18B20
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.1所示。
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E2PROM。
高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如图2.3所示。前2字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图2.4所示，其中，低5位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置为0，用户不要去改动；R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表2.1。
武汉工程大学邮电与信息工程学院
毕业设计（论文）说明书
2015届毕业设计(论文)
题 目
基于单片机的温度控制系统设计
专业班级
2011自动化02
学号
6102150230
姓名
张震
指 导 教 师
曾丽教授
学 院 名 称
武汉工程大学邮电与信息工程学院
2015年5月20日
基于单片机的温度控制系统设计
Design of a Temperature-Control based on the single-chip
第
2.1
随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。
2.1.1
1．具有优异的性能价格比
2．集成度高、体积小、可靠性高
3．控制功能强
4．低电压、低功耗
2.1.2
关键词：单片机；键盘；稳定温度；显示器；温度控制
Abstract
With the continuous development of electronic products to intelligent and miniaturization, microcontroller has become electronic product development and the development of the preferred controller. In order to better promote the application of single-chip microcomputer in the actual life and production, this paper introduces a design which AT89C52 single chip microcomputer temperature control system is used.The environment temperature system adopts the temperature sensor DS18B20 through the I2C bus communication to get the current temperature, and with temperature from 3x4 matrix keyboard input validation, the system automatically control the operation of the heating or cooling, to keep the temperature stable according to the set. The practical production shows that the temperature control system has small volume, flexible operation, high reliability and practical, low cost, suitable for residential and all kinds of greenhouse temperature control, has a certain practical significance.
P3.5 T1（定时器1的外部输入）
P3.6 WR（片外数据存储器写选通）
P3.7 RD（片外数据存储器读选通）
2.2
一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：
3x4矩阵键盘输入。
由温度采集。
4.5温度控制执行子程序24
4.6键盘输入中断服务子程序26
附录29
致谢42
第
1.1
在生产过程中，温度的控制是十分常见的。国内已相继出现各种以微机为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。在日常生活中，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往需要室内拥有一个合适的温度，而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。近几年来单片机因其独特的，方便，快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中。
图2.1 DS18B20内部结构框图
64位ROM的位结构如图2.2所示。开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有48位；最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限数据。
图2.2 64位ROM的位结构图
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图2.3 高速暂存RAM结构图
表2.1 DS18B20分辨率的定义和规定
R1
R0
分辨率/位
温度最大
转换时间/ms
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
750
图 2.4 配置寄存器
由表可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且设置的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
温度显示。
温度控制执行。
温度测量范围为0-99度，温度有效范围为2-98度，允许误差为1度。
2.3
DS18B20温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的温度传感器，十分方便。
2.3.1 DS18B20
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字节是前面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RAM的第1、2字节中。
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0.0625°C/LSB形式表示。
1.2
课题名称：基于单片机的温度控制系统
主要任务：将温度控制在设定的温度值，设定范围为2-98度，针对在生产和日常生活中温度智能化控制系统的实现。
开发环境：本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译，并由Proteus 7 Professional进行仿真测试。技术指标：
以AT89C52系列单片机为核心部件
以汇编语言为软件实现语言
功能概述：在该环境温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制，增强了设计的通用性，适时性。在该环境温度控制系统中温度检测采用DS18B20温度传感器，它不仅具有较高的精度，而且适用电压宽。同时采用了3x4矩阵扫描键盘输入，显示设备等外围扩展芯片。温度控制分为升温和降温控制，升温控制和降温控制分别采用继器来控制外部的升温和降温设备。软件部分采用流程图来表示，对各个子程序进行说明，包括控制算法，偏差计算等。控制是否升温或降温。
Keywords:Single chip microcomputer; keyboard; Stable temperature; Display; temperature control
摘要I
AbstractII
4.1主程序20
4.2温度采集子程序22
4.3数据转换子程序22
4.4动态显示子程序23
它由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。
输入/输出引脚P0、P1、P2、P3的功能：
P0.0~P0.7（32~39脚）：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时作低8位地址和8位双向数据总线用。在EPROM编程时，由P0输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。P0能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。
学 生 姓 名:
张震
指 导 教 师:
曾丽教师
摘 要
随着电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。本设计使用单片机作为核心进行控制。为了更好地推广单片机在实际生活和生产中的应用,本文介绍一种应用AT89C52单片机设计的温度控制系统。该环境温度系统采用温度传感器DS18B20通过I2C总线通信来获得当前温度，并与从3X4矩阵键盘输入的温度值进行验证，系统自动控制升温或降温的操作，将温度稳定在所设定的温度值。经实际制作表明该环境温度控制系统具有体积小、操作灵活、可靠性高、实用、成本低等特点,适合住宅和各类温室温度的控制,具有一定的实际意义。
P1.0~P1.7（1~8脚）：P1是一上带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和验证程序时，由它输入低8位地址。P1能驱动4个LSTTL负载。
P2.0~P2.7（21~28脚）：P2也是一上带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，由它输出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证时，由它输入高8位地址。P2可以驱动4个LSTTL负载。
P3. 0 ~P3. 7（10~17脚）：P3也是一上带内部上拉电阻的双向I/O口。在MCS-52中，这8个引脚还用于专门的第二功能。P3能驱动4个LSTTL负载。
P3.0 RXD（串行口输入）
P3.1 TXD（串行口输出）
P3.2 INT0（外部中断0输入）
P3.3 INT1（外部中断1输入）
P3.4 T0（定时器0的外部输入）
1.只要求一个端口即可实现通信。
2.在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
3.实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
4.测量温度范围－55到＋125。
5.数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
6.内部有温度上、下限告警设置。
2.3.2 DS18B20
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.1所示。
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E2PROM。
高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如图2.3所示。前2字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图2.4所示，其中，低5位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置为0，用户不要去改动；R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表2.1。
武汉工程大学邮电与信息工程学院
毕业设计（论文）说明书
2015届毕业设计(论文)
题 目
基于单片机的温度控制系统设计
专业班级
2011自动化02
学号
6102150230
姓名
张震
指 导 教 师
曾丽教授
学 院 名 称
武汉工程大学邮电与信息工程学院
2015年5月20日
基于单片机的温度控制系统设计
Design of a Temperature-Control based on the single-chip
第
2.1
随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。
2.1.1
1．具有优异的性能价格比
2．集成度高、体积小、可靠性高
3．控制功能强
4．低电压、低功耗
2.1.2
关键词：单片机；键盘；稳定温度；显示器；温度控制
Abstract
With the continuous development of electronic products to intelligent and miniaturization, microcontroller has become electronic product development and the development of the preferred controller. In order to better promote the application of single-chip microcomputer in the actual life and production, this paper introduces a design which AT89C52 single chip microcomputer temperature control system is used.The environment temperature system adopts the temperature sensor DS18B20 through the I2C bus communication to get the current temperature, and with temperature from 3x4 matrix keyboard input validation, the system automatically control the operation of the heating or cooling, to keep the temperature stable according to the set. The practical production shows that the temperature control system has small volume, flexible operation, high reliability and practical, low cost, suitable for residential and all kinds of greenhouse temperature control, has a certain practical significance.
P3.5 T1（定时器1的外部输入）
P3.6 WR（片外数据存储器写选通）
P3.7 RD（片外数据存储器读选通）
2.2
一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的环境温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：
3x4矩阵键盘输入。
由温度采集。
4.5温度控制执行子程序24
4.6键盘输入中断服务子程序26
附录29
致谢42
第
1.1
在生产过程中，温度的控制是十分常见的。国内已相继出现各种以微机为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。在日常生活中，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往需要室内拥有一个合适的温度，而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。近几年来单片机因其独特的，方便，快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中。
图2.1 DS18B20内部结构框图
64位ROM的位结构如图2.2所示。开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有48位；最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限数据。
图2.2 64位ROM的位结构图
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图2.3 高速暂存RAM结构图
表2.1 DS18B20分辨率的定义和规定
R1
R0
分辨率/位
温度最大
转换时间/ms
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
750
图 2.4 配置寄存器
由表可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且设置的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
温度显示。
温度控制执行。
温度测量范围为0-99度，温度有效范围为2-98度，允许误差为1度。
2.3
DS18B20温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的温度传感器，十分方便。
2.3.1 DS18B20
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字节是前面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RAM的第1、2字节中。
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0.0625°C/LSB形式表示。
1.2
课题名称：基于单片机的温度控制系统
主要任务：将温度控制在设定的温度值，设定范围为2-98度，针对在生产和日常生活中温度智能化控制系统的实现。
开发环境：本环境温度控制系统的软件部分是通过KEIL进行编译，并由Proteus 7 Professional进行仿真测试。技术指标：
以AT89C52系列单片机为核心部件