基于DS18B20温度传感器的微波炉工作系统设计VIP

镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE 课 程 设 计 (论 文) 基于DS18B20温度传感器的微波炉工作 系统设计Microwave-based work system DS18B20 temperature sensor design院 名： 装备制造学院专业班级： 机电D14217学生姓名： 夏天学 号： 140104417指导教师姓名： 冷承业指导教师职称： 副教授摘要摘要 近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用在不断走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛的应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，再根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 微波炉控制系统设计采以微波控制MCU为核心，基于DS18B20温度传感器，使用海神画出电路图，在编辑所需程序导入海神测试，完成微波炉的可编程智能控制。本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制器系统的工作原理和设计方法。温度号由温度芯片DS18B20工作，并以数字型号的方式传送给单片机。该文中介绍了该控制系统的硬件部分，系统由计时控制，DS18B20温度传感器，数码显示程序，温度信号处理程序，控制板，旋转电机，报警器重要模块组成。能够根据键盘输入完成相应的功能，同时使用LED显示系统状态。 关键词：微波炉，控制器，DS18B20温度传感器 Abstract In recent years, with the development of computer penetration in the social field and large-scale integrated circuits, single-chip applications continue to go deeper, because it has strong function, small size, low power consumption, cheap, reliable, easy to use features, therefore particularly suitable for use with control systems related to various fields more and more widely used in automatic control, intelligent instruments, instrumentation, data acquisition, military products and household appliances, the microcontroller is often used as a core component, according to Specific hardware architecture, and application-specific software features object combine to make perfect.Microwave Control System Design collected microwave control MCU as the core, based on DS18B20 temperature sensor, use Poseidon draw the circuit, in the editing program to import Poseidon test required to complete the microwave oven programmable intelligent control. The design works STC89C51 microcontroller as the core temperature controller system and design methods. No. Working temperature by a temperature chip DS18B20, and transmitted to the microcontroller digitally model the way. This paper describes the hardware part of the control system, the system by the timing control, DS18B20 temperature sensors, digital display program, the temperature signal handler, control panel, rotary motor, alarm important module. Be able to complete the corresponding function based on keyboard input, while the use of LED display system status.Keywords: Microwave, controller, DS18B20 temperature sensor23目录目录摘要IAbstractII第一章 绪论51.1核心单片机介绍51.1.1微波炉在现实存在意义61.1.2个人任务71.2国内外研究现状71.3 单片机其他应用8第二章 方案设计92.1 方案设计92.2 设计方法102.3 存在的问题和解决问题10第三章典型的模块分析113.1产品介绍113.2 模块分析113.3 重点模块11第四章系统分析134.1硬件图134.2 软件程序13第五章系统实现155.1系统分步165.2 系统使用介绍18结论20参考文献22致 谢24 第二章 填入对应的章节名称第一章 绪论1.1 核心单片机介绍 单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。 单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本文讨论的单片机多功能数字钟系统设计的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，多功能数字钟配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。 1.1.1 微波炉在现实存在意义随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能定时系统，它可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准和定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设置时间。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。）1.1.2个人任务1. 资料收集（已完成）2.方案设计（已完成）3.绘制硬件原理图4.编写程序，在海神画出软件图，接线5.程序编写出后，导入实验，发现问题解决问题6.与组员所负责器件进行组合，检查，选出合理方案7.组员之间器件运作是否还存在问题，解决。8.汇总总结 1.2国内外研究现状微波炉使用时应注意的几个事项： (1)认真阅读使用说明书，并且要根据您所选购的微波炉使用电压、输入功率来检查您家的电度表和保 险丝的容量是否满足要求，一般来说5安培的电度表和10安培的保险丝，就可以满足一般微波炉的要求了。电源电压若不足，炉内的光线会显得暗淡，此时若继续使用，会损坏安全保险设备，应立即停止使用。再按照说明书上的注意事项和所规定的操作程序操作。 (2)检查微波炉的插头、导线和插座是否完好无损。(3)炉门应轻开轻关，千万不要用重物敲击炉门，炉门的损伤和变形将可能引起微波泄漏。在烹饪时闻 到食品的香味，这是正常的情况，因为在微波炉设计时，防止微波泄漏不完全靠密封，而主要是靠炉门结构上的抗流装置来实现的。(4)微波炉烹饪用器皿要用陶瓷的、玻璃的、专用塑料的，不能用金属和搪瓷制品，因为金属对微波有反射作用。它不仅导致微波炉加热效率降低，加热均匀性差，还会使微波与金属接触产生火花，发生危险，严重时还会损坏磁控管。一般的塑料制品放到微波炉里容易被融化或者产生有毒有害物质。微波炉在没有放入食品之前，请不要启动微波炉，以免空载运行时损坏磁控管。(5)微波炉工作时，家长应提醒儿童，不要将眼睛紧靠微波炉5厘米之内去观看微波炉工作。因为眼睛对 微波最敏感，以免受到不必要的伤害。(6)烹饪时，应掌握好时间，不要一次将烹饪时间设得太长，以免引起食品过热、热焦或起火。万一起火 请勿打开炉门，只要将定时器回调到零或拨掉电源插头，火就会自动熄灭。(7)带盖的密封容器放入炉内加热时，请拧开盖子。否则，容器内的空气会因加热后体积膨胀而产生爆裂，严重时可能产生爆炸。所以带硬质外壳的食品，如生鸡蛋等不要放入微波炉内加热。(8)当加热用塑料袋密封的食品时，请剪去一角作为出气孔。瓶颈窄小的瓶装食物就算打开了盖亦因压力而膨胀，引致爆炸。(9)半满开了盖的瓶装婴儿食物亦不应原瓶放入炉内加热，以免瓶子破裂。(10)整袋食物若附有金属夹子，应先将其移去，缚紧塑胶煮食袋的金属条，不应使用。若一见炉内发生火花，应立即停炉。(11)整个带紧皮的蔬果如薯仔、瓜类、番茄及梅子等，应先将皮戳破疏气以避免爆炸。香肠、鸡肝、蛋黄、鲜鱼、家禽的眼睛，亦应戳破。(12)如果要在微波炉内煮面食，切勿加油在煮面的水内，因为浮在水面的油，遇热会四溅，导致危险。(13)从微波炉内取出加热食品时，小心烫手。虽然微波对容器不会加热，但加热的食品的热会传递到容器上去。(14)切勿用微波炉去烘干衣服或者把硬化的指甲油煮软，以防起火。(15)加热牛奶或汤水时，最好中途搅拌一下，以免溢泻。(16)最后，在微波炉使用过程中发生故障，请不要自行拆修，应请专业维修人员修复后再使用.采用DS18B20适合新手入门我们的研究与编程操作与理解。1.3 单片机其他应用单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。第二章 方案设计2.1 方案设计 微波炉主要应用于家庭场合与企业场合都有。现在21世纪生活中都需要用到。硬件资源 1、器件选择： 1.51单片机一块STC89c51 STC8951 是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及STC8951引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC8951可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC8951具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes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，片内时钟振荡器。 此外，STC8951设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 STC8951单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于STC8951芯片内含有8 kB的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024 MHz ,并且价格低廉 。 DS18B20的DQ单数据总线与单片机P3.7连接，GND电压地、V电源电压分别和电压地和5伏直流电源连接。本文设计的系统主机只对一个DS18B20进行操作，因此不需要读取ROM编码以及匹配ROM编码，只要跳过ROM命令，就可以进行如下温度转换和读取操作。 (1)CCH跳过ROM，直接向DS18B20发送温度变换命令。 (2)44H读暂存器。读内部RAM中9字节的温度数据。 (3)BEH写暂存器。发出向内部RAM的第2、3字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，再传送两字节数据。 DS18B20在出厂时默认配置为12位，其中最高位为符号位，即温度值共11位，单片机在读取数据时，一次会读两字节共16位，读完后将低11位的二进制数转换为十进制后再乘以0.0625变为所测的温度值。另外，还需要判断温度的正负。前5个数字为符号位，这5 位同时变化，我们只需判断11位就可以了。前5位为1时，读取的温度为负值，且测到的数值需要取反再加一再乘以0.0625才可以得到实际的温度值。前5位为0时，读取的温度为正值，只要将测得的数值乘以0.0625即可得到实际温度值。2.2 设计方法1.主要是掌握单片机应用技术，显示技术，电子技术等相关知识，设计制作一个微波炉控制器电路，具有三档微波加热功能，分别表示微波加热为烹调（cooking）、烘烤（barbecue）、解冻（unfreeze），具有三档火力选择功能，分别表示为大火、中火、小火，试验中用LED模拟。2.3 存在的问题和解决问题存在的问题有：（1）如何进行时间设置（分、秒）和时钟倒计时功能； （2）如何设计火力档位控制； （3）如何设置功能档位控制； （4）如何设计显示模块显示时间； （5）如何设计按键设置； （6）如何设计音响（蜂鸣器）提示声音； （7）如何设计加热温度的采集和显示；在不断实践中发现问题解决问题，不懂得向老师请教。在海神软件上画出DS18B20温度传感器，计时程序与温度传感器程序相连，时间开始温度启动，时间停止温度关闭，系统待机状态，用户设置状态，微波炉加热状态和加热玩状态成响音状态提示。通过海神软件可模拟。与组员之间讨论。 第三章典型的模块分析3.1产品介绍DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。DS18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外部供电方式(VDD接+5V)，相应的完成温度测量的时间较短。3.2 模块分析DS18B20温度传感器，数码显示，控制板，旋转电机，报警器，开关的程序，电机的程序，数码显示器程序之间在程序里要连接起来，能够按照理想中运行。3.3 重点模块 DS18B20 的测温范围-55125，分辨率最大可达0.0625 。DS18B20 可以直接读出被测温度值。而且采用3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 DS18B20 是Dallas 半导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。一线总线将独特的电源和信号复合在一起，并仅使用一条线，每个芯片都有唯一的编码，支持联网寻址，简单的网络化的温度感知，零功耗等待等特点。结论第四章系统分析4.1硬件图 1. 时钟电路设计 计时控制模块是系统设计的核心，用来完成基本功能中的加热倒计时，以及时间/日期显示和定时烹调两项扩展功能。时间/日期显示功能被用来在待机状态显示当前的时间与日期。允许手动调教，并且会自动与计算机进行时间同步。定时烹调则会根据用户设定的烹调属性，在预定的时间启动烹调任务。 4.2 软件程序 1.计时程序设计：显示程序通过分时轮流控制各个数码管的COM端，使各个数码管轮流受控显示 2.系统待机状态设计：接通电源后系统进入待机状态，此时显示器显示待机画面，当打后系统将进入用户设置状态 3.用户设定状态设计： 在用户设定状态用户通过按键进行档位和时间的设定，再微波炉炉门关闭的状态按下K0建则进入加热状态，按K1键用户可以在三个档位上进行切换，按K2和K3键进行时间加减设定。4.微波炉加热状态：微波炉加热状态有三种，分别为烹调、烘烤、解冻。跟据用户之前设置的档位系统会进入相应的加热状态。系统进入加热状态之后会根据每个档位对大火，中火，小火的时间比的不同进行加热 。MOV A,#17MOVX DPTR,AEND。 开关控制点一下则输入以下指令。第五章系统实现5.1系统分步接线，测试，导入程序，使用老师所给的SKT软件把程序倒入器件中，实现按钮控制灯闪烁。5.2 系统使用介绍在一开始测试水晶线是否正常，但是不知道端口在那找出，经过组长指导，在我的电脑设备管理器知道了端口数据。接线时候容易把插线口位置看错，经过组员一起检查才找到原因。在实现开关键控制灯亮时，老师所给程序带入后发现没有效果，之后组长提醒把INC 30H 改成CLRP1.0实现效果。由于时间原因，下节课继续做七段式数码管显示器。按下图左边黄线处按钮，按下红色LED则会亮再按一下则会熄灭。结论经过一段时间以来的学习，不断的从设计中总结和修改，并按着预期的要求反复的论证和测试。本着学习的态度，以完善设计的可靠性和稳定性，将整个设计分模块化的进行，并将每个模块加以分析和论证，成功后再联系再一起，最终达到总体效果。 主要完成了以下几个方面的内容： 1.制定一个在不同功能时火力的控制时序表。具有三档微波加热功能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟。 2.实现工作步骤：复位待机检测显示电路设置输出功能和定时器初值启动定时和工作开始结束烹调。 3.在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为2，微波加热处于中火状态，时间显示电路显示为00。 4.具有2位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分。 5.设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加热；另一方面使计时电路以分为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器。首先通过此次课程设计,让我们对所学的计算机控制技术理论知识更加熟悉了解,对理论学习时没有掌握牢固的一些知识以及一些在学习中存在的漏洞进行学习并加以弥补,也让我们明白学习一门课程就要认真地对待,掌握牢固,并要在实践中加以运用。只有能运用自如的知识才是属于自己的东西。 比较熟练，在学习此软件过程中其次，此次课程设计我们尝试用proteus软件进行仿真设计。对于proteus，我们之前对它的一些应用比较熟悉，所以此次运用起来通过查找图书馆的资料以及在网上的学习让我们意外收获了一些其他的知识，拓展了知识面，也丰富了自 15 己的阅历。 第三，通过这次课程设计，我们学会了单片机完成某一项功能，需要从两个方面入手：一是软件的实现即汇编语言程序的编写，二是硬件电路的实现。两方面比较，程序编写时相对较难的一部分。我们团组认为这是一个建模的过程，即将实际的控制问题转换成我们所熟悉的数学模型，这是一个很抽象的问题，有时真的是难以想象。所以我们觉得这种困难最好的解决办法就是通过平时的积累，多多学习。 此次设计培养了我们对于计算机控制设计的一些兴趣，当看着自己设计的东西，通过仿真可以出现自己期望的结果时，那种愉悦的心情是前所未有的，同时当出现问题，通过自己查找资料检查电路之后排除问题的过程也锻炼了我们对于学习的一种深入和坚持，锻炼了我们独立思考的能力和最初的创新意识，让我们真正体会到学习的乐趣。 第五，我们再次巩固了一些以前的东西，仿真软件的运用，课程设计的书写，计算机的一些应用软件的应用，以及对word的了解也更深入了。 最后一点，也使最深刻的体会，就是在设计过程中，基本上用到的都是我们学过的一些原理，所以学以致用在这次设计中可谓体现的淋漓尽致，要把所学的知识联系起来综合运用。这些都将成为我们以后的工作学习的铺路石，使我们在大学里收获的最实用的东西，而不是仅仅只是纸上谈兵，而是通过我们亲自动手来完成的经验对每个人来说都是一笔财富，所以这次单片机控制技术课程设计对我们来说绝对是一次难得的锻炼的机会。参考文献 参考文献1赵卫东,柳先辉,卫刚. 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