水温控制系统毕业设计论文.doc

一引言 在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成AD转换器能接收的模拟量，再经过采样保持电路进行AD转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20水温控制系统设计，因此，本系统用一种新型的可编程温度传感器（DS18B20），不需复杂的信号调理电路和AD转换电路能直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高，可根据不同需要用于各种场合。 二设计目的设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。利用单片机AT89S52实现水温的智能控制，使水温能够在40-90 度之间实现控制温度调节。利用仪器读出水温，并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度（其方式是加热或降温），而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。三系统功能 1. 可以对温度进行自由设定，到那时必须在0100摄氏度单位内，设定时可以适时的显示说设定的温度值，温度是可以自由设置的，传感器的检测值与设定的温度比较，可以显示在七段发光二极管上。 2. 温度由1台1000w电炉来实现，如果温度不在4090度之间，则在LED上显示“8888”,表示错误。 3. 能够保持不间断显示水温，显示位数4位，分别为百位，个位，十位，和小数位。（但由于规定不超过90度，所以百位也就没有实现，默认的百位是不显示的）四系统设备 ME300B 最小系统板 DS18B20 数字温度传感器（集成了A/D转换功能） 1000W 电炉 温度计 继电器 风扇 盛水器皿 五温度控制总体方案与原理1系统模块图系统模块分为：DS18B20模块，显示模块，继电器模块，键盘输入模块，DS18B20可以被编程，所以箭头是双向的，CPU（89S52）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过89S52来处理数据。数据处理后的结果就显示到数码管上。2系统模块总关系图 本系统的执行方法是循环查询执行的，键盘扫描也是用循环查询的办法，由于本系统对实时性要求不是很高，所以没有用到中断方式来处理。六温度转换核心及其算法 1.温度传感器DS18B20原理与特性本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，大大简化了电路的复杂度，以及算法的要求。首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能: DSl8B20的管脚及特点 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。(如图：1) GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3O55 V。本文使用外部电源供电。主要特点有： 1. 用户可自设定报警上下限温度值。 2. 不需要外部组件，能测量55+125 范围内的温度。 3. 10 +85 范围内的测温准确度为05 。 4. 通过编程可实现9l2位的数字读数方式，可在至多750 ms内将温度转换成12 位的数字，测温分辨率可达00625 。 5. 独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。 DS18B20的内部结构 DS18B20内部功能模块如图2所示，主要由4部分组成：64位光刻R0M（图3）、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该DSISB20的地址序列码，每个DSI8B20的64位序列号均不相同。高低温报警触发器TH 和TL，配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成，使用一个存储器功能命令可对 TH，TL或配置寄存器写入。配置寄存器中R1，R0决定温度转换的精度位数：R1R000,9位精度，最大转换时间为93.75 ms；R1R0 = 01,10位精度，最大转换时间为187.5 ms；R1R0 = 10,11位精度，最大转换时间为375 ms；R1R0 =11,12位精度，最大转换时间为750 ms；未编程时默认为12位精度。本系统采用的也是12位的精度。 DS18B20的内存结构 DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM （便笺式的内部存储器）和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温和低温触发器TH，TL和结构寄存器。便笺存储器包含了9个连续字节（08），前两个字节是测得的温度信息（图4），字节0的内容是温度的低8位，字节1是温度的高8位，字节2是TH（温度上限报警），字节3是TL（温度下限报警），字节4是配置寄存器（图5），用于确定输出分辨率9到12位。第5、6、7个字节是预留寄存器，用于内部计算。字节8是冗余检验字节，校验前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。 DS18B20的测温功能当DSI8B20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存储器的0，1字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0062 5LSB形式表示。温度值格式如图4所示，其中“S”为标志位，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。图4下面的表是对应的一部分温度值。DSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH做比较，若TTH或T RoM操作命令 - 存储器操作命令- 处理数据 1 初始化 单总线上的所有处理均从初始化开始 2 ROM操作品令 总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如 指令 代码 Read ROM(读ROM) 33H Match ROM(匹配ROM) 55H Skip ROM(跳过ROM CCH Search ROM(搜索ROM) F0H Alarm search(告警搜索) ECH 3 存储器操作命令 指令 代码 Write Scratchpad(写暂存存储器) 4EH Read Scratchpad(读暂存存储器) BEH Copy Scratchpad(复制暂存存储器) 48H Convert Temperature(温度变换) 44H Recall EPROM(重新调出) B8H Read Power supply(读电源) B4H 温度传感器与单片机通讯时序 2.温度转换算法及分析由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。温度高字节（MS Byte）高5位是用来保存温度的正负（标志为S的bit11bit15），高字节（MS Byte）低3位和低字节来保存温度值（bit0 bit10）。其中低字节（LS Byte）的低4位来保存温度的小数位（bit0 bit 3）。由于本程序采用的是0.0625的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。也就说，本系统的温度精确到了0.1度。 算法核心：首先程序判断温度是否是零下，如果是，则DS18B20保存的是温度的补码值，需要对其低8位（LS Byte）取反加一变成原码。处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中，里面已经是温度值的Hex码了，然后转换Hex码到BCD码，分别把小数位，个位，十位，百位的BCD码存入RAM中。由于百位没有用，默认情况是置为0A，在显示屏上没有任何显示。温度算法核心代码 DATA_DEAL: MOV A,TEMPERATURE_H ；TEMPERATURE_H存放的是DS18B20转换后的高8位的值（上图的MS Byte）ANL A,#80H ；判温度是否零下 JZ TEMPC1 ；A为0，说明是正数，跳往TEMPC1,如果是负数，则对低8为进行补码处理 CLR C MOV A,TEMPERATURE_L ；为负数，对低8 位（上图的LS Byte）求补 CPL A ；取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPERATURE_L,A ；取补码后存回TEMPERATURE_L，此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温度了 MOV A,TEMPERATURE_H CPL A ADDC A,#00H ；高位TEMPERATURE_H取反，加上从低位TEMPERATURE_L进来的位 MOV TEMPERATURE_H,A ；写回TEMPERATURE_H MOV TEMPERATURE_HC,#0BH SJMP TEMPC11 TEMPC1: MOV TEMPERATURE_HC,#0AH TEMPC11:MOV A,TEMPERATURE_HC SWAP A MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH ；取A低4位(小数位，单位是0.0625),得出来的数要乘以0.0625,通过查表来算出值 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV TEMPERATURE_LC,A ；TEMPERATURE_LC的低四位保存 小数部分 BCD MOV DIS_BUF_X,A ；小数位的BCD码送入显示buffer中 MOV A,TEMPERATURE_L ；整数部分 ANL A,#0F0H ；得到个位单个数值 SWAP A ；SWAP后就得到个位真正的个位 MOV TEMPERATURE_L,A MOV A,TEMPERATURE_H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPERATURE_L MOV TEMPERATURE_ZH,A ；组合后的值存入TEMPERATURE_ZH LCALL HtoB ；转换HEx值成为BCD码 MOV TEMPERATURE_L,A ；TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码 ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC 低4位 存放 十位数 BCD MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH SWAP A ；TEMPERATURE_LC高4位 存放 个位数 BCD ORL A,TEMPERATURE_LC MOV TEMPERATURE_LC,A MOV A,R7 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R7,A MOV A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC高4位 存放 百位数 BCD ANL A,#0FH ORL A,R7 MOV TEMPERATURE_HC,A TEMPC12:RET ；小数部分码表 TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H 结果温度值的BCD码存放到TEMPERATURE_HC(百位和十位)，TEMPERATURE_LC(个位和小数位)中七硬件设计说明 1系统总体电路图 2各个模块电路图输入系统 1 键盘模块我们用的下面四个独立键盘中的三个，分别是：K2，K3，K4。 1 温度测量模块 DS18B20通过P3.3口和AT89S52进行通讯。输出系统 1 继电器模块 下图是一个蜂鸣器和一个继电器的图，我们只用到了继电器的图，继电器和单片机的P1.3口进行通讯。1 显示模块该显示模块的动态显示数码管，我们用到前面四个数码管，P0口是送字符的，P2口是用来位选数码管的。芯片系统本系统采用的是AT89S52芯片。下面是它的引脚图。软件设计说明 本系统采用的是循环查询方式，来显示和控制温度的。1总模块的