基于AT89C51单片机的温度测控系统设计

2011年3月15日第34卷第6期现代电子技术MODERNELECTRONICSTECHNIQUEMAR2O11VO134NO6基于AT89C51单片机的温度测控系统设计黄保瑞，贾之豪，邵婷婷1延安大学信息学院，陕西延安716000；2西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072摘要设计一款基于AT89C51单片机的温度测控系统，介绍该系统的工作原理和设计方法。该系统温度信号由数字温度传感器DS18B20采集，送AT89C51单片机进行处理，并通过数码管显示。控温部分使用44矩阵按键进行温度上限和下限的设定，当温度超过设定值范围后，单片机将发出控制信号启动升温装置或降温装置，使温度保持在一定的范围。实验测试证明，设计的样机系统测温控温精度均为01，测温控温的范围可达55125C，可应用于家用电器、汽车、冷库等领域。关键词AT89C51；DSL8B20；数码管；温度测控中图分类号TN91134；TP2129文献标识码A文章编号1004373X201106014202DESIGNOFTEMPERATUREMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMBASEDONAT89C51HUANGBAORUI，JIAZHIHAO。SHATINGRING，1COLLEGEOFELECTRONICANDINFORMATION，YANANUNIVERSITY，YANAN7L6000，CHINA2COLLEGEOFELECTRONICANDINFORMATION，NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITYXIAN7L0072CHINAABSTRACTATEMPERATUREMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMBASEDONAT89C51ISDESIGNED，WHOSEWORKINGPRINCIPLEANDDESIGNMETHODAREINTRODUCEDTHETEMPERATURESIGNALWASSAMPLEDBYDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B20，WASTRANSMITTEDTOTHEMICROCONTROLLERAT89C51，ANDWASDISPLAYEDBYLEDTHE44MATRIXKEYSWEREUSEDTOSETTHEUPPERANDLOWERLIMITOFTEMPERATURETHECONTROLSIGNALWOULDBEGIVENBYTHEMCUTOSTARTDEVICESWHENTHETEMPERATUREWASOUTOFTHERANGETHEEXPERIMENTSHOWSTHATTHEACCURACYOFTHESYSTEMIS01C，ANDTHEAVAILABLERANGEIS5125THESYSTEMCANBEAPPLIEDINMANYFIELDSSUCHASHOUSEHOLDAPPLIANCES，CARS、WAREHOUSEANDSOONKEYWORDSAT89C51；DS18B20；NIXIETUBE；TEMPERATUREMEASUREMENTCONTRO10引言温度的测量和控制在日常生活和工业领域中具有广泛的应用，随着人们生活水平的大幅提高，对温度测量控制的精度和范围也有着更高的要求。在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题，这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控等现象UJ。PID控制方式控制稳定且精度高，但是控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整较复杂2。本文采用DS18B20数字温度传感器，该传感器具有微型化、封装简单、低功耗、高性能抗干扰能力、测量范围广、强易配处理器等优点，可使系统测量更加精确，电路更加简收稿日期201O一1O一26基金项目陕西省教育厅资助项目2010JK922单。实验测试证明，设计的样机系统测温控温精度均为01，测温控温的范围可达一55125，可应用于家用电器、汽车、冷库等领域。L系统总体方案该系统将检测点的温度采集之后发送到单片机进行处理，并通过44矩阵按键进行温度上限和下限的设定。当温度超过设定值范围后，单片机将发出控制信号启动升温装置或降温装置，使温度恒定在一定的范围。系统主要包括温度采集模块、44行列式矩阵按键模块、主控模块、温度控制模块、测温控温显示模块等，其结构框图如图1所示。2系统硬件设计21温度检测模块该系统温度测量部分采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、测量范围广、强易配处理器等优点，DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号给单第6期黄保瑞等基于AT89C51单片机的温度测控系统设计143片机处理，它具有三引脚TO92小体积封装形式，温度测量的范围为一55125C，测温分辨率可达到00625C。图1系统结构框图2244行列式按键模块该系统采用44行列式矩阵按键输入，其中除了09这10个相应数字温度按键外，还设计了温度重设按键、确定按键、零下温度选择按键和小数点按键等用来控制温度。该系统采用的是非编码式键盘，按键的识别采用的是全局扫描法L5。23主控模块该设计采用AT89C51单片机作为主控芯片6。该芯片是一款高性能的CMOS8位微处理器，自带4KB闪存，产品性价比高，满足系统的设计需求。该系统中主控芯片AT89C51不断的对采集到的温度信号与输入的控制温度进行比较，若超出设定范围则启动升温或降温装置，直至温度到达设定的范围区间内。24温度控制模块该系统温度控制电路中，单片机通过三极管的通断控制继电器，达到控制电热器的目的。当温度低于设定温度下限时，单片机发送低电平信号经过74LS04非门电路后变为高电平，使NPN型三极管导通，继电器使电源与电热器接通，电热器加热，温度慢慢升高。当温度高于设定温度上限时，单片机发送高电平信号经过74LS04非门电路后变为低电平，使NPN型三极管截止，继电器使电源与制冷系统接通，制冷系统工作，温度慢慢降低。当继电器突然断电时，会产生很大的反向电流，反接在三极管两端的二极管可将反向电流分流，达到保护三极管的作用。25测温控温显示模块该设计显示部分采用2个4位8段共阳极数码管7SEGMPX4CAL7。一个数码管用于显示当前环境温度，另外一个数码管用于显示设定温度。为了节省UO口，本设计通过74IS04双2线一4线译码器连接两个数码管的位码。3系统软件设计该设计软件部分采用模块化设计，通过KEIL公司开发的肚VISION3编译器用C51语言L。编写，主要包括温度检测，按键驱动和温度控制等。其中温度检测包括DS18B20初始化子程序、DS18B20读取子程序、DS18B20写子程序、DS18B20转换温度子程序、DS18B20温度采集子程序、采集温度数码管显示子程序等；按键驱动包括矩阵按键驱动子程序、按键显示子程序等；温度控制包括输入键值处理子程序、温度对比控制子程序等。主程序流程图如图2所示。4结语图2主程序流图本文设计的温度测控系统，采用DS18B20数字温度传感器实时采集环境温度，采用44矩阵按键自由设定温度上限和下限，采用AT89C51单片机处理采集的温度数据和发送控制温度信号，将环境温度和设定温度通过数码管7SEGMPX4一CA实时显示。设计的样机系统经实验表明，测温精度和控温精度均高达01C，测温范围为一55125，并可在一55128范围内进行温度控制。温度控制系统在工业生产和日常生活中，主要是要求在一定的温度范围内保证温度恒定，并要求一定的精度，因此该系统可应用于家用电器、工业、汽车、冷库等许多领域。参考文献1魏玲基于DS18B20的单总线测温系统设计J黑龙江冶金，2007242432孙彦伟，杨万济基于改进遗传算法的电极调节系统PID参数优化J山东冶金，2007298788下转第147页第6期付庆波等导电聚合物薄膜电阻率测量系统的设计14743测量精密度选择不同浓度区间的3份样品，每份样品测量2O次，考察系统的测量精密度得到图8的结果。5000040000300002000010000O510L5样品编号图7测量对比图11000J。“一CFL00001A90001800070006000J。5000J4000J300042000J1000J一。U5L0I2U样品编I；图8系统精密度实验结果经过20次测量测得A样品的电阻率平均值为L125444QCM，标准差为977；B样品的电阻率平均值为648534QCM，标准差为854；C样品的电阻率平均值为89547QCM，标准差为145。5结语提出了四探针与比率测量法结合的方法用于测量导电聚合物薄膜材料的电阻率；设计实现了导电聚合物薄膜材料电阻率测量系统；最后采用标准电阻和薄膜样品进行了测量实验。实验表明系统的有效电阻率测量范围62862810QCM；测量相对误差小于1；系统具有较高的精密度，单个样品多次测量的标准差与平均值的比例小于千分之一。相对于国标方法，系统具有操作简便，安全系数高等优点，可以直接对实验过程中制备的导电聚合物薄膜材料进行测量，提高实验效率。参考文献1苑同锁导电聚合物的合成及其红外反射性能在节能材料中的应用D成都四川I大学，20022叶林忠，傅政，郑少军导电聚合物电阻率测定方法的探讨J青岛化工学院学报，1992，13331343刘新福，孙以材，刘东升四探针技术测量薄层电阻的原理及应用EJ半导体技术，2004，2974852I4白雪冰，宋文龙电阻测量方法的研究J自动化仪表，2OO6，278586O5李晨山，孙以材，王伟半导体四探针测试仪新型恒流源的开发J电子工业专用设备，20072696鲁尼安WR_半导体测量和仪器中译本M上海上海科学技术出版社，19807陈学全，包德修四探针测圆形薄片电阻率的计算公式J半导体学报，1981174778李建军镍铬一镍硅热电偶特性分析与应用研究J火箭推进，2O10，36563669刘丽宁，李志勋双曲梁传感器推力测量技术应用J火箭推进2009，356576110庞军寄生振荡电路对液体轨姿控发动机电磁阀门阻值测试影响研究J火箭推进，2009，3554649作者简介付庆波男，1984年出生，博士研究生。研究方向为智能传感与测量技术。上接第143页3DALLASSEMICONDUCTORDATABOOKDS18B20PROGRAMMABLERESOLUTING1WIREDIGITALTHERMOMETERMS1DALLASSEMICONDUCTOR，20024舒斌，吴建仲志燕基于单片机和FPGA的远程温度监控系统J现代电子技术，2008，3L1712713O5余锡存，曹国华单片机原理及接口技术M西安西安电子科技大学出版社，20076詹新生，张江伟基于AT89C51的数控直流电压源的设计J现代电子技术，2008，31191071097徐世许可编程序控制器输出与LED数码管动态显示J微计算机信息，1997，13129308伊勇，