单片机恒温箱温度控制系统的结构设计

1、单片机恒温箱温度控制系统的结构设计一、本课程设计系统概述1、系统原理选用AT89C2051单片机为中央处理器，通过温度传感器DS18B20寸恒温箱进 行温度采集，将采集到的信号传送给单片机，在由单片机对数据进行处理控制显 示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动恒温箱的加热或制冷。2、系统总结构图总体设计应该是全面考虑系统的总体目标， 进行硬件初步选型，然后确定一 个系统的草案，同时考虑软硬件实现的可行性。总体方案经过反复推敲，确定了 以美国Atmel公司推出的51系列单片机为温度智能控制系统的核心，并选择低 功耗和低成本的存储器、数码显示器等元件，总体方案如下图：图1系统总体框图二、

2、硬件各单元设计1、单片机最小系统电路单片机选用Atmel公司的单片机芯片AT89C2051,完全可以满足本系统中要 求的采集、控制和数据处理的需要。单片机的选择在整个系统设计中至关重要， 该单片机与MCS-51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在接近零频率下工作等 诸多优点，而广泛应用于各类计算机系统、工业控制、消费类产品中。AT89C2051是 AT89系列单片机中的一种精简产品。它是将AT89C51的 P0 口、P2 口、EA/Vpp ALE/PROG PSENH线省去后，形成的一种仅 20引脚的单片机，相当于早期Intel8031的最小应用系统。这对于一些不太复杂的控制场合，仅有 一片AT

3、89C2051就足够了，是真正意义上的“单片机” 。AT89C2051为很多规模 不太大的嵌入式控制系统提供了一种极佳的选择方案，使传统的 51系列单片机 的体积、功耗大、可选模式少等诸多弱点不复存在。该型号单片机包括 ：（1）一个8位的微处理器（CPU）。（2）片有2K字节的程序存储器（ROM和128/256字节RAM（3）15条可编程双向I/O 口线。（4）两个16位定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。（5）五个中断源的中断控制系统。（6）个全双工UATR通用异步接收发送器）的串行I/0 口，用于实现单片

4、机之 间或单片机与微机之间的串行通信。（7）片含模拟比较器。（8）低功耗的闲置和掉电模式。+5VAT89C205是一个20脚的双列直插封装（DIP）芯片。最小系统电路包括晶体振 荡电路和手动复位电路，如图2。本设计使用一片AT89C205就代替了原来的8031、EPROM2732地址锁存器 74LS373,因为AT89C205部的2KBEPRO和128B的RAM对智能化温度传感器测试 系统已能满足设计要求，而且降低了成本，结构设计也较精巧。2、温度传感器采用数字温度传感器DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被 测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912位的数字值读数方式。

5、可 以分别在93.75ms和750m完成9位和12位的数字量,并且从DS18B2读出的信息 或写入DS18B2的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于 数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B2供电，而无需额外电源。因而使 用DS18B2可使系统结构更趋简单,可靠性更高，成本更低。测量温度围为 55C +125C。C,在一 10C +85C。C围，精度为土 0.5 C。DS182的精度较差 为土 2C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗 干扰性。其引脚分布如图3所示! MNC几 MDSI8B20图3 DS18B20引脚图（1）引脚功能如下：NC（1

6、、2、6、7、8脚）：空引脚，悬空不使用。VDDG脚）:可选电源脚，电源电压围35.5V。DQ（4脚）：数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。DS18B20测温原理DS18B2的测温原理如图4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存 器被预置在-55 C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1 的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信

7、号进行 计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度 寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线 性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B2在正常使用时的测温分辨率为 0.5 C,如果要更高的精度，则在对DS18B2测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DS18B2部暂存寄存器的方法，将DS18B2的测温分辨率提高到0.1 0.01 C。图4测温原理图DS18B20与单片机接口电路P1.3 口和DSI8B20的引脚DQS接，作为单一数据线。U2即为温度传感芯片 DS18B20,本设计虽然只使用了一片DSI8B20，但由于不存在远程温

8、度测量的考虑 所以为了简单起见，采用外部供电的方式，如图2.6所示。测温电缆采用屏蔽4芯双 绞线,其中一对线接地线与信号线,另一对接VC（和地线,屏蔽层在电源源端单点 接地。图5 DS18B20与单片机接口电路3、键盘显示电路LED控制器的连接有并行和串行方式。由于串行方式占用较少接口，因此 得到广泛应用。显示电路中选用MAX721作为LEQg动芯片。MAX721是一个高集 成化的串行输入/输出的共阴极LE耶动显示器。每片可驱动8位7段加小数点的共 阴极数码管。片包括BCD?码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8X 8静态RAM 外部只需要一个电阻设置所有LEE显示器字段电流。MAX721和控

9、制器只需要三根 导线连接，每位显示数字有一个地址由控制器写入。允许使用者选择每位是BCD译码或不译码。使用者还可以选择停机模式、 数字亮度控制、从18位选择扫描 位数和对所有LEE显示器的测试模式。引脚功能MAX7219是24引脚芯片，它的引脚排列如图2.7所示。各引脚功能如下：1）DIN（1脚）:串行数据输入端，当CLI为上升沿时数据被载入16位部移位寄存器。2）CLK （13脚）：串行时钟脉冲输入端，最大工作频率可达 10MHz3）LOAD （12脚）：片选端，当LOA为低电平时，芯片接收来自DIN的数据，接收 完毕，LOA回到高电平，接收的数据将被锁定。4）DIG0DIG7 （2、3、5

10、、6、7、8、10、11脚）：吸收显示器共阴极电流的位驱动线，最大值可达500mARINp 齢、rrfelNET digcTLX：3 TDIG 7 | RFjrV y叵DKi 177 liadQFMLT厨 SEGDP zT| 5EGE F| rn r： 7 v*TF| 5WG 刃 SECJ.R 固心F 7T| se77 gi n图6 MAX7219引脚图5）SEGASEGG SEGDR14、15、16、17、20、21、22、23脚）：驱动显示器 7段及小数点的输出电流，一般为40mA可编程调整。6）ISET （18脚）：硬件亮度调节端。7) DOUT (24脚)：串行数据输出端；V+,正电源

11、。8) GND( 9脚)：接地。(2) MAX7219与单片机和LED及键盘的接口电路1) MAX721啲3个输入端DIN、CLK和LOA与单片机的三个I/O 口连接，DIG0DIG7 分别与八个共阴极LED勺公共端连接，SEGSEGG SEGD分别与每个LEDt段 动和小数点驱动端相连。电路图如图 7所示。2) 键盘功能介绍采用独立式按键设计，如图上图所示。 由于只有四个按键，因此按键接口 电路的设计比较简单，单片机P1.4P1.7端口设定为输入状态，平时通过电阻上 拉到Vcc,按键按下时，对应的端口的电平被拉到低电平。这样就可以通过查询 P1的高4位来判断有门有按键按下按键各接一根输入线，

12、一根输入线的按键工作 状态不会影响其他输入线上的工作状态。通过读I/O 口，判断各I/O 口的电平状态， 即可识别出按下的按键。 4个按键定如下：A、P1.4:S1 功能键，按此键则开始键盘控制。B、P1.5:S2加，按此键则温度设定加1度。C、P1.6:S3减，按此键则温度设定减1度。D P1.7:S4发送，按此键将传感器的温度传送到上位机。DS7DSOa10a bc 85e 4g 3Dp7DPY aA89e f g dpfdpecdOGDDpy Amber-CARSTVCC(RXD)P3.0P1.7(TXD)P3.1P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4(INT0)P3.2P1.3(

13、TNTT)P3.3P1.2(T0)P3.4P1.1(AIN1 ) (T1 )P3.5P1.0(AIN0 )-GNDP3.7U123456710AT89 C2 051+5V201 9R55.1 KR55.1 KR55.1 KR55.113g dpDPY A a A bAdpDpy Amber-CAGDS2+5V1 T213DIG0 G1 1 DIG2 DIG3 DIG4 DIG5 DIG6 DIG7U22匚67305824sbit TSOR=P1A7; / 温度测试端sbit DIN=P1A2; /MAX7219 串行数据输入sbit LOAD=P1A1； /MAX7219 装载数据输入sbit

14、 LCK=P1A0； /MAX7219 时钟输入sbit SCL=P3A2; /AT24C32 信号线sbit SDA=P3A3; / AT24C32 数据线sbit OUT0=P3A4; / 控制制冷光耦sbit OUT1=P3A5; / 控制加热光耦sbit weidog=P3A7; / 看门狗/*A*#define uchar unsigned chau;#define uint unsigned uint;uchar temp1,temp2; / 温度的整数和小数uchar setb,sets,setg,setx;/预设定温度的百、十、个位和小数位uchar xianb,xians,x

15、iang,xianx;/显示温度的百、十、个位和小数位uchar add_1,add_10;/uchar count; /T0中断计数uchar pid; /PID数值bit outflag;/升温降温标志位bit alert;/*函数声明*/ void Init Interupt ();/*键盘扫描*/ uchar key ();/* MAX7219子程序*/void send(uchar add, dat) /* 温度传感器子程序void Delay15(); / void Delay60(); / void Delay100ms(); / void Write0TS(); / void

16、Write1TS(); / void ReadTS(); / void ResetTS(); / void WriteBTS(); / void ReadBTS(); /延时 15us延时 60us延时 100ms写DS18B2数据位0写DS18B2数据位1读DS18B2数据位 复位 DS18B20写1字节读1字节void InitTS(); /初始化 DS18B20void GetTempTS(); /读取测得的温度程序Void compare();void main()uchar i,j;uchar aa;/ PID 值sp=0x50;TSOR=1;/ 1 wire 总线释放Delay(5

17、00);/ 延时 500msInitInterupt();/ 初始化中断设置 setb=Ox00;sets=Ox02;setg=Ox03setx=Ox05; / 预设值 23.5 Ccount=0;P1=0xff;InitTS();/ 初始化 DS18B20send(Ox0c;Ox01);/ send(Ox0b;Ox07);/ send(Ox0a;Oxf5);/ send(Ox09;Oxff);/ while(1) GetTempTS();/i=temp1;if(i=0xianb=i/100;设定停机方式扫描7位亮度等级译码方式读取测得的温度i=100)j=i%100;xians=j/10;x

18、iang=j%10 | 0x80;xinx=temp2;send(0x01;xianb);/ send(0x02;xians);/ send(0x03;xiang);/send(0x04;xianx);/显示测得的温度send(0x05;setb);/send(0x06;sets);/Send(0x07;setg);/send(0x08;setx);/显示预设定的温度else alert=1;警告void key(); /调按键扫描void compare(); /调比较程序if(outflag=1) pid=_a_func(); /调PID算法for(i=0;i1;i+;else if(ou

19、tflag=-1) pid=_a_func();for(i=0;i1;i+;else OUT0=0;/停止压缩机OUT1=；0 / 停止电加热 初始化中断设置Void Init Interupt() TOMD=0x21; / TL1=0xFD; /设置波特率TH1=0xFD; /PX0=1; / 设置中断优先级EA=1; / 中断允许ES=1;/串行通讯中断允许PCON=0;/SCON=0x50;/TL0=0x00;TH0=0x4C;/ 定时 50msET0=1;/TR0=1;/ 启动定时器 0 *定 时 器 0中断*/Timer0_process () interrupt 0 using 0

20、 EA=0;/ 关中断TRO=0;/ 关定时器 0TL0=0x00;TH0=0x4C;/ 重置定时常数定时累计达 1.5dcount+; if(count=30) /weidog=0;weidog=1; / 输出看门狗信号 四、设计小结经过这两周的课程设计，使我受益匪浅，不仅可以巩固了以前所学过的知识， 比如一些画电路图的软件： protelse99 、visio 等等。更复习到了单片机的知识以 及 C 语言而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在设计的过程中遇到的 问题，也通过各种方式的查资料以及老师、同学的帮助下一一解决。在这次设计 中老师十分关心我们的设计论文，多次提出宝贵的修改意见

21、，给予了我莫大的精 神鼓励和技术支持，使我能顺利的完成这次论文的设计。但是也正是通过这次设计我发现我还有许多不足之处 , 所学到的知识还远远 不够 , 以至于还没能做到最好。对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不 够牢固，比如说不懂C语言的编程等。总的来说，这次的课程设计不仅巩固了自己平时学的知识，而且也让自己学 到了许多的上课学不到的知识，对自己的专业知识有相当大的帮助！ 五、参考文献1 长德.单片机原理与应用 M. ：机械工业 ,19962 毅刚等 . 单片机应用设计 M. ：工业大学 ,19973 丁元杰.单片微型计算机及其应用 M.: 机械工业 ,1994.4 何立民.MCS-51

22、系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.:航空航天大学， 1990.石曙光，石雄武.基于数字PID和数字电位器的恒温控制系统.汉工业学院报， 2005, 第24卷第1期附录：总原理图J2 1 2V3 RXDTXDPC DB921837 80 515948C80.1 u FC310UFVCCR11K1TXD34C40.0 1C5 + 1 0u F5C6 +TXD 1 4U6VCCPF1MRWDIWDoPF0GNDRESETMAX8 13 LV+ VC1 +VC1 -V-C2 +GNDC2 -T1OUTT1INT2OUTT2INR1 INR1 OU TR2 INR2 0UTMAX2 32RXD11 TXD 10uF1Y112MHHZ3 3p FDSOa10d 5 1e 4ea bcdU1RST6n7 ipC183 3pF91 05