杨水龙-基于STC89C52单片机DS18B20温度控制器课程设计

摘要随着时代的进步和开展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各局部的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有量程宽、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度检测；AT89C52;DS18B20;目录摘要I1设计要求及方案选择11.1设计要求11.2方案选择12理论分析与设计12.1芯片介绍12..1.1DS18B20概述12.1.2STC89C52介绍22.2系统结构框图32.3程序原理表达33.电路设计33.1硬件设计3报警模块4单片机最小系统电路4温度采集模块53.2软件设计5流程框图及仿真电路图6程序设计64、系统测试215、总结22.参考文献231.设计要求及方案选择1.1设计要求根本功能：1、用DS18B20进行温度采样2、将采样的温度值进行显示扩展功能：1、可设置一个温度控制范围2、当温度超过设定值时或低于设定值时，进行报警，超过设定值时为其降温直至到达温度范围内。1.2方案选择采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。并选择数码管作为输出显示，蜂鸣器位报警装置；2理论分析与设计2.1芯片介绍2.1.1DS18B20概述DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理。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和温度存放器被预置在－55℃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，温度存放器的值将加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号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度存放器值的累加，此时温度存放器中的数值即为所测温度。它的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。图2-1-1DS18B20封装形式和引脚功能如图2-1-1所示，DS18B20的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。DQ：数据输入/输出脚，与TTL电平兼容。VDD：可接电源，也可接地。因为每只DS18B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时VDD接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式那么VDD接+5V，多用一根导线，但测量速度较快2.1.2STC89C52介绍STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用宏晶科技公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。由于此单片机应用在仓库温湿度检测上，所以本设计选用了低功耗、高性能、低价格。小管脚(40脚)的STC89C52单片机。如图2-1-2所示：图2-1-2STC89C52单片机2.2系统结构框图系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路五个局部。系统框图如图2-2-1所示。单片机单片机显示电路报警电路温度传感器图2-2-1系统结构款图2.3程序原理表达其中温度采集模块负责利用DS18B20传感器实时采集温度数据，并将采集到的温度数据传输到单片机控制模块，单片机控制模块将检测到的数据进行处理后送到LCD显示模块进行显示，同时将数据与系统默认的温度上限32°C进行比拟，如果检测到的温度超过35°C或低于25°C，蜂鸣器会发出不同频率的声音进行报警。3.电路设计3.1硬件设计3.1.1报警模块报警电路用一个三极管驱动一只蜂鸣器组成，驱动信号由芯片的管脚RD/P3.7控制。当显示的温度不在设定的温度范围内，即不在TL与TH之间那么驱动蜂鸣器发声报警，其电路如图3-1-1所示。或采用一个扬声器即可。图3-1-1报警电路3.1.2单片机最小系统电路在课题设计的温度控制系统设计中，控制核心是STC89C52单片机，该单片机为51系列增强型8位单片机，它有32个I/O口，片内含4KFLASH工艺的序存储器，便于用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格廉价，其外部晶振为12M一个指令周期为1μS。使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主包括：复位电路、震荡电路以及存储器选择模式，如图3-2-1所示图3-1-2单片机最小电路3.1.3温度采集模块在硬件完成后,为了使作品能够实现预定的功能和效果,因此需要对环境温度进行采集.在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接如图3-1-3所示.图3-1-3温度传感器接口3.2.1流程框图及仿真电路图图3-2-1程序流程框图图3-2-2仿真电路图3.1.4键盘3.2.2程序设计主函数所在C文件：//数码管显示程序,FromWilliamsYouth20180104#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#include"DS18B20.h"#include"NixieLight.h"#include"Button.h"#include"BuzzerWarning.h"voidmain(){ uchari; DS18B20_reset(); buzInit();while(1){P0=0x00; if(keyadd==0||keydec==0)i++;//设置标志位i，只有加或减键被按下之 //后报警程序启动；防止当前温度在界限之外一直报警并无法设定问题 t=read_temperature();//读温度 formatTemp(t); keyboard(); if(i>=1)WhetherWarn(t); }}数码管显示局部：sbitfir=P2^1;sbitsec=P2^2;sbitthr=P2^3;voiddisplay(ucharnum,uchardat);//数码管显示数字的编码table[0]就是显示0ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, //不带共阳极小数点的0-9编码0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10 //带共阳极小数点的0-9编码};voiddelay(uchari) //1Ms毫秒延时{ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);}voidformatTemp(uintt)//格式化数据以显示于数码管{ uchari; i=t/100;display(1,i); i=t%100/10+10;display(2,i); i=t%100%10;display(3,i);}voiddisplay(ucharnum,uchardat){switch(num) {case1:P0=table[dat];fir=0;delay(5);fir=1;break;//十位 case2:P0=table[dat];sec=0;delay(5);sec=1;break;//个位 case3:P0=table[dat];thr=0;delay(5);thr=1;break;//小数点位 } }DS18B20测试温度局部：voidDS18B20_Delayus(uintus);voidDS18B20_reset();voidDS18B20_write(uchardat);ucharDS18B20_data();uintread_temperature();sbitDQ=P3^7;uintt=0;//1820温度变量uintset_hightemp=200,set_lowtemp=150; //高温界限20度，低温警报15度/*us级延时函数*/voidDS18B20_Delayus(uintus){while(--us);}//初始化DS18B20voidDS18B20_reset(){ucharx=0;DQ=1;DS18B20_Delayus(16);//稍做延时DQ=0;//将DQ拉低DS18B20_Delayus(160);//延时400us~960usDQ=1;//拉高总线DS18B20_Delayus(28);//延时15us~60usx=DQ;//如果=0那么初始化成功=1那么初始化失败DS18B20_Delayus(40);//延时60us~240us}/*写一个字节*/voidDS18B20_write(uchardat){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;DS18B20_Delayus(10);DQ=1;dat>>=1;}}/*读一个字节*/ucharDS18B20_data(){uchari,dat;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//给脉冲信号dat>>=1;DQ=1;//给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;DS18B20_Delayus(8);}returndat;}/*读取温度*/uintread_temperature(){uchara,b;uintt=0;floattt=0;DS18B20_reset();//DS18B20复位DS18B20_write(0xcc);//跳过读序号列号的操作DS18B20_write(0x44);//启动温度转换DS18B20_reset();//DS18B20复位DS18B20_write(0xcc);//跳过读序号列号的操作DS18B20_write(0xbe);//读取温度存放器a=DS18B20_data();//读低8位b=DS18B20_data();//读高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;//放大10倍输出并四舍五入return(t);}蜂鸣器工作局部：//温度超过界限报警并采取措施程序，FromWilliams//温度高于20度Beep报警，温度低于15度Beep报警ucharCount;sbitbuz=P3^6;sbitmotor=P2^7;voiddelay2(void){uintk;for(k=1700;k>0;k--);}voidbuzInit()//主函数初始化{Count=0x00;buz=1;TMOD=0x01;TH0=0x00;TL0=0xff;EA=1;ET0=1;}/********************************************************BEEP工作函数*********************************************************/voidbuzWork()//beep工作函数{ charshowtime=127; do{Count++;delay2();}while(Count!=0xff); if(t>set_hightemp){do {Count--; delay2(); }while(Count!=0x00); } TR0=0; }/*********************************************************Time0中断函数**********************************************************/voidTime0(void)interrupt1using0{TH0=0xfe;TL0=Count;buz=~buz;}//判断函数voidWhetherWarn(uintt){ if(t<set_lowtemp&&t!=850){TR0=1;buzWork();} elseTR0=0; if(t>set_hightemp&&t!=850){TR0=1;buzWork();} elseTR0=0;}按钮工作局部：sbitkeyh=P3^5;sbitkeyl=P3^4;sbitkeyadd=P3^3;sbitkeydec=P3^2;voidkeyboard(){ucharh=0,l=0;/////设置高温界限 if(keyh==0) //K3anxia {delay(10);if(keyh==0) {while(!keyh);h++; }}//进入K3 while(h==1) {formatTemp(set_hightemp);//显示最高值 if(keyadd==0) {delay(10); if(keyadd==0){ formatTemp(set_hightemp); while(!keyadd); set_hightemp+=10;}} if(keydec==0) {delay(10); if(keydec==0){ formatTemp(set_hightemp); while(!keydec); set_hightemp-=10;}} if(keyh==0) {delay(10); if(keyh==0){ formatTemp(set_hightemp); while(!keyh); h++;}} }//////////////设置低温界限 if(keyl==0) //K3anxia {delay(10);if(keyl==0) {while(!keyl);l++; }}//进入K3 while(l==1) {formatTemp(set_lowtemp);//显示最高值 if(keyadd==0) {delay(10); if(keyadd==0){ formatTemp(set_lowtemp); while(!keyadd); set_lowtemp+=10;}} if(keydec==0) {delay(10); if(keydec==0){ formatTemp(set_lowtemp); while(!keydec); set_lowtemp-=10;}} if(keyl==0) {delay(10); if(keyl==0){ formatTemp(set_lowtemp); while(!keyl); l++;}} } }4、系统测试当温度传感器DS18B20接受到外界环境温度的变化时，如：将火苗靠近传感器或用电吹风对传感器加热等，这时传感器对这个信号进行采样处理，将这个数字信号输入到主模块单片机STC89C52中进行处理。由单片机的P3.6脚接入高温报警电路控制局部，用于发光二极管和继电器的控制。检查焊接是否标准，线路是否接错，确保根本的错误没有后，接通电源，检查前级和后级，看看数码管是否正常显示，最后再加热传感器，使其到达设定的高温临界点，如果实现了报警，证明设计成功了，如果没有还需一级一级的仔细检查。在焊接的过程中，为保证焊点牢固、接触良好与美观，不存在虚焊、假焊，在焊接前要用刀、断锯条或砂纸刮去或打光引脚引线上的油污、氧化膜或漆，直至露出光亮干净的外表，之后涂上松香溶液，其上搪一层锡。焊接时应掌握好温度及时间，焊接时间一般在3～5秒。假设焊接时间过短，焊锡未与焊件充分浸熔易产生虚焊、假焊；时间过长，那么将烫坏印制板的铜箔或元件。焊接时，烙铁头应同时紧贴引脚或引线头及印制板上的焊盘铜箔，当焊点温度升至焊锡熔点时，焊锡熔化即自动流到引线与铜箔间，形成锥状光滑焊点，之后迅速移开烙铁。焊锡未完全凝固前，不能移动或摇动被焊元器件。焊锡可事前熔在烙铁头上，亦可在烙铁贴在焊点加热时将其送入。各元件焊接完毕，焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。5、总结本设计是以温度采集及控制过程设计为总目标，以89C52单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、LED数码管动态串行显示器等。本设计的重点、难点是：〔1〕要掌握温度传感器的原理、结构、应用等；〔2〕考虑从非电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机的接口；〔3〕熟悉MCS-51编程的技术，实现单片机对温度的调节控制；〔4〕整体电路的仿真调试。本次设计优点：采用的单片机STC89C52性价比高；热敏电阻温度传感器转化温度的方法非常简洁且精度高、测试范围较广。由于时间及精力所限，对温度控制系统做了整体设计，具体实现了其中的温度报警局部设计，即温度控制系统的采集、显示及报警模块。6、设计过程2017-12-2822:16:11单片机开发板数码管为共阳数码管；【验证正确】测试数码管程序是否正确；测试DS18B20是否工作正常；2017年12月29日13:03:35可以正常用数码管显示温度；开始做功能二：温度过高用蜂鸣器报警并使电机工作以降温；2017年12月30日18:41:58蜂鸣器疑心损坏或电路不正确：蜂鸣器为无源蜂鸣器且P04口驱动蜂鸣器存在问题，考虑不用P04口2018年1月1日星期一17:11:58确定蜂鸣器接口为P36，不是P04，温度过高报警功能完成，报警方式消防车报警声2017年12月29日18:42:27Proteus问题4位一体数码管：共阳，abcdefgh为接低电平相应段亮；2018年1月1日星期一11:03:36设计：用键盘更改设定温度程序功能设定：按键k3〔P35〕：选定+确定功能，用于设定上限温度，按一下设置十位，再按一下设定个位，再按第三次设定小数点后一位，最后按压一次设置完成；〔整个设置过程中假设中途有3s不操作那么跳出设置，根据当前已更改和未更改值设定温度〕2018年1月1日星期一17:17:09按键k4〔P34〕:选定+确定功能，用于设定下限温度，按一下设置十位，再按一下设定个位，再按第三次设定小数点后一位，最后按压一次设置完成；〔整个设置过程中假设中途有3s不操作那么跳出设置，根据当前已更改和未更改值设定温度〕按键k5〔P33〕：温度设置加；按键k6〔P32〕：温度设置减；功能流程图描述：设定的下限温度十位闪烁设定的下限温度十位闪烁K6按下〔温度减〕K5按下〔温度加〕K4按下〔进入设定下限温度〕2018/1/121:30:02解决proteus仿真不成功问题〔未解决〕2018年1月2日星期二17:06:09报警程序问题：不能跳出；21时3分25秒按钮设置温度；2018年1月3日星期三10:52:34按钮程序问题，while循环不能成功循环【问题已解决，编译器问题，之前翻开的button.h编辑无效，通过主程序翻开的button.h才能被编辑】2018年1月3日星期三19:34:54尝试解决仿真不通过问题；〔未解决〕2018年1月4日10:30:33尝试参加电机控制程序，单片机负载电流不够，所以考虑用驱动IC，查找并尝试使用74LS245及74LS04芯片，无法驱动74LS245双向总线驱动器，驱动单片机系统总线总线驱动芯片，用来驱动led或者其