上 海 电 力 学 院
自动化仪表技术课程报告
温度智能控制系统设计
学院： 自动化工程学院 班级： 姓名： 学号：
2014年11月
方案论证及选择
在日常生活中，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往需要室内拥有一个合适的温度，而单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用。单片机的准确性高、价格低、功耗低等一系列优点，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高。 技术指标：
（1）以AT89C52系列单片机为核心部件 （2）以数字电路和模拟电路为硬件基础 （3）以C语言为软件实现语言
设备选型及参数确定
（1）选择DS18B20温度传感器作为采集模块；
DS18B20：测量范围为-55℃ ~+125℃在-10~+85℃ 范围内，精度为±0.5℃ 制造厂商：Maxim Integrated 美信公司
采购网站（美信公司官方网站）：http://www.maximintegrated.com/cn.html
DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度。同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化。
（2）选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、等功能；
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（3）选择LCD液晶显示器作为显示模块；
LCD液晶显示器零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。
- 1 -
系统组成及各部分功能
温度控制系统采用单片机作为微处理单元进行控制。采用温度传感器将温度采集到单片机，采用键盘按键把设定温度的值存入单片机的数据存储器。通过显示器将2者温度显示出来，然后再将两者温度进行比较。如果采集温度比设定温度要低，则加热指示灯亮起，继电器电路中的直流电机开始转动加热，如果采集温度比设定温度要温。
系统总体设计框图
主程序由初始化，温度采集，温度显示，温度设定和继电器子程序组成，为系统软件的主干部分，其流程图如图：
- 2 -
（1）单片机AT89C51
微处理器是本系统的核心，其性能的好坏直接影响系统的稳定，鉴于本系统为实时控制系统，系统运行时需要进行大量的运算。单片机AT89C51器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术与工业标准的MCS-5指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C51外形及引脚
（2）DS18B20温度采集模块
采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处 理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣 环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络。
温度采集模块
- 3 -
DS18B20 的内部结构如图所示，主要由四部分组成：64 位光刻ROM 、
温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。光刻 ROM 中的64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64 位光刻ROM 的排列是：开始8 位（地址：28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作是该DS18B20 的地址序列码；最后 8 位则是前面 56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。由于每一个DS18B20 的ROM数据都各不相同因此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。
DS18B20内部结构图
DS18B20测温原理如图所示。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℃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。图中2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。
- 4 -
DS18B20测温原理
（3）LCD液晶显示器模块
液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display）为平面超薄的显示设示器功耗很低，因此倍受工程师青睐。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管组成画面。
液晶显示器模块
键盘模块
（4）键盘模块
采用4X2的矩阵按键，实现对温度的设定。按键1控制温度数值的加法按一下加1；按键2控制温度数值的减法，按一下减1；按键5控制LCD显示的光标移动，按一下向左移一位；按键6也控制LCD显示的光标移动，按一下向右移一位。由此来实现对温度的设定。
- 5 -
（5）继电器模块
如图所示，继电器模块有2个开关，2个发光二级管组成。当采集温度低于设置温度时，二极管D3管发光，提示温度过低，开关RL1闭合，电直流电机开始转动加热；当采集温度高于设置温度时，二极管D4管发光，提示温度过高，开关RL2闭合，风冷器开始转动降温。
继电器模块
出现问题及解决途径与方法
由于条件有限和时间的限制，无法实现事物操作，只能进行在电脑进行仿真，仿真电路图如下：
- 6 -
报告总结：对报告结果进行分析总结，以及在完成报告过
程中的学习体会等。
本系统的核心技术表现在温度采集、4X2矩阵键盘输入和LCD显示部分，其中温度采集的硬件部分使用温度传感器DS18B20，通过软件控制与DS18B20的串口通讯来进行温度采集，4X2矩阵键盘输入采用键码的扫描来实现，LCD则通过数据手册来对其进行位设置。
为了实现这一系列功能查阅了大量相关的信息，在此过程中进一步锻炼了自己思考问题与解决问题的能力，巩固并提高了自己的单片机、数字电路、模拟电路等相关知识。
该系统实现的最终功能是控制外界温度，使温度恒定在一定的范围内，统所能测量温度的范围在0-99度之间，能自动的将采集温度与设置温度进行比较，自动的控制温度的升高和降低，十分的便利可靠而且所需成本很低。但如果温度范围过大，则该系统就不适用了，这也是需要完善的地方。
- 7 -
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容