楊水龍-基于STC89C52單片機DS18B20溫度控制器課程設計

摘要隨著時代的進步和開展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們的生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為了一種非常重要的事情，因此設計一個溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。本文主要介紹了一個基于AT89C52單片機的數(shù)字溫度報警器系統(tǒng)。詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，對各局部的電路也一一進行了介紹，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度的采集和報警，并可以根據(jù)需要任意上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有量程寬、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當做溫度處理模塊潛入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C52結合實現(xiàn)最簡溫度報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，有廣泛的應用前景。關鍵詞：單片機；溫度檢測；AT89C52;DS18B20;目錄摘要I1設計要求及方案選擇11.1設計要求11.2方案選擇12理論分析與設計12.1芯片介紹12..1.1DS18B20概述12.1.2STC89C52介紹22.2系統(tǒng)結構框圖32.3程序原理表達33.電路設計33.1硬件設計3報警模塊4單片機最小系統(tǒng)電路4溫度采集模塊53.2軟件設計5流程框圖及仿真電路圖6程序設計64、系統(tǒng)測試215、總結22.參考文獻231.設計要求及方案選擇1.1設計要求根本功能：1、用DS18B20進行溫度采樣2、將采樣的溫度值進行顯示擴展功能：1、可設置一個溫度控制范圍2、當溫度超過設定值時或低于設定值時，進行報警，超過設定值時為其降溫直至到達溫度范圍內。1.2方案選擇采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度，直接輸出數(shù)字信號。便于單片機處理及控制，節(jié)省硬件電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，此元件線形性能好，在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器STC89C52構成的溫度裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號到微控制器。每只DS18B20具有一個獨有的不可修改的64位序列號，根據(jù)序列號可訪問不同的器件。并選擇數(shù)碼管作為輸出顯示，蜂鳴器位報警裝置；2理論分析與設計2.1芯片介紹2.1.1DS18B20概述DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。它的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。圖2-1-1DS18B20封裝形式和引腳功能如圖2-1-1所示，DS18B20的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下：GND:接地端。DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與TTL電平兼容。VDD：可接電源，也可接地。因為每只DS18B20都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測量的時間較長；采用外部供電方式那么VDD接+5V，多用一根導線，但測量速度較快2.1.2STC89C52介紹STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用宏晶科技公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。由于此單片機應用在倉庫溫濕度檢測上，所以本設計選用了低功耗、高性能、低價格。小管腳(40腳)的STC89C52單片機。如圖2-1-2所示：圖2-1-2STC89C52單片機2.2系統(tǒng)結構框圖系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，單片機控制模塊，顯示模塊和溫度設置模塊，驅動電路五個局部。系統(tǒng)框圖如圖2-2-1所示。單片機單片機顯示電路報警電路溫度傳感器圖2-2-1系統(tǒng)結構款圖2.3程序原理表達其中溫度采集模塊負責利用DS18B20傳感器實時采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C控制模塊，單片機控制模塊將檢測到的數(shù)據(jù)進行處理后送到LCD顯示模塊進行顯示，同時將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)默認的溫度上限32°C進行比擬，如果檢測到的溫度超過35°C或低于25°C，蜂鳴器會發(fā)出不同頻率的聲音進行報警。3.電路設計3.1硬件設計3.1.1報警模塊報警電路用一個三極管驅動一只蜂鳴器組成，驅動信號由芯片的管腳RD/P3.7控制。當顯示的溫度不在設定的溫度范圍內，即不在TL與TH之間那么驅動蜂鳴器發(fā)聲報警，其電路如圖3-1-1所示?；虿捎靡粋€揚聲器即可。圖3-1-1報警電路3.1.2單片機最小系統(tǒng)電路在課題設計的溫度控制系統(tǒng)設計中，控制核心是STC89C52單片機，該單片機為51系列增強型8位單片機，它有32個I/O口，片內含4KFLASH工藝的序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格廉價，其外部晶振為12M一個指令周期為1μS。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統(tǒng)主包括：復位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式，如圖3-2-1所示圖3-1-2單片機最小電路3.1.3溫度采集模塊在硬件完成后,為了使作品能夠實現(xiàn)預定的功能和效果,因此需要對環(huán)境溫度進行采集.在本設計中采用外部供電方式實現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機的連接如圖3-1-3所示.圖3-1-3溫度傳感器接口3.2.1流程框圖及仿真電路圖圖3-2-1程序流程框圖圖3-2-2仿真電路圖3.1.4鍵盤3.2.2程序設計主函數(shù)所在C文件：//數(shù)碼管顯示程序,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++;//設置標志位i，只有加或減鍵被按下之 //后報警程序啟動；防止當前溫度在界限之外一直報警并無法設定問題 t=read_temperature();//讀溫度 formatTemp(t); keyboard(); if(i>=1)WhetherWarn(t); }}數(shù)碼管顯示局部：sbitfir=P2^1;sbitsec=P2^2;sbitthr=P2^3;voiddisplay(ucharnum,uchardat);//數(shù)碼管顯示數(shù)字的編碼table[0]就是顯示0ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, //不帶共陽極小數(shù)點的0-9編碼0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10 //帶共陽極小數(shù)點的0-9編碼};voiddelay(uchari) //1Ms毫秒延時{ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);}voidformatTemp(uintt)//格式化數(shù)據(jù)以顯示于數(shù)碼管{ 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;//個位 case3:P0=table[dat];thr=0;delay(5);thr=1;break;//小數(shù)點位 } }DS18B20測試溫度局部：voidDS18B20_Delayus(uintus);voidDS18B20_reset();voidDS18B20_write(uchardat);ucharDS18B20_data();uintread_temperature();sbitDQ=P3^7;uintt=0;//1820溫度變量uintset_hightemp=200,set_lowtemp=150; //高溫界限20度，低溫警報15度/*us級延時函數(shù)*/voidDS18B20_Delayus(uintus){while(--us);}//初始化DS18B20voidDS18B20_reset(){ucharx=0;DQ=1;DS18B20_Delayus(16);//稍做延時DQ=0;//將DQ拉低DS18B20_Delayus(160);//延時400us~960usDQ=1;//拉高總線DS18B20_Delayus(28);//延時15us~60usx=DQ;//如果=0那么初始化成功=1那么初始化失敗DS18B20_Delayus(40);//延時60us~240us}/*寫一個字節(jié)*/voidDS18B20_write(uchardat){uchari;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;DS18B20_Delayus(10);DQ=1;dat>>=1;}}/*讀一個字節(jié)*/ucharDS18B20_data(){uchari,dat;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;DS18B20_Delayus(8);}returndat;}/*讀取溫度*/uintread_temperature(){uchara,b;uintt=0;floattt=0;DS18B20_reset();//DS18B20復位DS18B20_write(0xcc);//跳過讀序號列號的操作DS18B20_write(0x44);//啟動溫度轉換DS18B20_reset();//DS18B20復位DS18B20_write(0xcc);//跳過讀序號列號的操作DS18B20_write(0xbe);//讀取溫度存放器a=DS18B20_data();//讀低8位b=DS18B20_data();//讀高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;//放大10倍輸出并四舍五入return(t);}蜂鳴器工作局部：//溫度超過界限報警并采取措施程序，F(xiàn)romWilliams//溫度高于20度Beep報警，溫度低于15度Beep報警ucharCount;sbitbuz=P3^6;sbitmotor=P2^7;voiddelay2(void){uintk;for(k=1700;k>0;k--);}voidbuzInit()//主函數(shù)初始化{Count=0x00;buz=1;TMOD=0x01;TH0=0x00;TL0=0xff;EA=1;ET0=1;}/********************************************************BEEP工作函數(shù)*********************************************************/voidbuzWork()//beep工作函數(shù){ charshowtime=127; do{Count++;delay2();}while(Count!=0xff); if(t>set_hightemp){do {Count--; delay2(); }while(Count!=0x00); } TR0=0; }/*********************************************************Time0中斷函數(shù)**********************************************************/voidTime0(void)interrupt1using0{TH0=0xfe;TL0=Count;buz=~buz;}//判斷函數(shù)voidWhetherWarn(uintt){ if(t<set_lowtemp&&t!=850){TR0=1;buzWork();} elseTR0=0; if(t>set_hightemp&&t!=850){TR0=1;buzWork();} elseTR0=0;}按鈕工作局部：sbitkeyh=P3^5;sbitkeyl=P3^4;sbitkeyadd=P3^3;sbitkeydec=P3^2;voidkeyboard(){ucharh=0,l=0;/////設置高溫界限 if(keyh==0) //K3anxia {delay(10);if(keyh==0) {while(!keyh);h++; }}//進入K3 while(h==1) {formatTemp(set_hightemp);//顯示最高值 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++;}} }//////////////設置低溫界限 if(keyl==0) //K3anxia {delay(10);if(keyl==0) {while(!keyl);l++; }}//進入K3 while(l==1) {formatTemp(set_lowtemp);//顯示最高值 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、系統(tǒng)測試當溫度傳感器DS18B20接受到外界環(huán)境溫度的變化時，如：將火苗靠近傳感器或用電吹風對傳感器加熱等，這時傳感器對這個信號進行采樣處理，將這個數(shù)字信號輸入到主模塊單片機STC89C52中進行處理。由單片機的P3.6腳接入高溫報警電路控制局部，用于發(fā)光二極管和繼電器的控制。檢查焊接是否標準，線路是否接錯，確保根本的錯誤沒有后，接通電源，檢查前級和后級，看看數(shù)碼管是否正常顯示，最后再加熱傳感器，使其到達設定的高溫臨界點，如果實現(xiàn)了報警，證明設計成功了，如果沒有還需一級一級的仔細檢查。在焊接的過程中，為保證焊點牢固、接觸良好與美觀，不存在虛焊、假焊，在焊接前要用刀、斷鋸條或砂紙刮去或打光引腳引線上的油污、氧化膜或漆，直至露出光亮干凈的外表，之后涂上松香溶液，其上搪一層錫。焊接時應掌握好溫度及時間，焊接時間一般在3～5秒。假設焊接時間過短，焊錫未與焊件充分浸熔易產(chǎn)生虛焊、假焊；時間過長，那么將燙壞印制板的銅箔或元件。焊接時，烙鐵頭應同時緊貼引腳或引線頭及印制板上的焊盤銅箔，當焊點溫度升至焊錫熔點時，焊錫熔化即自動流到引線與銅箔間，形成錐狀光滑焊點，之后迅速移開烙鐵。焊錫未完全凝固前，不能移動或搖動被焊元器件。焊錫可事前熔在烙鐵頭上，亦可在烙鐵貼在焊點加熱時將其送入。各元件焊接完畢，焊接結束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn)，可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應立即補焊。5、總結本設計是以溫度采集及控制過程設計為總目標，以89C52單片機最小應用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設計有溫度采樣電路、LED數(shù)碼管動態(tài)串行顯示器等。本設計的重點、難點是：〔1〕要掌握溫度傳感器的原理、結構、應用等；〔2〕考慮從非電量信號到電量信號的電路實現(xiàn)原理以及與單片機的接口；〔3〕熟悉MCS-51編程的技術，實現(xiàn)單片機對溫度的調節(jié)控制；〔4〕整體電路的仿真調試。本次設計優(yōu)點：采用的單片機STC89C52性價比高；熱敏電阻溫度傳感器轉化溫度的方法非常簡潔且精度高、測試范圍較廣。由于時間及精力所限，對溫度控制系統(tǒng)做了整體設計，具體實現(xiàn)了其中的溫度報警局部設計，即溫度控制系統(tǒng)的采集、顯示及報警模塊。6、設計過程2017-12-2822:16:11單片機開發(fā)板數(shù)碼管為共陽數(shù)碼管；【驗證正確】測試數(shù)碼管程序是否正確；測試DS18B20是否工作正常；2017年12月29日13:03:35可以正常用數(shù)碼管顯示溫度；開始做功能二：溫度過高用蜂鳴器報警并使電機工作以降溫；2017年12月30日18:41:58蜂鳴器疑心損壞或電路不正確：蜂鳴器為無源蜂鳴器且P04口驅動蜂鳴器存在問題，考慮不用P04口2018年1月1日星期一17:11:58確定蜂鳴器接口為P36，不是P04，溫度過高報警功能完成，報警方式消防車報警聲2017年12月29日18:42:27Proteus問題4位一體數(shù)碼管：共陽，abcdefgh為接低電平相應段亮；2018年1月1日星期一11:03:36設計：用鍵盤更改設定溫度程序功能設定：按鍵k3〔P35〕：選定+確定功能，用于設定上限溫度，按一下設置十位，再按一下設定個位，再按第三次設定小數(shù)點后一位，最后按壓一次設置完成；〔整個設置過程中假設中途有3s不操作那么跳出設置，根據(jù)當前已更改和未更改值設定溫度〕2018年1月1日星期一17:17:09按鍵k4〔P34〕:選定+確定功能，用于設定下限溫度，按一下設置十位，再按一下設定個位，再按第三次設定小數(shù)點后一位，最后按壓一次設置完成；〔整個設置過程中假設中途有3s不操作那么跳出設置，根據(jù)當前已更改和未更改值設定溫度〕按鍵k5〔P33〕：溫度設置加；按鍵k6〔P32〕：溫度設置減；功能流程圖描述：設定的下限溫度十位閃爍設定的下限溫度十位閃爍K6按下〔溫度減〕K5按下〔溫度加〕K4按下〔進入設定下限溫度〕2018/1/121:30:02解決proteus仿真不成功問題〔未解決〕2018年1月2日星期二17:06:09報警程序問題：不能跳出；21時3分25秒按鈕設置溫度；2018年1月3日星期三10:52:34按鈕程序問題，while循環(huán)不能成功循環(huán)【問題已解決，編譯器問題，之前翻開的button.h編輯無效，通過主程序翻開的button.h才能被編輯】2018年1月3日星期三19:34:54嘗試解決仿真不通過問題；〔未解決〕2018年1月4日10:30:33嘗試參加電機控制程序，單片機負載電流不夠，所以考慮用驅動IC，查找并嘗試使用74LS245及74LS04芯片，無法驅動74LS245雙向總線驅動器，驅動單片機系統(tǒng)總線總線驅動芯片，用來驅動led或者其