浅谈基于单片机的温度测控系统设计

摘　要：随着电子通信技术的发展，电子通讯技术的应用也变的越来越广泛了，尤其是现代工业的发展，自动化系统在工业中的应用，使得工业控制越来越准确。本文采用单片AT89C52和温度传感器DS18B20设计了一个简单的温度控制系统。

关键词：单片机；传感器；控制系统；设计

1 引言
　　现代工业生产过程中,温度的测量和控制极为普遍,特别是在冶金、化工、机械各类行业中,广泛使用加热炉、热处理炉、反应炉等,约占所有被控对象的50%。实时采集其信息,及时发现潜在故障,并采取相应的处理措施,对确保其良好运行状态具有重要意义。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高等显著优点,将其用于温度检测和控制系统中可大大地提高控制质量和自动化水平,具有良好的经济效益和推广价值。利用单片机对温度进行测控的技术,日益得到广泛应用。
2 器件简介
2.1 AT89C52简介
　　DS18B20是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器芯片,具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用简单等优点。它的ROM中存有其芯片的唯一标识码,即任意两个DS18B20的标识码是不同的,特别适合与微处理芯片构成多点温度测控系统。DS18B20是DS1820的改进型,分辨率为9～12位可编程控制,由其寄存器R0、R1两位的状态决定。
　　DS18B20的主要特性如下：
1) 测温范围-55℃～+125℃,分辨率0.5℃;
2) 转换一次的典型时间200ms;
3) 输出为带符号的9bit数字量,无需A/D;
4) 单线通讯接口,片内固化着不同的地
5) 址序列号,可多片共用一条通讯线;
6) 有超温搜寻功能;
7) 2字节EEPROM设定上下限或作它用;
8) +5V电源,具有寄生电源功能。
2.2 AT89C52简介
　　AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
    AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
　　AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

　　主要功能特性：
1) 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM
2) 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM
3) 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz
4) 2个串行中断 · 可编程UART串行通道
5) 2个外部中断源 · 共6个中断源
6) 2个读写中断口线 · 3级加密位
7) 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能
3 系统设计
3.1 硬件设计
3.1.1 整体设计
　　本系统采用AT89C52作为处理器来实现其对温度的控制，传感器采用DS18B20.为了方便初期的调试，本系统设计师加入了串口即RS485接口，目的就是问了方便将采集的数据进行转换后通过串口RS485发往PC机上进行实时的监控，同时为了实施现实温度值，系统采用了七段数码管实时显示温度采集值。
图 1 系统主要部分框图
3.1.2 人机通讯设计
　　人机接口控制面板由LED显示、键盘电路和报警电路组成。LED十进制数码显示,方便人工监视;键盘用于操作系统的启动、复位、停止、温度设定等功能。
3.1.3 通信接口设计
　　系统同PC机的数据通信要通过RS485接口进行电平转换系统采用最常用的MAXIM公司生产的、包含2路接收器和驱动器的MAX485作为接口的电平转换芯片。RS—485总线相对于其它的总线系统而言,具有结构简单、成本低廉、软件支持丰富、安装方便,与传统的DCS、PLC兼容等特点。系统采用继电器,一旦内部出现过热故障,温度升高到一定限度,除在面板上显示报警状态,还通过继电器接点输出报警信号,从而避免故障的进一步发展,减少损失。掉电保护功能的实现采用备用电源,供电正常状态下由稳压电源向系统供电,一旦失电,CPU可由充电电池供电。硬件电路中使用了光耦合器,实现了主机电路和输入输出电路的电隔离,从而大大提高了测试系统的抗干扰能力。
4 软件设计
4.1 开发工具
　　单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种Keil软件图标是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
4.2 软件整体设计
　　软件设计可以根据不同的需要进行相应的改进，由于单片机技术相对比较的成熟，因此改动也相对比较的方便。根据系统的需求可以采用一个或者是多个数字传感器DS18B20进行温度的采集。但是其操作的步骤基本是一致的，当系统采用一个数字传感器DS18B20进行温度的采集是他的温度点就以一个数字传感器DS18B20采集的温度为准，当系统有多个数字传感器DS18B20进行温度的采集的时候，可以采用求平均值等方法来确定整个系统的温度值。
　　以DS18B20为传感器，AT89C52单片机为控制核心组成的温度巡回检测系统如图2所示。DS18B20的供电方式为外部电源，其中I/0数据线 与P1.0相连。在DS18B20接入系统之前，分别从器件的ROM中读出其序号，然后分别赋予在系统中的编号1~N。系统需要键盘设置温度报警界限值，还需要七段LED显示器显示DS18B20的编号和测量的温度值。具体代码就不在详述。
5 结束语
　　本设计有较强的通用性,由于51系列单片机十分成熟,开发难度不大,适用于传统的温度测控系统的改造设计。本系统的设计具有功能强、成本低、元件少、可靠性好、抗干扰性强、简单易行、具有实效性、使用范围广等特点。同时这种改造设计根据具体情况可作相应的扩展,使其满足更多更高的使用要求。
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