德州學院 2011級 物理與電子信息學院 電子信息科學與技術基于溫度傳感器的單片機溫控電路設計摘要 隨著微處理器和大規模集成電路的發展,及其在測試控制技術方面的廣泛應用，儀器設備的智能化已成為自動化技術發展方向，數據采集與溫度檢測的自動化將取代傳統的方法。本設計采用STC89C52型號的單片機，數字溫度傳感器采用美國DALASS公司的1Wire器件DS18B20，即單總線器件DS18B20，與單片機組成一個測溫系統，當系統上電時，溫度傳感器就會讀出當前環境的溫度，并在LED數碼顯示管上顯示出當前的溫度，該測溫系統的測溫范圍為-40110，按此要求設計硬件和軟件以實現這一功能。關鍵詞：單片機 溫度傳感器DS18B20 溫度一、 實驗目的充分利用網絡資料，搜集資料，設計制作由51單片機為控制核心的實用系統硬件電路，完成環境溫度采集、顯示、設置、報警、執行等功能。二、實驗內容本文設計是以單片機為核心，實現溫度實時測控和顯示。確定電路中的一些主要參數，了解溫度控制電路的結構，工作原理，對該控制電路性能進行測試。主要內容：硬件部分設計以STC89C52單片機作為處理器來處理數據，DS18B20溫度傳感器進行溫度采集，八段數碼管作為顯示模塊,利用鍵盤完成對溫度測控。三、設計方案方案一：本設計是用來測控溫度的，可以利用熱敏電阻的感溫效應，將被測溫度變化的模擬信號，電壓或電流的采集過來，首先進行放大和濾波后，再通過A/D轉換，將得到的數字量送往單片機中去處理，用數碼管將被測得的溫度值顯示出來。但是這種電路的設計需要用到放大濾波電路，A/D轉換電路，感溫電路等一系列模擬電路，設計起來較麻煩。方案二：本設計采用單片機做處理器，可以考慮使用溫度傳感器，采用由達拉斯公司研制的DS18B20型溫度傳感器，此傳感器可以將被測的溫度直接讀取出來，并進行轉換，這樣就很容易滿足設計要求。方案比較：從上面的兩種方案，可以很容易看出來，雖然方案(2)軟件部分設計復雜點，但是電路比較簡單且精度高，方案（1）所需硬件部分比較麻煩，且精度不是太高，故采用方案(2)下面為系統框圖 2-1單片機最小系統顯示模塊設置模塊采集模塊圖3-1 總體方框圖本方案主處理器采用STC89C52單片機，溫度采集部分采用DS18B20型溫度傳感器，用2位LED顯示數碼管作為顯示部分，用來將溫度顯示出來。系統硬件電路部分由四大模塊組成：單片機最小系統模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊和設置模塊。四、 系統硬件設計(一) 最小系統模塊 圖4-1單片機最小系統1、STC89C52單片機結構介紹STC89C52單片機是一種8位微控制器，特點是低功耗、有高性能CMOS，同時內置8K字節可編程Flash存儲器。芯片內擁有十分靈巧的8位微處理器和在系統可編程Flash，使得STC89C52單片機提供為許多較靈活、十分有效的解決方案，主要在工農業控制系統中。STC89C52的標準功能如下：8k字節Flash，256字節RAM，32位I/O接口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量的中斷結構，全雙工串行口。另外，STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種工作軟件，用來選擇節電模式。當工作在空閑模式下，微處理器就會停止工作，允許隨機存儲器、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。在掉電的時候，隨機存儲器中的內容會被保存起來，振蕩器被凍結，單片機停止一切內外部工作，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。下面為單片機引腳圖 圖3-2圖4-2 單片機引腳圖2、晶體振蕩電路STC89C52單片機有一個反相放大器，用來構成內部振蕩器，一般會選石英晶體振蕩器作為外接振蕩源。此電路在加電過后會在XTAL2引腳上產生一個正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由外接的石英晶振的頻率決定。電路中的兩個電容C1、C2的作用有兩個：一是用來幫助振蕩器起振，二是用來微調晶體振蕩器的頻率。電容C1、C2的典型值為30pF。圖4-3 自激振蕩器原理圖3、復位電路51單片機最小系統復位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統容值越大需要的復位時間越短。 圖4-4 復位電路(二) 采集、控制、報警模塊1、采集模塊本模塊采用由DALLAS半導體公司生產的DS18B20型單線智能溫度傳感器,其屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。產品的主要技術指標：測量范圍：-55-+125，測量精度：0.5，反應時間500ms8圖4-5 溫度傳感器2、控制模塊鍵盤實際是就是很多案件的一種組合，按鍵的按下與否形成一個高低電平，主控芯片CPU通過高低電平來識別所需信號，進而使程序進行下一步的操作。鍵盤操作的軟硬件的設計有以下幾個方面的問題： 對于此設計來說我們要準確的顯示我們所要對應的信息，每按一次按鍵要顯示所要顯示的信息。這按鍵是主要用來控制溫度而設計的。這樣比鍵盤操作方便，也比較實惠。按鍵電路采用中斷模式。當有按鍵按下時，系統產生中斷，CPU響應中斷后，開始計數，即查詢鍵號，通過軟件來實現該鍵號所對應鍵的功能鍵盤的大體設置為：K1為溫度控制的上下限，K2，K3用來控制溫度的加減。如果K1沒按下，則溫度在上限控制狀態，如果K1按下，則溫度在下限控制狀態。其電路圖如下圖3-6所示。圖4-6 按鍵電路3、報警模塊本設計中的報警裝置電路用到了發光二級管、1k歐姆的電阻。將發光二級管的一端單片機相連，另一端接電阻，電阻的另一端接地。其電路圖如圖3-7所示。 圖4-7 報警裝置電路圖(三) 顯示模塊此模塊采用兩位的數碼管顯示數據，LED顯示數碼管一般正向壓降的都是1.52V，額定電流為10mA，通過最大的電流為20mA。根據各種不同管接線的方式，可將數碼管分成共陰極型和共陽極型。根據要求，本設計采用2位共陽LED數碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P0口來實現。圖4-8 數碼管顯示(四) 電源模塊圖4-9 電源部分 (五) 系統總電路圖圖4-10 系統總電路圖五、系統硬件制作（一）硬件電路制作方法本設計采用pcb制圖，根據畫好的pcb制作電路板。（二）硬件電路制作過程 曝光顯影蝕刻鉆孔準備材料PCB圖原稿、器材圖5-1 制作流程（1） 曝光 將印好的電路圖放在曝光箱內，關好箱子，120秒后取出。圖5-2 曝光箱（2） 顯影圖5-3 顯影（3） 蝕刻 圖5-4 腐蝕和腐蝕后電路板（4） 鉆孔圖5-5 鉆孔過程（5） 清洗將電路板清洗干凈，并將感光藍油清洗掉圖5-6 清洗過程（6） 半成品圖5-7 電路板半成品（7） 小組成員及作品展圖5-8 小組成員及作品展六、設計總結 通過這一周的實訓，加深了對單片機最小系統模塊、溫度控制系統、報警、顯示模塊等這樣的模塊和控制系統的結構的理解以及主要了解了利用pcb制作電路板的過程。在這個實訓過程中，鍛煉了自己的動手制作能力和團體合作能力。雖然只有短短的一周時間，但是它讓我真正地理解了單片機控制系統和溫度控制系統，這是一次實踐和理論的接合。這次的實訓，雖然僅僅制作了單片機的硬件設施，卻也讓我們了解到了我們即將要學到的專業知識的重要性，生活中處處可以見到單片機控制的物體。由此可見，我們只有在學習專業知識之前，就要為之打下一定的堅實的基礎，這樣學起來才會如魚得水。在實驗中，不僅鍛煉了我的魄力，更使我產生了兼顧整體的理念。這是以后工作中所必須的心態，很有幸在這次實訓中得到了提前的鍛煉參考文獻1 余孟嘗主編數字電子技術基礎簡明教程（第二版）M北京：高等教育出版社，2000，8：45-562 張國棟TL494的功能和檢測方法J中國教育技