基于溫度傳感器的單片機(jī)溫控電路設(shè)計(jì)

1、德州學(xué)院 2011級(jí) 物理與電子信息學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)基于溫度傳感器的單片機(jī)溫控電路設(shè)計(jì)摘要 隨著微處理器和大規(guī)模集成電路的發(fā)展,及其在測試控制技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，儀器設(shè)備的智能化已成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展方向，數(shù)據(jù)采集與溫度檢測的自動(dòng)化將取代傳統(tǒng)的方法。本設(shè)計(jì)采用STC89C52型號(hào)的單片機(jī)，數(shù)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(jī)組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，溫度傳感器就會(huì)讀出當(dāng)前環(huán)境的溫度，并在LED數(shù)碼顯示管上顯示出當(dāng)前的溫度，該測溫系統(tǒng)的測溫范圍為-40110，按此要求設(shè)計(jì)硬件和軟件以實(shí)現(xiàn)這一功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 溫

2、度傳感器DS18B20 溫度一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康某浞掷镁W(wǎng)絡(luò)資料，搜集資料，設(shè)計(jì)制作由51單片機(jī)為控制核心的實(shí)用系統(tǒng)硬件電路，完成環(huán)境溫度采集、顯示、設(shè)置、報(bào)警、執(zhí)行等功能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本文設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)測控和顯示。確定電路中的一些主要參數(shù)，了解溫度控制電路的結(jié)構(gòu)，工作原理，對該控制電路性能進(jìn)行測試。主要內(nèi)容：硬件部分設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為處理器來處理數(shù)據(jù)，DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，八段數(shù)碼管作為顯示模塊,利用鍵盤完成對溫度測控。三、設(shè)計(jì)方案方案一：本設(shè)計(jì)是用來測控溫度的，可以利用熱敏電阻的感溫效應(yīng)，將被測溫度變化的模擬信號(hào)，電壓或電流的采集過來，首先進(jìn)行放

3、大和濾波后，再通過A/D轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字量送往單片機(jī)中去處理，用數(shù)碼管將被測得的溫度值顯示出來。但是這種電路的設(shè)計(jì)需要用到放大濾波電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路等一系列模擬電路，設(shè)計(jì)起來較麻煩。方案二：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)做處理器，可以考慮使用溫度傳感器，采用由達(dá)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就很容易滿足設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)復(fù)雜點(diǎn)，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(tǒng)框圖 2-1單片機(jī)最小系統(tǒng)顯示模塊設(shè)置模

4、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(jī)，溫度采集部分采用DS18B20型溫度傳感器，用2位LED顯示數(shù)碼管作為顯示部分，用來將溫度顯示出來。系統(tǒng)硬件電路部分由四大模塊組成：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊和設(shè)置模塊。四、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)(一) 最小系統(tǒng)模塊 圖4-1單片機(jī)最小系統(tǒng)1、STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)介紹STC89C52單片機(jī)是一種8位微控制器，特點(diǎn)是低功耗、有高性能CMOS，同時(shí)內(nèi)置8K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器。芯片內(nèi)擁有十分靈巧的8位微處理器和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52單片機(jī)提供為許多較靈活、十分有效的解決方案，主要在

5、工農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中。STC89C52的標(biāo)準(zhǔn)功能如下：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O接口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量的中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種工作軟件，用來選擇節(jié)電模式。當(dāng)工作在空閑模式下，微處理器就會(huì)停止工作，允許隨機(jī)存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在掉電的時(shí)候，隨機(jī)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容會(huì)被保存起來，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)停止一切內(nèi)外部工作，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。下面為單片機(jī)引腳圖 圖3-2圖4-2 單片機(jī)引腳圖2、晶體振蕩電路

6、STC89C52單片機(jī)有一個(gè)反相放大器，用來構(gòu)成內(nèi)部振蕩器，一般會(huì)選石英晶體振蕩器作為外接振蕩源。此電路在加電過后會(huì)在XTAL2引腳上產(chǎn)生一個(gè)正弦波時(shí)鐘信號(hào)，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(gè)電容C1、C2的作用有兩個(gè)：一是用來幫助振蕩器起振，二是用來微調(diào)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(fù)位電路51單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用1030uF，51單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 圖4-4 復(fù)位電路(二) 采集、控制、報(bào)警模塊1、采集模塊本模塊采用由DALLAS半導(dǎo)體公司

7、生產(chǎn)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(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：-55-+125，測量精度：0.5，反應(yīng)時(shí)間500ms8圖4-5 溫度傳感器2、控制模塊鍵盤實(shí)際是就是很多案件的一種組合，按鍵的按下與否形成一個(gè)高低電平，主控芯片CPU通過高低電平來識(shí)別所需信號(hào)，進(jìn)而使程序進(jìn)行下一步的操作。鍵盤操作的軟硬件的設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)方面的問題： 對于此設(shè)計(jì)來說我們要準(zhǔn)確的顯示我們所要對應(yīng)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

8、來控制溫度而設(shè)計(jì)的。這樣比鍵盤操作方便，也比較實(shí)惠。按鍵電路采用中斷模式。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，CPU響應(yīng)中斷后，開始計(jì)數(shù)，即查詢鍵號(hào)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)該鍵號(hào)所對應(yīng)鍵的功能鍵盤的大體設(shè)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(tài)，如果K1按下，則溫度在下限控制狀態(tài)。其電路圖如下圖3-6所示。圖4-6 按鍵電路3、報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)中的報(bào)警裝置電路用到了發(fā)光二級(jí)管、1k歐姆的電阻。將發(fā)光二級(jí)管的一端單片機(jī)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(bào)警裝置電路圖(三) 顯示模塊此模塊采用兩位的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，LE

9、D顯示數(shù)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(jù)各種不同管接線的方式，可將數(shù)碼管分成共陰極型和共陽極型。根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)采用2位共陽LED數(shù)碼管，從P0口輸出段碼，列掃描用P0口來實(shí)現(xiàn)。圖4-8 數(shù)碼管顯示(四) 電源模塊圖4-9 電源部分 (五) 系統(tǒng)總電路圖圖4-10 系統(tǒng)總電路圖五、系統(tǒng)硬件制作（一）硬件電路制作方法本設(shè)計(jì)采用pcb制圖，根據(jù)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(zhǔn)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(nèi)，關(guān)好箱子，120秒后取出。圖5-2 曝光箱（2） 顯影圖

10、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(lán)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(shè)計(jì)總結(jié) 通過這一周的實(shí)訓(xùn)，加深了對單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、溫度控制系統(tǒng)、報(bào)警、顯示模塊等這樣的模塊和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的理解以及主要了解了利用pcb制作電路板的過程。在這個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中，鍛煉了自己的動(dòng)手制作能力和團(tuán)體合作能力。雖然只有短短的一周時(shí)間，但是它讓我真正地理解了單片機(jī)控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，這是一次實(shí)踐和理論的接合。這次的實(shí)訓(xùn)，雖然僅僅制作了單片機(jī)的硬件設(shè)施，卻也讓我們了解到了我們即將要學(xué)到的專業(yè)知識(shí)的重要性，生活中處處可以見到單片機(jī)控制的物體。由此可見，我們只有在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)之前，就要為之打下一定的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這樣學(xué)起來才會(huì)如魚得水。在實(shí)驗(yàn)中，不僅鍛煉了我的魄力，更使我產(chǎn)生了兼顧整體的理念。這是以后工作中所必須的心態(tài)，很有幸在這次實(shí)訓(xùn)中得到了提前的鍛煉參考文獻(xiàn)1 余孟嘗主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)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