文档介绍：前言
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性,各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。电子温度计的出现,给人类的生活带来了很多方便,使人类不管是在生活还是在工业方面都有了很多便利之处。但是电子温度计主要应用还是在生产过程、实验室及研究所。电子温度计本身可由电源提供电压,用温度传感器检测温度,因此电子温度计属温度系统。控制理论从经典理论、现代理论已经发展到更先进的控制理论,控制系统也由简单的控制系统、大系统发展到今天的复杂系统。本文讨论的电子温度计温度控制系统AT89C2051单片机提取DS18B20转化成温度变化通过单片机内部A/D转化电路转化成数值并由数显电路显示出来。
在我们日常生活及各种生产中,经常要用到温度的检测及控制,传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下:
1. 硬件电路复杂;
2. 软件调试复杂;
3. 制作成本高。
而传统的温度计也有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点而下面利用集成温度传感器DS18B20设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计,其电路简单,软硬件结构模块化,易于实现。其中温度传感器DS18B20,它集温度测量、A/D转换于一体,其测量范围宽(-55℃~125℃),DS18B20是一款具有单总线结构的器件。
由DS18B20组建的温度测量单元体积小,便于携带、安装。同时,DS18B20的输出为数字量,可以直接与单片机连接,无需后级A/D转换,控制简单。
第一章总体设计方案
系统的设计原则
一般系统的设计原则包含安全性(稳定抗干扰性),操作的便利性(人性化),实时性,通用性和经济性。
(1)安全可靠
首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。其次是设计可靠的控制方案,并具有各种安全保护措施,如报警、事故预测、事故处理和不间断电源等。
(2)操作维护方便
操作方便表现在操作简单、直观形象和便于掌握且不强求操作工要掌握计算机知识才能操作。
(3)实时性强
选用高性能的AT89C51单片机的实时性,表现在内部和外部事件能及时地响应,并做出相应的处理。
(4)通用性好
系统设计时应考虑能适应不同的设备和各种不同设备和各种不同控制对象,并采用积木式结构,按照控制要求灵活构成系统。主要表现在两个方面:一是硬件板设计采用标准总线结构(如PC总线),配置各种通用的模板,以便扩充功能时,只需增加功能模板就能实现;二是软件功能模块或控制算法采用标准模块结构,用户使用时不需要二次开发,只需各种功能模块,灵活地进行控制系统组态。
(5)经济效益高
系统的设计步骤
(1)系统总体方案设计、
(2)方案论证评审
硬件和软件的分别细化设计
硬件和软件的分别调试
系统的组装
(3)离线仿真和调试阶段
系体的总体方案设计和框图设计
(1)系统的主要功能、技术指标、原理性方框及文字说明。
(2)系统的硬件结构几配置,主要软件的功能、结构几框图。
(3)保证性能指标要求的技术措施。
(4)抗干扰性和可靠性设计。
(5)工艺要求
温度数码管显示。
调节温度的超调量小于30%。
实现温度闭环控制,控制温度误差范围≤±℃。
温度范围:-50℃~ 125℃。
供电电压:交流5V。
方案一:方案一:考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,感温电路比较麻烦,进行A/D转换,才可以满足设计要求。
方案二:由于本设计是测温电路,首先要选用高性能的AT89C51单片机,保证在恶劣的工业环境下能正常运行。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。测温传感器使用二极管结电压变化的数值来转化成温度的变化,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
考虑到方案中制作数字温度计,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89C51,温度传感器