前言 在一些温控系统电路中,广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路,转换成A/D转换器能接收的模拟量,再经过采样/保持电路进行A/D转换,最终送入单片机及其相应的外围电路,完成监控。但是由于传统的信号调理电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高。本文介绍单片机结合DS18B20水温控制系统设计。 一.设计目的... 二.系统功能... 三.系统设备... 四.温度控制总体方案与原理... 1.系统模块图... 2.系统模块总关系图... 五.温度转换核心及其算法... 1.温度传感器DS18B20原理与特性... DSl8B20的管脚及特点... DS18B20的内部结构... DS18B20的内存结构... DS18B20的测温功能... DSl820工作过程中的协议... 温度传感器与单片机通讯时序... 2.温度转换算法及分析... 六.硬件设计说明... 1.系统总体电路图... 2.各个模块电路图... 输入系统... 输出系统... 芯片系统... 七.软件设计说明... 1.总模块的流程图... 2.各个模块的流程图... 读取温度DS18B20模块的流程... 键盘扫描处理流程... 八.操作指引... 按键功能... 显示温度... 设定温度... 九.参考文献... 程序源代码... 一.设计目的 设计并制作一个水温自动控制系统,控制对象为1升净水,容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动控制,以保持设定的温度基本不变。 利用单片机AT89C51实现水温的智能控制,使水温能够在40-90 度之间实现控制温度调节。利用仪器读出水温,并在此基础上将水温调节到我们通过键盘输入的温度(其方式是加热或降温),而且能够将温度显示在我们的七段发光二极管板上。 硫酸钙晶须二.系统功能 1. 可以对温度进行自由设定,但必须在0-100摄氏度单位内,设定时可以适时的显示出设定的温度值,温度是可以自由设置的,传感器的检测值与设定的温度比较,可以显示在七段发光二极管上。 2. 温度由1台1000w电炉来实现,如果温度不在40-90度之间,则在LED上显示“8888”,表示错误。 3. 能够保持不间断显示水温,显示位数4位,分别为百位,个位,十位,和小数位。(但由于规定不超过90度,所以百位也就没有实现,默认的百位是不显示的) |
三.温度控制总体方案与原理 1.系统模块图 系统模块分为:DS18B20模块,显示模块,继电器模块,键盘输入模块,DS18B20可以被编程,所以箭头是双向的,CPU(89S52)首先写入命令给DS18B20,然后DS18B20开始转换数据,转换后通过89S52来处理数据。数据处理后的结果就显示到数码管上。 AT89C51 INPUT DS18B20 OUTPUT 键盘输入 DISPLAY 数码管 继电器 图 4-1 系统模块 1.系统模块总关系图 本系统的执行方法是循环查询执行的,键盘扫描也是用循环查询的办法,由于本系统对实时性要求不是很高,所以没有用到中断方式来处理。 初始化模块 DS18B20得到温度值,存放到Buffer中(温度处理模块1) 处理温度值变成BCD码(温度处理模块2) 显示温度模块 键盘扫描(扫描有无Enter键按下)模块 继电器控制模块 如图4-2 系统模块总关系图 |
四.温度转换核心及其算法 1.温度传感器DS18B20原理与特性本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换,大大简化了电路的复杂度,以及算法的要求。首先先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能: DSl8B20的管脚及特点 DS18B20可编程温度传感器3 个管脚。 图4-3 温度传感器DS18B20 (如图:1) GND为接地线,DQ为数据输入输出接口,通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD为电源接口,既可由数据线提供电源,又可由外部提供电源,范围3.O~5.5 V。本文使用外部电源供电。主要特点有: 1. 用户可自设定报警上下限温度值。 2. 不需要外部组件,能测量-55~+125电子政务信息平台℃ 范围内的温度。 3. -10℃ ~ +85℃ 范围内的测温准确度为±0.5℃nfj金属防静电不发火 。 4. 通过编程可实现9~l2位的数字读数方式,可在至多750 ms内将温度转换成12 位的数字,测温分辨率可达0.0625℃ 。 5. 独特的单总线接口方式,与微处理器连接时仅需要一条线即可实现与微处理器双向通讯。 主要由4部分组成:64位光刻R0M、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列号是出厂前被光刻好的,他可以看作是该DSISB20的地址序列码,每个DSI8B20的64位序列号均不相同。高低温报警触发器TH 和TL,配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成,使用一个存储器功能命令可对 TH,TL或配置寄存器写入。 其次配置寄存器中R1,R0决定温度转换的精度位数:R1R0=’00’,9位精度,最大转换时间为93.75 ms;R1R0 = ‘01’,10位精度,最大转换时间为187.5 ms;R1R0 = ‘10’,11位精度,最大转换时间为375 ms;R1R0 =’11’,12位精度,最大转换时间为750 ms;未编程时默认为12位精度。本系统采用的也是12位的精度。 DS18B20的内存结构 DSI8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM (便笺式的内部存储器)和一个非易失性的可电擦除的EEPROM,后者存放高温和低温触发器TH,TL和结构寄存器。便笺存储器包含了9个连续字节(0~8),前两个字节是测得的温度信息(图4),字节0的内容是温度的低8位,字节1是温度的高8位,字节2是TH(温度上限报警),字节3是TL(温度下限报警),字节4是配置寄存器(图5),用于确定输出分辨率9到12位。第5、6、7个字节是预留寄存器,用于内部计算。字节8是冗余检验字节,校验前面所有8个字节的CRC码,可用来保证通信正确。 DS18B20的测温功能当DSI8B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的0,1字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式以0.062 5℃/LSB形式表示。 DSI8B20完成温度转换后,就把测得的温度值与 TH做比较,若T>TH或T RoM操作命令 -> 存储器操作命令-> 处理数据 1 初始化 单总线上的所有处理均从初始化开始 2 ROM操作品令 总线主机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一这些命令如 指令 代码 Read ROM(读ROM) [33H] Match ROM(匹配ROM) [55H] Skip ROM(跳过ROM] [CCH] Search ROM(搜索ROM) [F0H] Alarm search(告警搜索) [ECH] 3 存储器操作命令 指令 代码 Write Scratchpad(写暂存存储器) [4EH] Read Scratchpad(读暂存存储器) [BEH] Copy Scratchpad(复制暂存存储器) [48H] Convert Temperature(温度变换) [44H] Recall EPROM(重新调出) [B8H] Read Power supply(读电源) [B4H] 温度传感器与单片机通讯时序 2.温度转换算法及分析由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值,所以要进行计算转换。温度高字节(MS Byte)高5位是用来保存温度的正负(标志为S的bit11~bit15),高字节(MS Byte)低3位和低字节来保存温度值(bit0 ~ bit10)。其中低字节(LS Byte)的低4位来保存温度的小数位(bit0 ~ bit 3)。 微型吸尘器然而由于本程序采用的是0.0625的精度,小数部分的值,因此可以用后四位代表的实际数值乘以0.0625,得到真正的数值,数值可能带几个小数位,所以采取小数舍入,保留一位小数即可。也就说,本系统的温度精确到了0.1度。 算法核心:首先程序判断温度是否是零下,如果是,则DS18B20保存的是温度的补码值,需要对其低8位(LS Byte)取反加一变成原码。处理过后把DS18B20的温度Copy到单片机的RAM中,里面已经是温度值的Hex码了,然后转换Hex码到BCD码,分别把小数位,个位,十位,百位的BCD码存入RAM中。由于百位没有用,默认情况是置为0A,在显示屏上没有任何显示。温度算法核心代码 DATA_DEAL: MOV A,TEMPERATURE_H ;TEMPERATURE_H存放的是DS18B20转换后的高8位的值(上图的MS Byte)ANL A,#80H ;判温度是否零下 JZ TEMPC1 ;A为0,说明是正数,跳往TEMPC1,如果是负数,则对低8为进行补码处理 CLR C MOV A,TEMPERATURE_L ;为负数,对低8 位(上图的LS Byte)求补 CPL A ;取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPERATURE_L,A ;取补码后存回TEMPERATURE_L,此时TEMPERATURE_L里面的值就可以表示温度了 MOV A,TEMPERATURE_H CPL A ADDC A,#00H ;高位TEMPERATURE_H取反,加上从低位TEMPERATURE_L进来的位 MOV TEMPERATURE_H,A ;写回TEMPERATURE_H MOV TEMPERATURE_HC,#0BH SJMP TEMPC11 TEMPC1: MOV TEMPERATURE_HC,#0AH TEMPC11:MOV A,TEMPERATURE_HC SWAP A MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH ;取A低4位(小数位,单位是0.0625),得出来的数要乘以0.0625,通过查表来算出值 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,@A+DPTR ;查表 MOV TEMPERATURE_LC,A ;TEMPERATURE_LC的低四位保存 小数部分 BCD MOV DIS_BUF_X,A ;小数位的BCD码送入显示buffer中 MOV A,TEMPERATURE_L ;整数部分 ANL A,#0F0H ;得到个位单个数值 SWAP A ;SWAP后就得到个位真正的个位 MOV TEMPERATURE_L,A MOV A,TEMPERATURE_H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPERATURE_L MOV TEMPERATURE_ZH,A ;组合后的值存入TEMPERATURE_ZH LCALL HtoB ;转换HEx值成为BCD码 MOV TEMPERATURE_L,A ;TEMPERATURE_L目前存入的是十位和个位的BCD编码 ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPERATURE_HC ;TEMPERATURE_HC 低4位 存放 十位数 BCD MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH SWAP A ;TEMPERATURE_LC高4位 存放 个位数 BCD ORL A,TEMPERATURE_LC MOV TEMPERATURE_LC,A MOV A,R7 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R7,A MOV A,TEMPERATURE_HC ;TEMPERATURE_HC高4位 存放 百位数 BCD ANL A,#0FH ORL A,R7 MOV TEMPERATURE_HC,A TEMPC12:RET ;小数部分码表 TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H 结果温度值的BCD码存放到TEMPERATURE_HC(百位和十位),TEMPERATURE_LC(个位和小数位)中 五.硬件设计说明 设计主要思路是通过单片机编程将由温度传感器DS18B20采集并显示包括升温,温度到达上下线蜂鸣器报警等。 密封杯1.单片机最小控制系统如图5-1 |
本文发布于:2024-09-22 10:25:48,感谢您对本站的认可!
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