基于DS18B20的温度控制系统设计.doc

目录 1、前言 1 2、温度控制系统设计 2 2.1方案选择 2 2.2整体电路设计 2 3、电路模块设计 3 3.1电源电路模块 3 3.2 STC89C52控制芯片 3 3.3 DS18B20温度控制芯片 6 3.3.1 DS18B20简介 6 3.3.2 DS18B20的性能特点 6 3.3.3 DS18B20供电方式 7 3.3.4 DS18B20测温原理 7 3.4复位电路模块 8 3.5显示电路模块 9 3.5.1移位寄存器74HC164 9 3.5.2数码管显示电路 10 3.6报警电路模块 11 3.7按键电路模块 11 4、软件设计 12 4.1控制流程图 12 4.2 DS18B20工作过程及时序 12 4.2.1初始化时序 12 4.2.2写时序 13 4.2.3读时序 14 5、闭环控制 16 5.1 被控对象的传递函数测定 16 5.2控制算法 16 6、系统调试 19 7、结论 20 参考文献 22 附录 23 1、前言 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。 、温度控制系统设计 .1方案选择 实现温度控制的方法主要有以下几种。 方案一：采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的要求难度较大。 方案二：FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高。 方案三：单片机与高精度温度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。 这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本设计任务是基于STC89C52单片机和温度传感器实现对温度的控制。系统框图如下： 图-1 系统框图 .2整体电路设计 温度传感器 DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机 STC89C52 获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度值，通过加热和冷却对当前温度进行调整。采集到的温度数据传输到单片机，由单片机处理后的数据送显示部分显示，当采集的温度经处理后低于设定温度的下限或高于设定温度的上限时，单片机控制报警电路发出报警声。本次设计的整体电路图 3、电路模块设计 .1电源电路模块 控制系统主控制部分电源需要用5V直流电源供电，其电路如图6-1所示，把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。本电路使用集成稳压芯片7805解决了电源稳压问题。电源电路如图所示。 图-1 电源电路 .2 STC89C52控制芯片 STC89C52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