课程设计（论文）-基于ds18b20的温度控制系统设计

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1、目录1、前言12、温度控制系统设计22.1方案选择22.2整体电路设计23、电路模块设计33.1电源电路模块33.2STC89C52控制芯片33.3DS18B20温度控制芯片63.3.1DS18B20简介63.3.2DS18B20的性能特点63.3.3DS18B20供电方式73.3.4DS18B20测温原理73.4复位电路模块83.5显示电路模块93.5.1移位寄存器74HC16493.5.2数码管显示电路103.6报警电路模块113.7按键电路模块114、软件设计124.1控制流程图124.2DS18B20工作过程及时序124.2.1初始

2、化时序124.2.2写时序134.2.3读时序145、闭环控制165.1被控对象的传递函数测定165.2控制算法166、系统调试197、结论20参考文献22附录23311、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

3、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

4、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。312、温度控制系统设计2.1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

5、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：温度传感器单片机键盘控制复位电路显示电路报警电路电源电路图2-1系统框图2.2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

6、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，同时相应的发光二极管发光显示。本次设计的整体电路图见附录。313、电路模块设计3.1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

7、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3-1电源电路3.2STC89C52控制芯片STC89C52是一

8、个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非