1.引言

溫度是日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中需要頻繁檢測及控制的一個量，隨著微處理器的高頻化及小型化，在電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，基于單片機的數(shù)字溫度計就顯得非常普遍和實用。本文采用DS18B20溫度傳感器，設(shè)計了一套基于單片機AT89C51的數(shù)字溫度自動控制系統(tǒng)?？朔藗鹘y(tǒng)溫度測量的讀數(shù)麻煩、測量速度慢、精度低、誤差大等缺點，并且可以對溫度進行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)設(shè)計電路簡單，輸出溫度用液晶顯示，讀數(shù)更直接，分辨率更高。

2.系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由主控制器、測溫電路、顯示電路和鍵盤電路組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 硬件連線圖

圖3 DS18B20讀寫框圖

該系統(tǒng)主控制器采用單片機AT89S51，溫度傳感器為DS18B20，用LCD 128X64液晶顯示屏實時顯示當(dāng)前溫度及控制溫度。鍵盤電路采用3*4矩陣鍵盤來設(shè)定需要溫度。AT89S51的P0.0～P0.4通過上拉電阻分別連接LCD 128X64液晶顯示屏的E、R/W、RS、/CS2、/CS1，P1.0～P1.7連接LCD 128X64液晶顯示屏的DB0～DB7，P2.0～P2.7接鍵盤電路。

2.1 AT89S51單片機

本系統(tǒng)選擇ATMEL生產(chǎn)的AT89S51單片機，其特性如下：

(1)4KB可編程程序存儲器(ROM)；128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)；32條雙向輸入輸出線(I/O)；1000次以上的循環(huán)寫/擦；

(2)有ISP在線編程功能，在改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅僅需要4～5V即可；

(3)內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要外接看門狗計時器單元電路；

(4)電源范圍寬達4～5.5V，其工作性能更為穩(wěn)定。

圖4

圖5

圖6

2.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

DS18B20是美國DALLAS公司推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器。其主要特點如下：

(1)適應(yīng)電壓范圍較寬，3.0～5.5V，兩種供電方式，寄生電源方式下由數(shù)據(jù)線供給；

(2)1-wire單總線數(shù)據(jù)通信方式，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，通過一根端口線與CPU通信；

(3)溫度測量范圍為—55℃～+125℃，可編程為9～12位的A/D轉(zhuǎn)換精度。

2.3 JDL12864圖形點陣液晶顯示器

JDL12864主要由行/列驅(qū)動器及128*64的全點陣液晶顯示器組成，可以顯示8*4個（16*16點陣）漢字。其主要特點如下：

(1)電源：VDD，+5V。模塊內(nèi)自帶—10V負(fù)壓，用于作LCD的驅(qū)動電壓；

(2)內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選)，128個16×8點陣字符；

(3)與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和8條控制線；

(4)工作溫度為—10℃～+50℃。存儲溫度為—20℃～+70℃；其硬件連線如圖2。

3.軟件設(shè)計

DS18B20的單總線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3所示。

4.Proteus仿真

4.1 仿真步驟

(1)根據(jù)硬件設(shè)計電路，在Proteus元件庫中將所需要的元器件找出；

(2)根據(jù)硬件設(shè)計電路中各個元件之間的關(guān)系，將各個元件連接起來；

(3)檢查各元件的排列、連接和元件的型號、大小；

(4)加入“*.HEX”文件；

(5)啟動軟件仿真演示；

4.2 仿真結(jié)果

(1)啟動仿真后顯示當(dāng)前溫度33.4℃，實際溫度為33.5℃；如圖4。

(2)將溫度設(shè)置為85.2℃，顯示屏上狀態(tài)變?yōu)榧訜釥顟B(tài)；如圖5。

(3)將溫度設(shè)為12.2℃，顯示屏上狀態(tài)變?yōu)榻禍貭顟B(tài)；如圖6。

5.結(jié)束語

本文設(shè)計了基于DS18B20數(shù)字式溫度傳感器的溫度自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)已AT89S51單片機作為主控制器，采用LCD12864液晶顯示器顯示溫度，實現(xiàn)了溫度的實時采集和精確顯示，而且可以通過調(diào)節(jié)來進行加熱或降溫，實現(xiàn)溫度的精確控制。通過仿真驗證，整個系統(tǒng)電路簡單，性能穩(wěn)定，在測溫范圍內(nèi)測溫準(zhǔn)確。

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