基于单片机的温度控制系统的设计

摘  要

本文列举了单片机在锅炉中的一个实际应用，并对设计的温度控制系统的组成及主要电路的作用进行了详细的介绍。
文章介绍了用单片机控制的、基于数字温度传感器DS1820的温度测量和控制系统：重点阐述了DS1820的工作原理、指令系统、单片机与DS1820之间的接口、数据传递、通信协议。该系统采用单片机与数字温度传感器DS1820相结合，能够测量出-55℃-125℃之间的温度，同时还具有通过控制加热系统调节被测环境温度和对超限温度进行报警等功能。

关键词  温度传感器DS1820；单片机；硬件设计；软件设计

Abstract [资料来源：http://Doc163.com]

    Practical application of one-chip computer in heat-treatment furnace is listed,and detailed introduction is given to the compositionsand the main functions of temperature control system.
The paper introduces the temperature measurement and control system based on the DS1820. The author emphasizes on the working principle of the DS1820, instructionset, data transfer, the interface and the communication protocol between the DS1820 and single chip microcomputer. The system adopt single chi＇p microcomputer combined with the DS1820,it can measure temperature between -55℃-125℃. The system not only can measure the temperature of the environment , but also can alarm when the temperature is beyond the rang of the safe temperature which is set.[

Key words  DS1820; Single Chip Microcomputer; tlardware Design; Software Design [来源：http://www.doc163.com]

单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。

该仪器采用美国Intel公司八位单片机作为控制核心，配以DS18B20构成的智能温度测量装置及其他集成电路，加上精心对软件设计，实现了仪表智能化。对0~100℃范围内的各种电加热炉的温度进行精密测量并能实现实时控制，同时， LED显示器直接跟踪显示被控对象的温度值，准确度高，显示清晰，稳定可靠，使用方便。
文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控与温度传感器，完成了课题所有要求。

系统各部分工作原理
温控仪原理。整个仪表的工作原理是：由89C51单片机控制，按预先编制的程序定时对被测信号进行采样，并自动进行零漂校正，最后显示所测温度值，同时按设定值、所测温度值、温度变化速率，自动进行PID参数自整定和运算，并输出0~10mA控制电流，配以主回路实现温度的控制及显示。

系统各部分功能 
由DS18B20构成的智能温度控制装置由四部分组成：DS18B20温度传感器、89C51、显示模块，温度调节驱动电路。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控以及温度传感器。

统的工作过程
基于DS18B20的温度测量装置电图如图2所示：温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节），传感器可置于离装置150米以内的任何地方，输出脚I/O直接与单片机的P1.1相连，R1为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。89C51是整个装置的控制核心，89C51内带1K字节的FlashROM，用户程序存放在这里。显示器模块由四位一体的共阳数码管和4个9012组成。
系统程序分传感器控制程序和显示器程序和温度控制程序三部分，传感器控制程序是按照DS18B20的通信协议编制。系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。标度转换程序根据温度检测值求的实际炉温，数字调节器程序根据恒温给定值与实际值的偏差。按积分分离的PID控制算法得到输出的控制量。数字触发器程序根据控制量控制电阻炉子的导通时间，调节炉温的变化使之与给定恒温值一致。导通时间长，输出功率大，温度升的快；导通时间短，输出功率小，温度升的变慢。 [版权所有：http://DOC163.com]
 89C51对温度的控制是通过双向可控硅实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，89C51只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。

目  录 [资料来源：http://doc163.com]

第1章  绪 论 
第2章  系统简介 
2.1 系统的组成   
2.1.1系统组成图 
2.1.2 系统各部分工作原理 
2.1.3 系统各部分功能 
2.2 系统的工作过程 
第3章  系统的硬件电路设计 
3.1 微处理器的89C51的简介 
3.1.1 引脚性能 
3.2 DS1820的简介 
3.2.1 DS1820功能块的详细说明
3.2.2  DS1820测温原理
3.2.3 DS1820使用中注意事项
3.3 控制电路设计 
3.3.1主回路设计 
3.3.2 键盘显示电路 
3.3.3 接口电路 
3.3.4温度控制电路
第4章  控制的算法 
4.1 温度控制的PID算法 
第5章  温度控制程序 
5.1 总  述 
5.2 主程序 
5.3 T0中断服务程序CT0 
5.4 子程序 
致  谢 
参考文献 
附录1 
附录2  [资料来源：http://www.doc163.com]