基于单片机的温度测控系统的设计

引言及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.温度的变化影响各种系统的自动运作，例如冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的水处理温度要求严格控制。

对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。

超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。

对于，超过适宜范围的温度能够报警。

同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。

单片机对对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法之一。

自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展。

单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。

单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。

单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。

同时，单片机具有较强的管理功能。

采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。

随着电视监视器材、计算机技术的日益发展，图形监视系统在电视系统或监控场所得到了广泛地应用。

用图形来实时显示被控对象（摄像机、终端设备等）在操作过程中的状态，具有清晰明了、形象直观且可以及时处理反馈信息。

它比数字仪表包含的信息量大得多，因此使现场监控人员的工作方式得到了改进，效率也由此得到了很大的提高。

现场电视监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。

实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能；监视系统完成对各个监控点的全天候的监视，能在多操作控制点上自动或手动切换多路图像，能遥控前端设备，能使摄像镜头自动对焦等；管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理，是整个系统的控制核心。

目前的图形实时监控软件通常用VC或VC++开发，它具备编译各种可视化程序的功能，可以使计算机通过监控界面达到对被控对象的各种实时操控。

因此,我们选择设计一个简易的水温控制系统,采用单片机进行控制的水温自动控制电路，使系统能简单的实现温度的控制及显示，并将PC机强大的软硬件资源、友好的人机界面和AT89S52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来,对实现对水温的自动控制，具有重大的现实意义。

1方案论证本设计分为上位机和下位机两部分，其工作过程为：下位机的单片机定时采集温度传感器所感应到的被测对象的表面温度，并将采集的数据显示在数码管上，温度过高或过低进行报警，同时通过串口把数据传送到上位机。

上位机收到下位机传送的温度数据，在显示屏上显示温度。

根据以上分析现将系统用图1.1.1表示。

图1.1.1 温度测控系统示意图2硬件系统设计2.1总体硬件设计2.1.1控制系统的总体设计思路本系统采用AT89S52单片机作为下位机，完成水温检测与控制。

PC机为上位机，与单片机实时通信，实现参数显示、报警等功能。

主要硬件有单片机、温度传感器、LED数码管、串口驱动芯片等。

可分为六大部分电路：电源电路、单片机电路、温度传感器电路、数码管显示电路、串口驱动电路、蜂鸣器电路。

2.1.2硬件选择（1）单片机AT89S52 是一种低功耗、高性能微控制器，具有系统可编程Flash 存储器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的CPU和系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

【1】另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

下图为AT89S52引脚图图2.1.1 AT89S52引脚图P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。

对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。

在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。

在使用 8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。

对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

端口引脚第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)（2）传感器单片机的接口信号是数字电信号，要想用单片机获取温度这类非典信号的信息，必须使用温度传感器。

温度传感器的作用是将温度信息转换为电流或电压输出，如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还须进行A/D转换，以满足单片机借口的需要。

为了设计简单，此实验选用输出为数字信号的温度传感器。

选用的数字温度传感器是有DALLAS公司生产的DS18B20，它可把温度信号直接转换成川航数字信号供危机处理。

该传感器的特点是：独特的单线借口仅需1根数据线与MCU连接，无需外部器件；可通过数据线提供电源；测温范围-55～+125℃，进度达0.1℃；内置A/D变换，温度数字量转换时间200ms（典型值），9位温度读数。

同时它可靠性高，价格低。

（3）LED数码管LED发光器件一般常用的有数码管和点阵两种。

点阵价格相对要高一些，常用的数码管一般为8字型数码管，分为a、b、c、d、e、f、g、dp八段，其中dp为小数点。

数码管常用的10根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为数码管的公共端，两根之间相互连通。

从尺寸上分，LED数码管的种类很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、等。

一般小于1.0的为单管芯，1.2～1.5的为双管芯，1.8以上的为3个以上管芯，因而供电电压要求不同，一般每个管芯的电压为2.1V左右。

通常，0.8一下采用5V供电，1.0～2.3采用12V供电，3.0以上的选择更高的电压供电。

因下位机为单一5V供电，同时考虑到价格因素，因此选用0.5的数码管。

（4）串口驱动芯片单片机AT89S52支持串口通信，它提供的是CMOS点评的串口数据，但PC 机进行通信时其COM口出来的信号时RS-232协议的串口数据电平，同时由于串口数据传输的距离较远，需要加驱动电路，因此需要在两者之间加转换新片。

我们的电路板采用5V供电，需要一路的串口转换，因此我们选用MAX232芯片，它采用5V供电，可提供2路串口转换，虽然浪费一路，但该芯片比较常用，易于购买。

2.2硬件系统各功能模块设计2.2.1电源电路因为选型的单片机、温度传感器、和数码管均支持5V电源工作，因此电源只需要单一5V供电即可，并且功率很小，不到1A。

直接用电脑USB接口提供的5V左右提供电源，再连接电容经过滤波，使得电压基本5V稳定。

电源电路如图2.2.1所示。

图2.2.1 电源电路2.2.2单片机电路选用单片机AT89S52的引脚如图所示，要使单片机工作起来，主要是要给单片机增加上电复位电路和外接一个晶振。

给AT89S52加电时，需要对AT89S52的引脚进行一次复位操作。

复位操作将AT89C2051的工作环境置成初始状态，并从程序的开始进行运行。

根据AT89S52的管脚定义，上电复位是通过给AT89S52的1脚发一个瞬时高电平来完成的，电路如图2.2.2所示。

图2.2.2 上位机复位电路上电的瞬间，电流有一个突发的向上的尖峰脉冲，因此电流能通过C1电容达到AT89S52的复位端口RESET对AT89S52进行复位。

尖峰过后，电流平稳，电容C1阻止电流通过，这样可以防止对AT89S52反复进行复位。