基于单片机和组态王的温度控制系统设计 毕业设计

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DS18B20的测温原理图如图2-5所示：

斜坡累加器预置低温度系数晶振计数器1计数比较器预置置位/清除=0高温度系数晶振计数器2停止

图2-5 DS18B20的测温原理图

加1温度寄存器=0其原理为用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55℃的一个值。如果计数器在门周期结束前达到0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测量的温度大于-55℃。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。

这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器得值和每一度的计数值。

2.2.2主控元件

AT89系列单片机的核心是8031，在硬件和软件方面与MCS-51系列完全兼容，AT89系列的指令与有关定义和MCS-51系列单片机应用系统编写的程序可以直接使用。AT89系列的引脚排列、定义与CS-51完全一致，可以直接替换。由于该单片机内部有Flash ROM，所以编写的程序烧录方便，易于擦除，可以反复使用，非常方便用于对程序并进行修改，缩短研制周期，降低了研制成本。

AT89S52是AT89C52的升级产品，性能上较AT89C52有很大提升，在价格上却与之差不多，甚至更低。AT89S52显著的特点是加入了在系统编程（ISP）功能，不再依靠专

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用的编程工具，改写单片机存储器内的程序也再不需要把芯片从电路板上拆下。基于性价比、低功耗及设计实现上考虑，选用了AT89S52来实现设计要求。

2.2.3显示器件

显示是微控系统的重要组成部分，主要显示各种参数值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。常用的显示有CTR、LED、LCD等。CTR不仅可以进行字符显示，还可以进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便的进行生产过程的管理和监视。但由于体积大、价格贵，所以只适用于大型系统。在小型生产过程中常选用LED、LCD作为显示器件。他们都具有体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命长等优点。

在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。本设计只要求显示所测温度数据，所以可用LED显示。

2.2.4控制模块

本设计采用固态继电器，其典型应用电路如下： （1）输入端的驱动

①触点控制。它是一种最基本的驱动方式，如图2-6。

VcRmRl+SSR－~Cp~RpRmAC

图2-6 触点控制

②TTL驱动SSR，如图2-7。

VcTTL－+SSR~Cp~RpRmAC

图2-7 TTL驱动SSR

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③CMOS驱动SSR，见图2-8。

VcR1+R2－R3NPNSSR~Cp~RpRlCMOSRmAC

图2-8 CMOS驱动SSR

（2）输出端驱动负载

① DC-SSR驱动大功率负载，见图2-9。 ② DC-SSR驱动大功率高压负载，见图2-10。

Rl+DCSSR－－R1－++DCSSR－R2+R1R2

（a） (b)

图2-9 DC-SSR驱动大功率负载

V1+R1+DCSSR－－R2+RlV2+

图2-10 DC-SSR驱动大功率高压负载

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本设计中固态继电器是由单片机控制的，所以它的供电电压选择5V直流电。继电器所带的负载为一个额定功率600W，接220V交流电的电烤箱。所以继电器的要选用交流型（AC-SSR），耐压在220V以上，电流为1.5A以上。即本设计选用的是5V供电，2A 250VAC的固态继电器。

由于固态继电器的输出采用的光电耦合器对信号进行了隔离，本设计无需再接光电耦合器了。接口驱动本设计采用的是反相缓冲器74LS06，具体链接电路如图2-11所示。

加热器+5V89S52P1.6+SSR－~~BSYFU~220V

图2-11 固态继电器驱动电路

2.2.5通信模块

要使上位机能对系统进行参数设置，实时显示温度曲线及相关参数等操作，就离不开和上位机的通信。有并行和串行两种通信方式，为了节约传输线成本。本设计采用RS-232C串行通信方式。

RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广泛的标准总线。现在，计算机上的串行通信端口（RS-232C）是标准配置端口，已经得到广泛应用，计算机上一般都有1～2个标准RS-232C串口，即通道COM1和COM2。RS-232C规定最大的负载电容为2500pF，这个电容限制了传输距离和传输速率，由于RS-232C的发送器和接收器之间具有公共信号地（GND），属于非平衡电压型传输电路，不使用差分信号传输，因此不具备抗共模干扰的能力，共模噪声会耦合到信号中。在不使用调制解调器（MODEM）时，RS-232C能够可靠进行数据传输的最大通信距离为15米。因此不适合做远距离通信，但是对于实验室烤箱的温度控制来说，15米的通信距离已经足够。

RS-232C规定的逻辑电平与一般微处理器、单片机的逻辑电平是不同的，逻辑1(MARK) ＝ -3V～-15V，逻辑0(SPACE) ＝ ＋3～＋15V。因此，单片机系统要和电脑的RS-232C接口进行通信，就必须把单片机的信号电平（TTL电平）转换成计算机的RS-232C电平，或者把计算机的RS-232C电平转换成单片机的TTL电平，通信时候必须对两种电平进行转换。实现这种转换的方法可以使用分立元件，也可以使用专用RS-232C电平转换芯片。目前较为广泛地使用专用电平转换芯片，如MAX232、MC1488、MC1489等。

本系统通过MAX232E芯片实现TTL电平与RS232电平的转换。MAX232是单电源双RS-232C发送/接收芯片。它符合所有的RS-232C技术规范，只要单一 +5V电源供电；

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