基于AT89S52温度自动控制检测系统设计

摘要：基于当前落后的辣椒烘干处理方法，本文利用AT89S52单片机和温度传感器(DS18B20)技术，设计了一种能自动显示、检测、控制报警一体化智能温控系统，通过仿真调试，可以根据需要自行设置温度范围。
关键词：自动检测；智能；温度控制；自行设置

    现在农村从事大规模销售辣椒生意的农民，首先要对辣椒进行烘干处理，目前主要是利用一个封闭的烤炉中对辣椒进行烘干，它对温度的要求很严格，如果温度过高就会将辣椒烤焦，如果温度过低就会出现水泡，由于这种原因，经常需要人工进行监控，进入到烤炉中察看温度的变化，从而根据需要来进行加温或者降温处理。但是这样不但麻烦而且对温度的影响很大，不利用温度的控制，所以经常出现烤焦和水泡现象。要解决这一问题，必须有一套很精确的温度自动控制与检测系统。本文利用单片机技术和自动检测技术设计了一种自动烘干系统。

1 设计思路
    根据需要自行设置温度范围，设置一个下限值和上限值。当传感器检测到温度在我们设置的上、下限值之间时数码管显示当前的温度值，单片机不实行操作处理，当温度低于下限值时数码管自动显示L(低)，然后单片机执行操作，通过继电器来控制外电路加热系统进行加热，当温度加热到我们设定的下限值以上时，单片机会自动控制继电器断开，停止加热。当温度高于我们设定的温度的上限值时，数码管显示H(高)由单片机控制断开加热系统。如此的反复进行循环。使温度一直控制在我门所需要的范围内。整个控制过程全部由单片机来自行控制。此系统还有一个优点就是当温度传感器发生故障时，单片机检测不到温度时，就会自动报警，提示人们检查电路中的故障。从而实现对温度的自动显示、检测、控制和报警的一体化。

2 硬件总体设计
2．1 DS18B20温度传感器
    DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20是新的“一线器件”，体积更小、适用电压更宽、更经济。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数，所以在一条总线上可挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。并且适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20的性能是新一代产品中最好的。性能价格比也非常出色。DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。
2．2 数码显示功能
    通过温度传感器可以直接显示当前的温度值，便于观察系统是否处于正常工作状态中可以明确给予人们提示。从而使人能随时跟据自己的需要来设置新的温度。
2．3 AT89S52单片机
    AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。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8位CPU和在系统可编程Flash，使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。另外，AT89S52可降至0 Hz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。
2．4 键盘输入模块
    SET按键为设置功能选择键，每按下一次，改变一次功能设置。SET1为上、下限温度显示键，SET2为温度上限值设定键，SET3为温度下限值设定键，SET4为复位键。
2．5 系统模块框图

3 原理和设计电路图
3．1 原理
    单线数字温度传感器DS18B20将外界温度信号直接转换成串行数字信号传给AT89S52处理器处理，AT89S52处理器对接收到的数据进行处理，控制LED显示、加热器工作、指示灯显示和报警器工作。从而实现系统的自动温度控制等功能。
3．2 电路图

4 软件设计
4．1 主程序设计
    从软件的功能不同可分为3大类：1)检测软件，它是用来检测温度；2)显示部分，用来显示所检测到的温度；3)控制部分，用来控制马达。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义。下图为软件设计流程图。

4．2 温度检测
4．2．1 读取温度设计
    DS18B20可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量贮存在内部电容器中；当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电平重新接上寄生电源为止。此外，还可外接5 V电源，给DS18B20供电。
    读取温度子程序的主要功能是读出RAM中的9个字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高低位在后，低位在前，共12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。
    读取温度的主程序如下：

4．2．2 温度数据处理设计
    读出温度数据后，TempL的低四位为温度的小数部分，可以精确到0．062 5℃，TempL的高四位和TempH的低四位为温度的整数部分，Tem pH的高四位全部为1表示负数，全为0表示正数。所以先将数据提取出来，分为3个部分：小数部分、整数部分和符号部分。小数部分进行四舍五入处理：大干0．5℃的话，向个位进1；小于0．5℃的时候，舍去不要。当数据是个负数的时候，显示之前要进行数据转换，将其整数部分取反加一。还因为DS18B20最低温度只能为-55℃，所以可以将整数部分的最高位换成一个“-”，表示为负数。由于DS18B20转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。温度高字节高5位是用来保存温度的正负，高字节低3位和低字节来保存温度值。其中低字节的低4位来保存温度的小数位。由于本程序采用的是0．062 5的精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以0．062 5，得到真正的数值，数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。也就说，本系统的温度精确到了0．1度。
温度数据处理主程序如下：
   

5 结束语
    基于AT89S52的自动温控系统能广泛地应用于工、农业及人们的居家生活中。由于本系统采用AT89S52开发，可以很方便地根据用户的要求实现不同的专用的自动温控系统，具有广阔的市场前景。