学文网摘要：温度是一种最基本的环境参数，在工农业生产及日常生活中对温度的测量及控制具有重要意义。该设计通过AT89C51单片机驱动数字温度传感器DS18B20，进行温度数据采集、读取、处理，并通过LCD显示当前的温度，当温度超过上下限时实现报警。
关键词：温度 传感器 单片机 控制
前言
以往，在实际的温度控制系统中，多采用热敏电阻器或热电偶测量温度。这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路，这样就增加了电路的复杂性，而且该种电路易受干扰，使采集到的数据准确性不高。随着微电子技术、单片机技术、传感器技术的不断发展，为温度控制系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。本文摆脱了传统的温度测量方法，设计了一种基于AT89C51单片机与DS18B20 的温度控制系统，这样利于智能化控制。
本设计给出了系统实现的硬件原理***和具体程序，经仿真表明，本设计是可行的。这个系统设计和布线简单，体积小，重量轻，抗扰能力强，扩展方便，在大型仓库，车间，智能化建筑的多点温度检测有广泛的应用前景。
一、系统总体方案设计
1.温度控制系统的功能
温度控制系统中检测当前的环境温度是通过一线温度传感器DS18B20进行采集，然后通过单片机芯片STC89C51 处理并在液晶上显示，同时单片机控制蜂鸣器和三个LED灯，用于对温度进行实时控制操作。
2.该温度控制系统总体框***
（1）单片机最小系统：采用AT89C51单片机；
（2）温度采集模块：采用一线温度传感器DS18B20 ；
（3）温度显示模块：采用LCD液晶显示；
（4）报警电路：采用蜂鸣器报警；
（5）外部设备控制电路：采用的是LED灯显示，用来实时监测系统的工作。
二、温度控制系统的设计
该温控系统的具体电路***，如***2所示。
1.单片机最小系统的设计
（1）AT89C51单片机简介
单片机是一块单芯片的微控制器集成电路，在本系统中温度传感器DS18B20的工作，LCD液晶显示，蜂鸣器报警电路，以及LED显示都是单片机控制的。这里选用的是ATMAL 公司的AT89C51单片机，AT系列单片机是与MCS—51系列完全兼容的，所以89C51表示可以是任何一个厂家的产品。51单片机主要由中央处理器、数据存储器、程序存储器、定时/计数器、并行输入/输出（I/0）口、串行口，时钟电路以及中断系统组成。89C51单片机基本组成框***，如***3所示。
（2）单片机最小系统结构
单片机要正常工作必须满足三个条件：一是正确的电源，51系列单片机的工作电源是+5V的直流电，过高或者过低都会引起单片机不工作；二是要有时钟电路，51系列单片机的时钟有两种方式，一种是内部时钟方式，另外一种是外部时钟方式，在本设计中采用的是内部时钟方式，其中晶振的频率为12MHz，电容的容量为33PF；三是要有复位电路，其作用是使CPU和系统中的其他部件从一个确定的初始状态开始执行。复位电路通常有两种形式，一种是上电复位，另外一种是按键复位，在本设计中采用的是上电复位。
2.温度控制模块设计
（1）DS18B20温度传感器的优点
DS18B20是美国Dallas半导体公司推出的数字化温度传感器，它采用单条信号线，既可以传输时钟，又可以传输数据，而且数据传输是双向的，因而其组成的系统具有测温简单、精度高、连接方便、占用口线少等优点。
（2）DS18B20温度传感器的测温原理
DS18B20需要严格的读写时序以确保数据的完整性，这其中主要包括五种脉冲时序：复位与存在脉冲，写0脉冲，写1脉冲，读0脉冲，读1脉冲。所有这些信号，除了存在脉冲是由DS18B20发出的以外，其它都是由MCU（总线控制器）发出的。
读取DS18B20温度主要有以下几个步骤：
第一步：
①DS18B20初始化，一个复位脉冲加一个存在脉冲表示初始化完成。
②向DS18B20发送命令，因为本设计中采用外部电源供电，且总线上仅有一只DS18B20，所以发送CCH，表示跳过检测ROM地址。
③向DS18B20发送44H，表示温度转换命令。
第二步：
①DS18B20初始化，一个复位脉冲加一个存在脉冲表示初始化完成。
②向DS18B20发送命令，因为本设计中采用外部电源供电，且总线上仅有一只DS18B20，所以发送CCH，表示跳过检测ROM地址。
③向DS18B20发送BEH，读取温度值。
3.温度显示模块设计
在本设计中，采用的1602液晶显示器为+5V电压驱动，带背光，可显示两行。每行16个字符，只能显示字符，不能显示***形和汉字。
（1）1602型液晶接口引脚功能
1602型液晶接口引脚功能如下表：
（2）基本操作时序
基本操作时序，在这里主要用的是写指令和写数据。
写指令 输入：RS=L，R/W=L，D0-D7=指令码，E=高脉冲 输出：D0-D7=数据。
写数据 输入：RS=H，R/W=H，D0-D7=数据，E=高脉冲 输出：无。
初始化设置：
4.报警电路设计
本设计采用蜂鸣器配合发光二极管一起作监测温控系统的工作情况，当单片机正常工作时，蜂鸣器不响，发光二极管D1亮；当温度上升到40度时，蜂鸣器响，发光二极管D3亮；当温度低于30度时，蜂鸣器响，发光二极管D2亮。
51系列单片机上电复位后，I/O口处于高电平，这时二极管的正负极均处于高电平状态，此时灯不亮，如果要使灯亮，负极必须给低电平。
单片机I/O口的输出电流很小，一般只有4-20mA如果要驱动大的负载，必须用到驱动电路，在这里采用了PNP三极管驱动。当P3.2口输出高电平时，三极管不导通，蜂鸣器不响；当P3.2口输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器响，发出报警信号。
三、系统程序设计
本系统采用 AT89C51作为核心处理器件，把经过DS18B20 现场实时采集到的温度数据，存入AT89C51 的内部数据存储器，并送LCD 液晶显示，并与温度的设定值进行比较，然后由单片机输出控制信号去控制外部设备。进行温度控制程序的设计还应考虑越限报警，当采集到的温度值与温度的设置值进行比较后，若发现当前温度值越限，则产生报警信号。具体程序见附录部分。
四、设计仿真结果
设计的电路通过proteus仿真，当温度超过下限值时，蜂鸣器响，同时相应LED灯亮，并把当前温度显示在LCD上，所以结果显示本设计是可行的。
五、结论
该温度控制系统主要介绍了DS18B20的温度采集功能，以及利用单片机技术，把液晶显示、蜂鸣器、LED灯和温度传感器DS18B20有机的结合在一起，电路简洁美观，仿真结果显示精度高、可靠性好，完全可以在实际中运用。
本设计如果再进行改进，比如在超温限时，用继电器自动驱动制冷和制热设备，这样可以使温控系统更广泛地应用生产和生活。
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