基于51单片机的DS18B20温度控制加热降温系统设计
1 开发环境
仿真图:proteus8.9以上
程序代码:KEIL4/KEIL5
原理图:AD
设计编号：A0007
2 功能说明介绍
结合实际情况，基于51单片机设计一个排队叫号系统设计。该系统应满足的功能要求为：
系统由51单片机、DS18B20温度传感器、LCD1602液晶显示屏、继电器、风扇、加热膜、按键、蜂鸣器组成。
可实现以下基本功能：
1、可进行温度值的实时显示，精度为0.1摄氏度；
2、使用数码管作为显示设备；
3、检测范围是-55~125摄氏度；
4、可通过按键设置温度的报警范围；
5、一旦温度过低，绿色指示灯亮，蜂鸣器响，加热膜加热，模拟升温装置；
6、一旦温度过高，红色指示灯亮，蜂鸣器响，小风扇转动，模拟降温装置；
本资料下载链接(可点击)
https://docs.qq.com/doc/DTk5xUXRZdHFqem5O
3 仿真图
AT89C51可以替换为AT89C52，实物可以换做STC89C51,STC89C52
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS16位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器，期间采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用16位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个1 6位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
本系统中央控制器采用的AT89C51单片机，复位电路采用上电复位电路。外接的晶振为12MHz晶振。
4 程序
工程文件使用Keil4/keil5打开。编译产生hex加载到对应的单片机中。
代码
#include <reg52.h> // 包含头文件
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char // 以后unsigned char就可以用uchar代替
#define uint unsigned int // 以后unsigned int 就可以用uint 代替
sbit DQ = P1^1; // DS18B20传感器的引脚定义
sbit w1 = P2^4; // 数码管第1位的控制引脚
sbit w2 = P2^5; // 数码管第2位的控制引脚
sbit w3 = P2^6; // 数码管第3位的控制引脚
sbit w4 = P2^7; // 数码管第4位的控制引脚
sbit Buzzer = P1^0; // 蜂鸣器引脚
sbit JdqLow = P2^0; // 温度过低继电器控制(加热)
sbit JdqHig = P2^1; // 温度过高继电器控制(降温)
sbit LedLow = P2^2; // 温度低指示灯
sbit LedHig = P2^3; // 温度高指示灯
sbit KeySet = P3^2; // 设置按键
sbit KeyDown = P3^3; // 减按键
sbit KeyUp = P3^4; // 加按键
/* 数码管的显示值： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - */
uchar code Array1[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40 };
/* 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. */
uchar code Array2[]={ 0xBf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef };
uchar Buff[4]; // 显示缓冲区
uchar ShowID=1; // 当前显示的是哪一个数码管
int AlarmLow=150; // 默认报警的温度下限值是15度
int AlarmHig=300; // 默认报警的温度上限值是30度
/*********************************************************/
// 毫秒级的延时函数，time是要延时的毫秒数
/*********************************************************/
void DelayMs(uint time)
{
uint i,j;
for(i=0;i<time;i++)
for(j=0;j<112;j++);
}
/*********************************************************/
// 延时15微秒
/*********************************************************/
void Delay15us(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
/*********************************************************/
// 复位DS18B20（初始化）
/*********************************************************/
void DS18B20_ReSet(void)
{
uchar i;
DQ=0;
i=240;
while(--i);
DQ=1;
i=30;
while(--i);
while(~DQ);
i=4;
while(--i);
}
/*********************************************************/
// 向DS18B20写入一个字节
/*********************************************************/
void DS18B20_WriteByte(uchar dat)
{
uchar j;
uchar btmp;
for(j=0;j<8;j++)
{
btmp=0x01;
btmp=btmp<<j;
btmp=btmp&dat;
if(btmp>0) // 写1
{
DQ=0;
Delay15us();
DQ=1;
Delay15us();
Delay15us();
Delay15us();
Delay15us();
}
else // 写0
{
DQ=0;
Delay15us();
Delay15us();
Delay15us();
Delay15us();
DQ=1;
Delay15us();
}
}
}
/*********************************************************/
// 读取温度值
/*********************************************************/
int DS18B20_ReadTemp(void)
{
uchar j;
int b,temp=0;
DS18B20_ReSet(); // 产生复位脉
DS18B20_WriteByte(0xcc); // 忽略ROM指令
DS18B20_WriteByte(0x44); // 启动温度转换指令
DS18B20_ReSet(); // 产生复位脉
DS18B20_WriteByte(0xcc); // 忽略ROM指令
DS18B20_WriteByte(0xbe); // 读取温度指令
for(j=0;j<16;j++) // 读取温度数量
{
DQ=0;
_nop_();
_nop_();
DQ=1;
Delay15us();
b=DQ;
Delay15us();
Delay15us();
Delay15us();
b=b<<j;
temp=temp|b;
}
temp=temp*0.0625*10; // 合成温度值并放大10倍
return (temp); // 返回检测到的温度值
}
/*********************************************************/
// 定时器初始化
/*********************************************************/
void TimerInit()
{
TMOD = 0x01; // 使用定时器0，工作方式1
TH0 = 248; // 给定时器0的TH0装初值
TL0 = 48; // 给定时器0的TL0装初值
ET0 = 1; // 定时器0中断使能
EA = 1; // 打开总中断
TR0 = 1; // 启动定时器0
}
/*********************************************************/
// 显示温度值
/*********************************************************/
void ShowTemp(int dat)
{
if(dat<0) // 负号
{
Buff[0]=Array1[10];
dat=0-dat;
}
else // 百位
{
Buff[0]=Array1[dat/1000];
}
Buff[1]=Array1[dat%1000/100]; // 十位
Buff[2]=Array2[dat%100/10]; // 个位
Buff[3]=Array1[dat%10]; // 小数后一位
}
/*********************************************************/
// 报警判断
/*********************************************************/
void AlarmJudge(int dat)
{
if(dat<AlarmLow) // 判断温度是否过低
{
LedLow=0; // 温度低指示灯亮
LedHig=1; // 温度高指示灯灭
JdqLow=0; // 温度过低的继电器闭合(开始加热)
JdqHig=1; // 温度过高的继电器断开(停止降温)
Buzzer=0; // 蜂鸣器报警
}
else if(dat>AlarmHig) // 判断温度是否过高
{
LedLow=1; // 温度低指示灯灭
LedHig=0; // 温度高指示灯亮
JdqLow=1; // 温度过低的继电器断开(停止加热)
JdqHig=0; // 温度过高的继电器闭合(开始降温)
Buzzer=0; // 蜂鸣器报警
}
else // 温度正常
{
LedLow=1; // 温度低指示灯灭
LedHig=1; // 温度高指示灯灭
JdqLow=1; // 温度过低的继电器断开(停止加热)
JdqHig=1; // 温度过高的继电器断开(停止降温)
Buzzer=1; // 蜂鸣器停止报警
}
}
/*********************************************************/
// 按键扫描
/*********************************************************/
void KeyScanf()
{
if(KeySet==0) // 如果设置按键被按下
{
/* 设置温度下限 */
LedLow=0; // 点亮绿色灯（代表当前正在设置温度下限）
LedHig=1; // 熄灭红色灯
Buzzer=1; // 关闭蜂鸣器
ShowTemp(AlarmLow); // 显示温度下限值
DelayMs(10); // 延时去抖
while(!KeySet); // 等待按键释放
DelayMs(10); // 延时去抖
while(1)
{
if(KeyDown==0) // 如果“减”按键被按下
{
if(AlarmLow>-550) // 判断当前温度下限是否大于-55度
{
AlarmLow--; // 温度下限值减去0.1度
ShowTemp(AlarmLow); // 刷新显示改变后的温度下限值
DelayMs(200); // 延时
}
}
if(KeyUp==0) // 如果“加”按键被按下
{
if(AlarmLow<1250) // 判断当前温度下限是否小于125度
{
AlarmLow++; // 温度下限值加上0.1度
ShowTemp(AlarmLow); // 刷新显示改变后的温度下限值
DelayMs(200); // 延时
}
}
if(KeySet==0) // 如果“设置”按键被按下
{
break; // 退出温度下限值的设置，准备进入上限值的设置
}
}
/* 设置温度上限 */
LedLow=1; // 熄灭绿色灯
LedHig=0; // 点亮红色灯（代表当前正在设置温度上限）
ShowTemp(AlarmHig); // 显示温度上限值
DelayMs(10); // 延时去抖
while(!KeySet); // 等待按键释放
DelayMs(10); // 延时去抖
while(1)
{
if(KeyDown==0) // 如果“减”按键被按下
{
if(AlarmHig>-550) // 判断当前温度上限是否大于-55度
{
AlarmHig--; // 温度上限值减去0.1度
ShowTemp(AlarmHig); // 刷新显示改变后的温度上限值
DelayMs(200); // 延时
}
}
if(KeyUp==0) // 如果“加”按键被按下
{
if(AlarmHig<1250) // 判断当前温度上限是否小于125度
{
AlarmHig++; // 温度上限值加上0.1度
ShowTemp(AlarmHig); // 刷新显示改变后的温度上限值
DelayMs(200);
}
}
if(KeySet==0) // 如果“设置”按键被按下
{
break; // 准备退出设置模式
}
}
/* 退出设置模式 */
LedLow=1; // 熄灭绿灯
LedHig=1; // 熄灭红灯
DelayMs(10); // 延时去抖
while(!KeySet); // 等待按键释放
DelayMs(10); // 延时去抖
}
}
/*********************************************************/
// 主函数
/*********************************************************/
void main()
{
int temp;
uchar i;
TimerInit(); // 定时器0的初始化（数码管的动态扫描）
Buff[0]=Array1[0]; // 刚上电显示4个0
Buff[1]=Array1[0];
Buff[2]=Array1[0];
Buff[3]=Array1[0];
for(i=0;i<8;i++) // 由于传感器刚上电读出的温度不稳定，因此先进行几次温度的读取并丢弃
{
DS18B20_ReadTemp();
DelayMs(120);
}
while(1)
{
EA=0; // 屏蔽中断
temp=DS18B20_ReadTemp(); // 读取温度值
EA=1; // 恢复中断
ShowTemp(temp); // 显示温度值
AlarmJudge(temp); // 判断是否需要报警
for(i=0;i<100;i++) // 延时并进行按键扫描
{
KeyScanf();
DelayMs(10);
}
}
}
/*********************************************************/
// 定时器0服务程序
/*********************************************************/
void Timer0(void) interrupt 1
{
TH0 = 248; // 给定时器0的TH0装初值
TL0 = 48; // 给定时器0的TL0装初值
P0=0x00; // 先关闭所有显示
w1=1;
w2=1;
w3=1;
w4=1;
if(ShowID==1) // 判断是否显示第1位数码管
{
w1=0; // 打开第1位数码管的控制开关
P0=Buff[0]; // 第1位数码管显示内容
}
if(ShowID==2) // 判断是否显示第2位数码管
{
w2=0; // 打开第2位数码管的控制开关
P0=Buff[1]; // 第2位数码管显示内容
}
if(ShowID==3) // 判断是否显示第3位数码管
{
w3=0; // 打开第3位数码管的控制开关
P0=Buff[2]; // 第3位数码管显示内容
}
if(ShowID==4) // 判断是否显示第4位数码管
{
w4=0; // 打开第4位数码管的控制开关
P0=Buff[3]; // 第4位数码管显示内容
}
ShowID++; // 切换到下一个数码管的显示
if(ShowID==5)
ShowID=1;
}
流程图如下图所示。
5 原理图
原理图由AD绘制，原理图和仿真图有出入，原理图需要电源，电源开关模块。此设计资料详细，硬件手册资料图片详细，不对硬件调试负责，做实物需要一定的基本功。主控芯片可以换为STC89C51/STC89C52
整个系统以AT89C51单片机为核心器件，配合电阻电容晶振等器件，构成单片机的最小系统。其它个模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，传感器采用DS18B20，负责采集温度数据后发给单片机。显示设备采用4位共阴数码管，显示检测到的温度值。按键模块，主要是进行报警值的设置。报警模块采用蜂鸣器+LED的模式，超出报警范围则进行声光报警，同时还有升温和降温装置工作，使得温度恒定在一个范围之内。
6 视频讲解
代码讲解+仿真讲解+仿真演示+原理图讲解
基于51单片机的DS18B20温度控制加热降温系统设计
7 设计报告
排队论（又称随机服务系统）是研究系统由于随机因素的干扰而出现排队（或拥塞）现象的规律的一门学科，它适用于一切服务系统，包括公共服务系统、通信系统、计算机系统等。可以说，凡是出现拥塞现象的系统，都属于随机服务系统。一个对象通过拥塞系统接受服务必须经过三个环节，即到达、排队等候处理、接受服务和离去。例如在医院中，排队流程如下：患者在挂号的同时领取排队号码，然后到候诊区候诊；当为前一患者完成诊断后，医生通过本系统呼叫队列中下一位患者，患者就可直接到空闲诊室行排队等候服务。
另一个方面，伴随着服务行业业务量不断增长，业务种类日益增多，排队等候已成为人们经常面临的实际问题。在银行，医院，电信，税务，工商等营业大厅里，前拥后挤，杂乱无章的排队等候，已是司空见惯的现象，影响了服务质量。因此，改善服务质量，树立良好的企业形象，解决客户劳累的排队现象，创造人性化服务环境已成为急需解决的问题。设计一套排队抽号的服务系统，可以很好的解决因排队引起的种种问题。
本系统通过AT89C51单片机直接扩展独立键盘，完成排队取号流程，单片机控制LCD1602显示排队等待情况，控制蜂鸣器发声完成叫号功能。该系统有良好的人机交互界面，模拟排队管理，科学地处理各种排队情况，操作简便，控制灵活，显示清晰，制作成本低，性价比较高。
7.1 设计目的
（1）巩固和加深对单片机原理和接口技术知识的理解；
（2）培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料的能力；
（3）学会方案论证的比较方法，拓宽知识，初步掌握工程设计的基本方法；
（4）掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会软、硬件的设计和调试方法；
（5） 能按课程设计的要求编写课程设计报告，能正确反映设计和实验成果，能用计算机绘制电路图、仿真图和流程图。
7.2 概述
二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度测量和控制也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。
温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。
单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业、农业等重要领域中担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。
7.3 国内外研究现状
国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。90年代中期，智能温控仪问世，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温控产品系列，智能温控器内部包含温度传感器、AD转换器、信号处理器和接口电路，有的产品还有多路选择器、中央控制器、随机存储器和只读存储器等。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。
我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。
8 资料清单下载链接
见文章开头视频
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