摘要
温度作为环境监测的重要参数之一，直接影响植物生长和土壤变化，与优质农产品的栽培密切相关，在工业生产等领域发挥着至关重要的作用。温度控制系统的实现是一个非常关键的课题，但目前先进的温度测量技术存在数据采集精度低、检测不科学等问题。
为了解决上述问题，本文设计了一种实时监测水温的温度控制器。本文可及时获得设备中的水温，延迟为1ms，并根据需要控制热源来控制水温。本文主要研究了一种基于DS18B20温度传感器的温度模拟系统。该系统的控制核心是单片机，DS18B20温度传感器作为实时监测环境温度的重要组成部分，实现了环境温度的检测和管理功能。此外，该系统还具有环境温度数据显示和跨线报警功能。
本文的主要研究内容如下：
(1) 首先阐述了国内外温度测量和控制技术的研究现状。
(2) 其次，温度控制系统的具体要求设计了温度耦合控制系统的硬件部分，并选择了传感器等模块，介绍了不同传感器芯片和单片机的特点和工作原理。
(3) 利用keil C汇编语言，根据系统的功能要求调试温度控制系统的软件部分。
(4) 最后介绍了系统硬件的低功耗措施和软硬件的抗干扰措施，总结了系统Keil C系统调试经验阐述了系统的模拟结果。
经实验验证，各项指标均满足温度控制系统的要求，效果好，性能可靠稳定，可应用于水温、温室、工业生产等温度监测控制领域。
关键词：单片机；温度控制系统；DS18B20；
Abstract
Temperature is one of the most important parameters in environmental monitoring,which directly affects plant growth,soil changes,and is also closely related to the cultivation of high-quality agricultural products,and plays a crucial role in many fields such as industrial production. The implementation of temperature control system is a very critical topic,but the current advanced temperature measurement technology has problems such as low data collection accuracy and unscientific detection.
In order to solve the above problem,a water temperature controller with instantaneous monitoring of water temperature has been implemented to obtain the temperature of the water in the equipment and to control the water temperature as required for the heating source. This paper focuses on a temperature simulation system using a DS18B20 temperature sensor. The system is based on a microcontroller chip and uses the DS18B20 temperature sensor to monitor the ambient temperature in realtime,thus realising the function of detecting and managing the ambient temperature,in addition,the system also has the function of displaying the ambient temperaturedata and alarming the crossing of the line.
The main research contents of this paper are as follows.
(1) Firstly the current status of domestic and international research on temperature measurement as well as control technology is described.
(2) Secondly,the hardware part of the temperature control system is designed and the sensor modules are selected according to the specific requirements of the temperature control system,and the characteristics and working principles of different sensor chips and microcontrollers are introduced.
(3) Using keil C assembly language,the software part of the temperature control system is debugged according to the functional requirements of the system.
(4) Finally,the low power consumption measures of the system hardware and the anti-interference measures of the hardware and software adopted in this paper are introduced,and the experience of debugging the system in keil C is summarised and the simulation results of the system are elaborated for the system.
The system has been experimentally verified that all the indicators meet the requirements of the temperature control system,with good results and reliable and stable performance,and can be applied to the monitoring and control of temperature in the fields of water temperature,greenhouse and industrial production.
Key: microcontroller ; Temperature control system; DS18B20;
第1章 绪论
1.1 研究背景
随着我国科技信息化、自动化水平的提高，温度作为生命生存、工业生产等方面最基本的环境参数之一，无论是物理、化学还是生物科学等方面都与环境的温度息息相关。在电力系统、化学工厂、石油以及机械制造等工业生产场所与实验室，甚至农业塑料大棚、人类居住环境等多领域均需要对环境温度的实时检测与监控，并需要对其所处在的环境区域进行温度控制。
温度测量方法主要有接触式温度测量和非接触式温度测量。 非接触式温度测量的价格相对较高，具有一定的局限性； 在温控系统开发的早期阶段，通过两个物体之间的热平衡，两个物体接触来测量目标物体的温度。该接触式的测量方式具有简洁、数据更真实、造价较低等优点。但是也存在对于热容量比较小的物体测量准确度较低等现象。接触式测温一般在外层包裹一层不锈钢套管，其导热系数会对问的测量的准确性有一定的影响。此外，也不能应用于易腐蚀性介质以及极高温度的测量部分。而目前对于温度传感器的选择主要存在感温元器件选型、装置匹配等问题，根据硬件结构的设计，提高测温精度，实现温度控制系统。
本课题为了实现对温度的实时控制，以水温为例，实时获得装置内水的温度并按要求对加热源实施控制对水温的温度控制。采用对装置内水的温度进行实时检测，并判断是否在要求的温度范围，根据比较结果，做出对加热源的实时控制，使水温控制在35 ℃～38℃范围。研究基于DSl8820温度控制传感器，利用单片机的控制来实现温度控制系统，是解决装置内水恒定温度的实时控制的重要手段。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 温度测量模块
温度作为最基本的物理量，代表着对物体冷热的测量。 随着科学的进步，国内外在新材料、传感器等元器件以及自动化技术的突破，温度控制系统的研究也进日益迫切。
郁翔，赵学增等将DS18B20传感器应用于AT90S8515单片机。其将温度数字传感器DS18B20与铂电阻组成的多路测温传感器进行了对比。其中，在以铂电阻为传感器的多通道检测系统中，由于其应用时引线较长，会造成一定的误差。通常，自动补偿将通过三线制或四线制实现。 然而，电流和电压引线是基于多通道模拟开关进行切换的。 此外，需要为铂电阻提供稳定的恒流源，以确保良好的线性度、信号放大的零位移等，对长引线、多通道模拟开关、端子、控制电路等元件的需求量很大。 温度传感器DS18B20支持单线总线，即只需一根线即可完成温度信号的传输。一条总线可以简化系统，也可以降低成本。只不过这样系统对软件的要求相对较高。
赵松等基于单总线结构的DS18B20温度传感器设计了感温元件。该设计可以解决田间土壤温度的控制系统。在设计过程中采用了多层土壤温度探测传感器系统。魏英智等基于DSl8820传感器设计了温度控制系统，其研究对象主要是水流,主要应用在:医学、家庭生活等方面,例如医用洗胃、浴室温度控制、烧水壶温度控制等。王明辉等人将DS18B20传感器应用于化工领域，将化工现场环境与系统结合起来，在单片机系统中实现了温度检测原理和程序设计功能。
上世纪60年代起，国外发达国家即投入到环境温度控制系统方面的研究，其各方面产品相对成熟。随着技术的突破、数字化时代的到来，将计算机科学、传感器网络以及自动控制等技术相结合，可以大幅度提高工作效率。例如，DFS-1000测温系统和远中距离测温系统均为20世纪90年代由日本和英国公司研发。
目前国内对温度控制系统的研究，主要集中在化工以及农业方面。而以往对温度的控制大多数为人为控制,这样设备存在着一些弊端，会出现不可控因素。
1.3 主要研究内容及技术方案
1.3.1 主要研究内容
本课题为解决对水流温度的实时检测，实现水流温度控制系统的设计。基于目前国内外研发出的高性能温度传感器，完成单片机仿真电路设计及系统软件研发设计，最后进行了试验研究。本课题主要包含以下4个基本功能：
- 选择合适的加热源,以便对流水温度进行控制。
- 实现在流水的过程中,控制温度（水流温度在35—38度之间）。
- 当系统按照要求，开始预热及结束后，系统会相应给出信号。
- 编写相关程序,有详细的程序说明。有仿真结果。
1.3.2 技术方案
本文的研究方案是基于温度传感器DS18B20。单片机作为系统基本控制核心。当按下开始按键后，开始预热；当温度上升至38度，温度控制系统开始运行；当温度超过设定温度时，触发越线报警器模块，会发出报警声音。当温度处于设定值时结束加热,进入循环。此外还可以通过外部键盘改变温度的设定值。系统的基本结构框图如图1-1所示：
图1-1 系统的基本结构框
1.3.3 论文章节安排
第一章绪论，介绍了温度控制系统国内外研究背景，总体概述系统的基本结构框。
第二章温度控制系统的总体设计方案和硬件设计，分别介绍了温度控制系统的总体设计方案，以及硬件单片机模块、温度采集模块、温度传感器模块、温度传感器模块的功能、性能和引脚，分别介绍了显示模块和跨线报警模块。
第三章温度控制系统软件实现，利用Keil C51编译调试，配合硬件达到温度检测、对温度的设定、显示、报警等功能，完成单片机的开发与应用。
第四章系统性能总结与分析，针对芯片的选择、硬件设备和软件设备抗干扰等措施分析以及Keil C调试系统的经验等方面进行总结。
第五章总结，整体分析并总结温度控制系统的整体构建以及硬件、软件设计。对温度控制系统实现的功能进行总结。
第2章 温度控制系统设计总体方案及硬件设计
本章将以水温控制系统为例，根据系统的功能、设计要求和性能指标，详细介绍系统的总体组成框图和各部分硬件电路的设计方案，并介绍了主芯片的原理和应用。 控制核心芯片选用AT89S52单片机； 测温电路采用美国达拉斯公司生产的单线总线数字温度传感器dsl8820；数字显示电路采用LED数码管7seg-mpx4-ca，动态显示方式。
2.1温控系统总体设计方案
本文温度控制系统设计的总体功能如下：
（1） 实时显示温度检测功能。
（2） 温度控制功能：可方便地设置和维护所需的温度值，直到设置为另一个温度值。系统将自动加热到此值，并将其保持在一定的恒温范围内。
（3） 定时功能：可设定系统开始工作的时间和恒温的持续时间。
（4） 系统需要具备掉电保护功能，下一次上电后可保持相关整定参数。
（5） 尽量使用标准化零件。一旦损坏，�