1、装订线长 春 大 学 课程设计纸基于单片机温度检测系统设计【摘要】温度是表征物体冷却程度的物理量，也是一种最基本的环境参数。在农工业生产及日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。目前，以DS18B20为代表的新型单总线数字是温度传感器和A/D转换器于一体，直接输出数字量，与单片机接口结构简单，广泛用于距离远，节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便，简单灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品质量，因此，智能化温度传感技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的AT89C52单片机，配以DS18B20
2、数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限，单片机将检测到的温度信号与输入的温度上，下限进行比较。本设计加入了1602液晶显示屏显示，使整个设计更加完整，灵活。随着社会经济的不断发展，现代农业生产离不开环境控制，本文在对国内外温室智能控制进行深入分析的基础上，针对温室智能化控制存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的温度检测系统设计方案。本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、计算机监控系统组成。系统以单片机为核心，以多个温度、湿度传感器作为测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要
3、实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控计算机与智能传感器连接的中心。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；组成与工作原理；二是进行智能传感器的硬件电路设计；包括硬件电路构成及测量原理；温度传感器的选择；单片机的选择；输入输出通道设计；三是进行了调试和仿真，包括硬件仿真和软件仿真。 I目 录第一章 引 言11.1设计目的11.2设计产品功能2第二章 总体设计方案2第三章 温度控制系统设计基础43.1温度传感器的历史发展43.2 DS18B20数字温度传感器简介53.2.1 温度传感器内部结构53.2.2
4、DS18B20产品的特点63.2.3 DS18B20引脚图及引脚功能介绍63.2.4 DS18B20的使用方法73.3 DS18B20的测温原理8第四章 系统总体设计94.1 1602液晶显示器和单片机接口技术94.1.1 1602液晶显示器简介94.1.2 功能管脚104.1.3 特性应用104.1.4 1602与单片机接口电路114.2 单片机单元114.2.1 AT89C51单片机简介114.2.2 晶振电路144.2.3复位电路144.3系统的硬件组成及设计原理15第五章 系统软件设计155.1程序流程图155.2程序16总 结26致 谢27参 考 文 献28附 录29i第一章 引 言
5、随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在整个领域的应用，智能化已实现待温度控制系统发展的主流方向。温度控制不好可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题，智能温度控制是许多机器的重要构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行共建的加工和处理，不论是在生活中还是工业生产过程中，温度的变化对生活，生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进行控制，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科技最基本的物理量之一，物理，化学，生物等学科都离不开温度，在工业生产和实验研究中，温度常常是表征对象和过程状态的最重要参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控
6、制在一定范围之一；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油，柴油，煤油等产品。没有合适的温度，许多电子设备就不能正常工作。因此，各行各业对温度控制的要求越来越高，可见温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品的应用已越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制系统应运而生。1.1设计目的本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度，温度控制在日常生活及工业领域相当广泛，比如温度，水池，发酵缸等场所的温度控制。而以往温度控制是
7、由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止意外发生。针对此问题，本系统设计的目的是本课题综合了现代测控技术、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，具有综合性、科学性、代表性，可全面检验和促进学生的理论素养和工作能力。掌握一个显示屏和一个温度传感器的原理、性能、使用特点和方法，利用单片机对系统进行编程。实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛、功能强大、小巧美观、便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。本课题的研究可以使学生更好的掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法，培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，提高电子产品研发素质、增强针对实际应用系统设计制作
8、的能力。1.2设计产品功能通过搭建51单片机最小系统及周边电路，可是本产品具有以下功能及特点：1. 实现温度计功能，可实现实时显示和报警。2. 实现数字万年历功能。3. 所有I/O口全部引出，方便进行二次开发。第二章 总体设计方案温度检测系统有着共同的特点：测量点多，环境复杂，布线分散，现场离控制室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需设计信号调理电路，A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因检测环境复杂，测量点多，信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降，所以温度检测系
9、统的设计关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广，使用数量庞大，也高居各类传感器之首。首先由温度传感器DS18B20采集温度数据，经AT8C52单片机中进行运算处理，并液晶屏显示当前温度，由单片机控制是否发出控制信号及报警信号，从而实现恒温监控。在整个过程中，温度始终得以显示，设定温度过程中显示设定温度值，以便于操作。设定完毕后，改为显示当前测定温度值。本系统的电路设计主要有六部分主成：主控制部分芯片采用单片机AT89C51显示部分采用1602液晶显示屏实现；温度采集部分采用DS18B20温度传感器；报警部分蜂鸣器的使用；供电部分；独立按键部分用于控制万年历 1.
10、 主控制部分此部分是电路的核心部分，系统控制采用了单片机AT89C51，有Atmel公司生产的AT89C51是一种低功耗，高性能的微控制器，具有8K在线系统可编程Flash存储器，单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个就能满足电路系统的设计要求，很适合便携手持式产品的设计使用2显示电路采用技术成熟，价格便宜的1602液晶显示器作为输出显示。本次设计使用的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，不能显示汉字，内置128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串口接口。3. 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS公司
11、生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。可直接读出被测温度。这一部分主要完成对温度温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字式温度传感器及其与单片机的接口部分主成，DS18B20数字式温度传感器把采集到的温度通过数据引脚传到单片机接受温度并存储，此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。DS18B20数字式温度传感器通常采用两种方式供电，一种是寄生电源供电方式，另一种是采用外部电源供电方式，此时DS18B20的1引脚接地，2引脚作为信号线，3引脚接电源，本设计采用外部供电
12、方式，外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。 图2-2 DS18B20与单片机接口电路4 报警部分此处三极管选取型号为8550的PNP型三极管，管脚排列见下图 图2-3 蜂鸣器电路5. 独立按键部分图2-4 独立按键电路6. 单片机最小系统图2-5 最小系统第三章 温度控制系统设计基础3.1温度传感器的历史发展温度的测量是从热胀冷缩开始，水银温度计至今仍是各种温度计测量的计量标准，可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒玻璃管易碎，代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精
13、度较低，只能作为一个概略指示，不过在居民宅中使用已可满足要求，在工业生产和实验研究中心为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数的变化的原理。随着大规模的集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。然而测量温度的关键就是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段: 传统的分立式温度传感器；模拟集成温度传感器；只能集成温度传感器。目前典型的温度测控系统由模拟式温度传感器和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必须经过A/D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器
14、连接，因而使得硬件电路结构复杂，成本较高。因此目前国际上新型温度传感器正从模拟向数字式，从集成化向智能化，网络化的方向飞速发展，以DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广和应用价值。3.2 DS18B20数字温度传感器简介3.2.1 温度传感器内部结构DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。图 3-1温度传感器内部结构3.2.2 DS18B20产品的特点 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以0.5递增。华氏器件-67+2570F，以0.90F 递增 温度以9 位数字量读出 温度数字量转换时间200ms（典型值） 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件
