基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與仿真

1、 學(xué)校代碼：11517 學(xué) 號： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 畢業(yè)設(shè)計題 目 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 系 （部） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時間 2015年06月11日 河南工程學(xué)院論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解河南工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提

2、下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 年 月 日河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目 基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與仿真 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)號 姓名主要內(nèi)容： 1系統(tǒng)硬件設(shè)計。2模塊

3、化設(shè)計。3主控電路的設(shè)計。4系統(tǒng)設(shè)計的仿真實現(xiàn)?；疽螅?能夠?qū)崟r測量對象溫度，超過設(shè)定值聲光報警。2DS18B20測溫范圍-55oC+128oC，以0.1oC遞增。3得到優(yōu)化的仿真軟件程序；蜂鳴器的原理是由振動產(chǎn)生聲音。主要參考資料：1 張開生,郭國法.MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計J.微計算機信息,2005,21(7) 68-692 余發(fā)山,王福忠.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)M.中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.3 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.4 高云紅.數(shù)字溫度傳感器在多點溫度測量系統(tǒng)中的應(yīng)用J.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2006,(02):61-63

4、.完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負責(zé)人簽名： 年 月 日目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒 論11.1 課題設(shè)計的背景11.2 課題研究的目的和意義11.3 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及水平21.4 課題設(shè)計的主要內(nèi)容32 方案的論證比較與選擇42.1 方案設(shè)計42.1.1 設(shè)計方案一42.1.2 設(shè)計方案二52.1.3 設(shè)計方案三62.2 方案的比較與選擇62.3 本章小結(jié)73 系統(tǒng)的硬件設(shè)計83.1 單片機系統(tǒng)設(shè)計83.2 溫度傳感器103.2.1 溫度傳感器的選用103.2.2 溫度傳感器DS18B20103.3 按鍵及顯示電路設(shè)計123.4 本章小結(jié)144 軟件設(shè)計154.1 軟件

5、開發(fā)工具的選擇154.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計的一般原則154.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計的一般步驟154.4 軟件的實現(xiàn)164.4.1 系統(tǒng)主程序流程圖174.4.2 傳感器程序設(shè)計174.4.3 溫度測量程序設(shè)計184.4.4 鍵盤程序的設(shè)計194.4.5 報警程序的設(shè)計204.5 本章小結(jié)205 仿真調(diào)試215.1 仿真結(jié)果215.2 本章小結(jié)23結(jié)束語25致 謝26參考文獻27附錄一：硬件仿真圖28附錄二：系統(tǒng)原理圖29附錄三：主程序30基于單片機的多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與仿真摘 要隨著社會的進步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素。許多產(chǎn)品對溫度測量范圍要求嚴格，而目前市場上的溫度測試儀器都是單點測

6、量，且溫度信息傳輸是不及時的、不夠精確的，從而不利于工業(yè)控制來及時做出決定。在這種情況下，制定出可以多點測量、實時性高、高精度的同步測量方案是很有必要的。因此，畢業(yè)設(shè)計以單片機作為核心的部件設(shè)計出一種多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計的硬件方面：溫度檢測部分使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測溫度信號傳給單片機STC89C52進行顯示；溫度的顯示環(huán)節(jié)利用LCD1602液晶顯示器顯示溫度；溫度上限設(shè)定環(huán)節(jié)利用三個按鍵調(diào)節(jié)溫度的設(shè)定值；按鍵電路利用三個按鍵實現(xiàn)對溫度值和功能鍵的設(shè)定；聲光報警電路主要有蜂鳴器、發(fā)光二極管、三極管，利用三極管控制電路通斷，并且三極管高電平導(dǎo)通。軟件方面：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計要求建立仿

7、真原理圖，利用Altium Designer Release 10軟件畫原理圖，利用ISIS軟件對原理圖進行仿真，利用Keil uVision4軟件編譯LCD1602顯示DS18B20讀溫度的程序。它適用于如大棚溫度監(jiān)控、冷庫測溫、糧倉溫度監(jiān)控等場所，通過DS18B20的單總線技術(shù)，實現(xiàn)對環(huán)境的溫度測量和監(jiān)控。關(guān)鍵詞 多點溫度監(jiān)測；仿真；單片機；DS18B20DESIGN AND SIMULATION OF TEMPERATURE MONITORING SYSTEM BASED ON MCUABSTRACTWith social progress and development of indu

8、strial technology, People pay more and more attention to the factor of temperature. Many of the products have strict requirements in the range of temperature measurement, currently temperature test instrument is a single point measurement on the market, and the temperature information is not timely,

9、 not accurate enough, which is disadvantageous to the industrial control to make timely decisions. IN this form, it is necessary to work out program that can be multi-point measurement, real-time synchronization precision measurement. So, the design of the Single chip microcomputer as the core of th

10、e component designs a multi-point temperature monitoring system.The hardware of the graduation design: Temperature detection part of the use of digital temperature sensor DS18B20 detection temperature signal to the microcontroller display; Display link of the Temperature exploits LCD1602 LCD display

11、 temperature; Temperature upper and lower limit set link use three key to adjust temperature setting value；The key circuit uses three buttons to realize the setting of temperature and function keys；Sound and light alarm circuit mainly buzzer, light-emitting diode, transistor，the control circuit is b

12、roken through the use of transistor, and the low level of the transistor is low. Software: According to the graduation design requirements to establish simulation diagram, Altium Designer Release 10 software painting schematics, Simulation of the schematic diagram with the ISIS software, UVision4 Ke

13、il software compiled LCD1602 display DS18B20 read temperature program, it is suitable for such as greenhouse temperature monitoring, cold storage temperature, and temperature monitoring and other places of the barn, Single bus technology of through DS18B20,realize temperature measurement and monitor

14、ing of the environment.KEY WORDS Multi-point temperature monitoring; Simulation; Single chip processor; Thermometer DS18B201 緒 論1.1 課題設(shè)計的背景 溫度是關(guān)于物體冷熱程度的度量，是自然界主要的物理量之一，而溫度測量是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科研等部門最普遍的測量項目，溫度在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是一個極其普遍而重要的測量參數(shù)，溫度測量儀現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實驗室，工業(yè)，環(huán)保，衛(wèi)生防疫，倉儲運輸，博物館，溫室等領(lǐng)域，因此溫度測量技術(shù)的研究是一個很重要的

15、課題1。同時，溫度也是和人們生活環(huán)境有著很大關(guān)系的一個物理量，是國際單位制七個基本量之一，它也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，在電力、化工、石油、冶金、機械制造、大型倉儲室、實驗室、農(nóng)場塑料大棚甚至人民的居室里經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行檢測，并根據(jù)實際的要求對環(huán)境溫度進行控制。例如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿\行。煉油過程中，原油必須在不同的溫度和條件下進行分流才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品；沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子產(chǎn)品不能工作，糧倉的儲糧就會變質(zhì)腐

16、爛，酒類的品質(zhì)就沒有保障。可見，研究溫度的測量具有重要的理論意義和推廣價值。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度測量的各種要求越來越高。然而隨著現(xiàn)代計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日益突出，成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域2。畢業(yè)設(shè)計就是為了滿足人們在生活生產(chǎn)中對溫度測量系統(tǒng)方便的需求。1.2 課題研究的目的和意義在糧庫測溫系統(tǒng)、冷庫測溫系統(tǒng)、智能化建筑系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等多種系統(tǒng)中都需要多點溫度測量系統(tǒng)。因此，多點溫度測量技術(shù)的實現(xiàn)顯得非常的重要。畢業(yè)設(shè)計，其目的是在

17、于：掌握數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理、性能、使用特點和方法，利用Keil對系統(tǒng)進行編程。本課題綜合了電子信息、計算機技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域方便的知識，具有綜合性、科學(xué)性、代表性，可全面檢驗和促進學(xué)生的理論素質(zhì)和工作能力。本課題的研究可以使學(xué)生更好的掌握基于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，提高電子產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)、增強針對實際應(yīng)用進行控制系統(tǒng)設(shè)計制作的能力。1.3 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及水平傳感器的發(fā)展處在信息技術(shù)的前沿尖端位置，尤其是溫度傳感器被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集

18、成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，同時具有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。隨著我國四個現(xiàn)代化和經(jīng)濟發(fā)展，我國在科技和生產(chǎn)各領(lǐng)域都取得了飛速的發(fā)展和進步，發(fā)展以溫度傳感器為載體的溫度測量技術(shù)具有重大意義。傳感器主要大體經(jīng)過了兩個發(fā)展階段：模擬集成溫度傳感器，該傳感器具有功能單一、測量誤差小、傳輸距離遠、價格低、體積小、微功耗、響應(yīng)速度快、適用于遠程溫度測量和溫度控制、不需要非直線性校準(zhǔn)、簡單的外部電路等優(yōu)點。在國內(nèi)和國際應(yīng)用集成傳感器中它是最常見的典型產(chǎn)品，如AD590、LM135、TMP17、AD592等；模擬集成溫度控制器包括一個可編程溫控開關(guān)、溫度控制器，其中LM56、

19、AD22105和MAX6509為其典型產(chǎn)品。智能溫度傳感器是出現(xiàn)在90年代中期，是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試的結(jié)果。在智能溫度傳感器包含一個溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、內(nèi)存和接口電路。一些產(chǎn)品有多路選擇器，中央控制單元(中央處理器)、隨機存取存儲器(內(nèi)存)和只讀存儲器(光盤)。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)和溫度控制的相關(guān)量，適合各種單片機；它是基于硬件在軟件測試能力的基礎(chǔ)之上開發(fā)的，其智能化的高低還取決于軟件開發(fā)水平。綜上所述，前人的不足之處我認為有：一般的測量和控制生產(chǎn)都采用不同形式的溫度傳感器。在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計中，往往采用模擬技術(shù)進行設(shè)計，這將不可避免地遇到誤差補償，

20、如多點測量的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差問題；如果處理某一過程的步驟不正確，可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的性能退化。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，小型化、一體化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向。在美國達拉斯半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有獨特的接口，只需要占用一個輸入/輸出接口就可以完成與單片機的通訊；在-10+85溫度范圍是0.5精度；用戶可編程設(shè)定912位的分辨率。采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器組成的多點溫度測量系統(tǒng), 克服了傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)測量精度低、外圍硬件電路復(fù)雜、可靠性較低等缺點, 具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等

21、許多優(yōu)點, 為多點溫度的測量帶來了極大的方便。這些特點使DS18B20是非常適合于構(gòu)建高精度、多點溫度測量系統(tǒng)3。綜上所述：畢業(yè)設(shè)計采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。1.4 課題設(shè)計的主要內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計研究的內(nèi)容主要如下：(1) 在查閱相關(guān)資料后，畢業(yè)設(shè)計采用以STC89C52為核心的單片機系統(tǒng)，來實現(xiàn)對溫度的監(jiān)測、報警等功能。(2) 研究比較各相關(guān)元器件的功能與特點，選擇合適的元器件。(3) 系統(tǒng)硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括：溫度檢測、單片機數(shù)據(jù)采集處理、顯示、鍵盤設(shè)定、報警電路等部分。(4) 系統(tǒng)軟件設(shè)計。本課題采用C語言，利用Keil uVision4編譯器進行編程及調(diào)試。2

22、 方案的論證比較與選擇溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器大致可以分為傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，模擬集成溫度傳感器/控制器，智能溫度傳感器。2.1 方案設(shè)計2.1.1 設(shè)計方案一AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例4。這個方案采用單片機、通過溫度傳感器AD590采集溫度信號、經(jīng)運算放大器把信號放大、送到A/D轉(zhuǎn)換器、利用44鍵盤、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器，實現(xiàn)多點溫度測量和顯示，如圖2-1所示。圖2-1 基于模擬溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案這個方案使用的溫度傳感器AD590元件的性能指標(biāo)如下：(1)

23、 AD590的測溫范圍為55oC+150 oC。(2) AD590的電源電壓范圍為4V30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。(3) 輸出電阻710m。(4) 精度高，AD590在55oC+150 oC范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3oC。(5) 優(yōu)點：AD590可以裸片形式提供，適合受保護環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量，AD590特別適合遠程檢測應(yīng)用，具有精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償，得到廣泛應(yīng)用。（6） 缺點：A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計較煩瑣，而且使用AD590進行溫度檢測必須對端口進行補償，以減小誤差5 。測量溫度是把整個器件放到

24、需要測溫度的地方，以及讀取數(shù)據(jù)時，注意的方面較多，這都會給測量造成很大的誤差。 設(shè)計方案二這個方案使用AT89C51單片機作為控制的核心，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20為溫度的測量元件，在這個電路中采用4個DS18B20對各點溫度進行檢測，通過44鍵盤模塊對正常溫度進行設(shè)置，顯示電路采用LCD1602模塊，如圖2-2所示。報警電路可以在被測溫度不在上限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音。當(dāng)DSl8B20 采集到多個溫度信號后，進行電信號轉(zhuǎn)換送至AT89C51中處理，同時將溫度送到LCD1602液晶顯示器中顯示，單片機根據(jù)初始化設(shè)置的溫度上限進行判斷處理，即如果溫度大于所設(shè)的最高溫度和小于所設(shè)定的最低溫

25、度就啟動報警裝置6。優(yōu)點：DS18B20利用單總線的特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量。缺點：程序設(shè)計復(fù)雜，44鍵盤模塊電路容易發(fā)生抖動現(xiàn)象，電路中采用4個DS18B20對多點溫度進行檢測，電路繁瑣。圖2-2 基于數(shù)字溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案畢業(yè)設(shè)計采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件，它具有如下特點：（1）獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊。（2）每個器件有唯一的64位的序列號存儲在內(nèi)部存儲器中。（3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度在-55OC+128 OC之間。（5）數(shù)字溫度計

26、的分辨率用戶可以從912位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、上限告警設(shè)置。（7）可通過數(shù)據(jù)線供電。供電范圍為3.0V5.5V。（8）在1085范圍內(nèi)精確度為52.1.3 設(shè)計方案三這個方案使用STC89C52單片機作為控制的核心，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20為溫度的測量元件，在這個電路中采用2個DS18B20對各點溫度進行檢測，通過三個按鍵對正常溫度進行設(shè)置，顯示電路采用LCD1602模塊，如圖2-3所示。圖2-3 基于數(shù)字溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案這個方案與方案二工作原理相同，只是這個方案選用STC89C52單片機作為控制的核心，選用三個按鍵對測量溫度進行設(shè)置，電路中采用2個DS18B20對各點溫度

27、進行檢測。優(yōu)點：畢業(yè)設(shè)計采用的STC89C52單片機作為控制的核心，和AT89C51單片機的區(qū)別在于：STC89C52單片機是一種帶有8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器。AT89C51是一種帶有4K字節(jié)的Flash ROM。其他的功能基本相同。這個方案電路簡單，容易操作7。2.2 方案的比較與選擇畢業(yè)設(shè)計采用2個DS18B20對各點溫度進行檢測，測溫范圍為-55 OC+128 OC，精度為0.5 OC。采用LCD1602液晶顯示器，同時顯示路數(shù)和溫度。綜合模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器的性能指標(biāo)，以上三個方案都能達到設(shè)計的要求。方案一采用模擬溫度傳感器AD

28、590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，成本低，但是后續(xù)電路復(fù)雜，且需要進行溫度標(biāo)定，集成溫度傳感器AD590輸出為電流信號，且輸出信號較弱，所以需要后續(xù)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路，如采用普通運放則精度難以保證，而測量放大器價格較高，這樣會使系統(tǒng)成本升高。方案二以DS18B20為傳感器和AT89C51單片機為控制核心組成多點溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、傳感器電路、鍵盤與溫度顯示電路、上限報警電路等組成部。采用美國Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨特的單總線接口，僅需

29、要占用一個通用I/0端口即可完成與微處理器的通信。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20體積小、經(jīng)濟、使用方便靈活，測試精度高，較高的性能價格比，有CRC校驗，系統(tǒng)簡明直觀8。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測試，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。但是程序設(shè)計比較復(fù)雜，稍微操作不當(dāng)，都會造成設(shè)計的失敗。方案三以DS18B20為傳感器和STC89C52單片機為控制核心組成多點溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、傳感器電路、鍵盤與溫度顯示電路、上限報警電路等組成部。方案三和方案二工作原理基本相同，這個方案程序設(shè)

30、計比較簡單，電路也比較簡單，操作起來更方便，不易出錯，如果操作過程中某個方面出錯了，更改起來也比較方便。綜上所述，畢業(yè)設(shè)計采用方案三對系統(tǒng)進行設(shè)計。2.3 本章小結(jié)隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也隨之呈指數(shù)的上升，因此，元器件的選擇和使用成為了難點。溫度是日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要測試的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的方式一般采用熱電偶或熱電阻,其輸出的模擬信號,需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后才能送入單片機等微處理器,這樣的硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制作成本較高9。近年來,各種新型溫度傳感器和測量方法大量出現(xiàn)并成功應(yīng)用。單總線數(shù)字式智能型傳感器技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的溫度測量方法,直接將溫度物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并以總線

31、方法傳送到微處理器進行數(shù)據(jù)處理。其中以美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20為代表的數(shù)字式智能溫度傳感器憑借其突出優(yōu)點廣泛使用于各種環(huán)境的自動化測量及控制系統(tǒng)中，所以，畢業(yè)設(shè)計選用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計研究的多點測溫系統(tǒng)是以STC89C52單片機和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20為核心，充分利用單片機優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及數(shù)字溫度傳感器DS18B20的優(yōu)越性能構(gòu)成一個完整的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的測量。整個系統(tǒng)由STC89C52單片機控制，能夠接收傳感器DS18B20的溫度數(shù)據(jù)并通過LCD1602液晶顯示器顯示出來，可以從三個按鍵輸入命令，系統(tǒng)

32、根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由LCD1602液晶顯示器對溫度顯示。設(shè)計了一種合理、可行的單片機監(jiān)控軟件，完成測量和顯示的任務(wù)。由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。畢業(yè)設(shè)計的整個系統(tǒng)主要是由STC89C52單片機、LCD1602液晶顯示電路、按鍵電路、報警電路等構(gòu)成。3.1 單片機系統(tǒng)設(shè)計在快速發(fā)展的時代，今天的新科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，單片機的應(yīng)用越來越受到人們的重視，它被廣泛用于家電、醫(yī)療、儀器儀表、工業(yè)自動化領(lǐng)域等10。單片機全名為單片微型計算機，是計算機的一個基本組成部分，使之微型化，可以集成在單片微機上。目前市場上比較流行的單片機

33、英特爾公司，菲利普公司的8051單片機，摩托羅拉的M6800系列微控制器，英特爾MCS96系列單片機11。STC89C52單片機和AT89C51相比具有以下優(yōu)點：（1）STC89C52是ISP系列的，在線用串口編程，只需要三四根線就可以，但是AT89C51要取下來編程比較麻煩。（2）STC89C52內(nèi)帶EEPROM，可以斷電后保存資料，比如，溫度告警的上限，但是AT89C51要實現(xiàn)斷電保存就得另外擴展存儲器。（3） STC89C52帶ADC的可以直接接模擬的溫度探頭，但是AT89C51還要外置ADC。綜上所述：畢業(yè)設(shè)計運用深圳智威（香港）電子有限公司（WINBOND代理商）的STC89C52進

34、行系統(tǒng)控制，運用到了復(fù)位電路，時鐘電路，串口，I/O口。（1）復(fù)位電路：復(fù)位操作完成初始化該芯片的單片機電路，可以使單片機從確定的開始狀態(tài)運行。復(fù)位操作通常是一個上電和開關(guān)復(fù)位。自動上電復(fù)位要求接通電源后，自動復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位是用按鈕來控制單片機的復(fù)位電路，如果發(fā)生死機，單片機的復(fù)位按鈕按下，使單片機復(fù)位。常用的上電復(fù)位開關(guān)和復(fù)位電路如圖3-1所示。由于電容器充電，使復(fù)位持續(xù)為一段高電平。當(dāng)單片機已經(jīng)投入運行，按復(fù)位按鈕，以達到復(fù)位操作。單片機復(fù)位操作是單片機的初始化過程，包括程序計數(shù)器寄存器PC=0000H，P0-P3=FFH，SP=07H，其他寄存器是零。圖3-1 單片機復(fù)位電路（2）時

35、鐘電路：STC89C52單片機時鐘信號通常是內(nèi)部振蕩器和外部振蕩器模式。XTAL1和XTAL2引腳連接外部晶體振蕩器，可以構(gòu)成內(nèi)部振蕩器方式。單片機有高增益反相放大器，當(dāng)連接外部晶體振蕩器后，它構(gòu)成自激振蕩器和產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶體通常用6MHZ、12MHz或24MHZ。內(nèi)部振蕩器如圖3-2所示，電容C3、C2穩(wěn)定振蕩頻率，快速振動的作用，電容值通常是530PF。內(nèi)部振蕩器模式獲得的時鐘信號比較穩(wěn)定。外部振蕩器的時鐘信號送入單片機，這種方法適合用于單片機的時鐘與外部信號保持統(tǒng)一。圖3-2 單片機時鐘電路3.2 溫度傳感器3.2.1 溫度傳感器的選用現(xiàn)代傳感器的原理和結(jié)構(gòu)有很大差別，如何根據(jù)測量

36、的目的，測量對象和測量環(huán)境合理選擇傳感器，是在測量前首先要解決的問題。當(dāng)傳感器被確定后，一個匹配的測量方法和設(shè)備就可以使用在實踐當(dāng)中了。測量結(jié)果的是否可行在很大部分上要取決于所選擇的傳感器能否滿足要求。據(jù)測量對象和環(huán)境來確定選擇哪種類的傳感器，需要一個具體而可行的測量準(zhǔn)備工作。必須首先考慮使用哪種原理的傳感器，這就需要去分析各種因素來決定。因為，即使測量一個相同的物理量，有許多傳感器原理是可行的，什么樣的原理的傳感器更為合適，需要考慮以下具體問題：范圍的大?。粶y量位置對傳感器測量體積的限制；方式是接觸式或不接觸式；有信號線或非接觸測量；傳感器是國產(chǎn)或進口，價格不能站立，或自行開發(fā)12?？紤]到靈

37、敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、線性范圍、精度等這些因素，如果測量目的為定性分析，選擇一個重復(fù)精度高的傳感器就可以了，不推薦使用絕對精度高的傳感器；如若為了得到定量分析，必須獲得準(zhǔn)確的測量，精度等級應(yīng)選擇滿足要求的傳感器。3.2.2 溫度傳感器DS18B20DS18B20 是美國 DALLAS 公司繼 DS1820之后推出的增強型單總線數(shù)字溫度傳感器。 它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進, 給用戶帶來了更方便的使用13。 采用 DS18B20數(shù)字溫度傳感器組成的多點溫度測量系統(tǒng), 克服了傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)測量精度低、外圍硬件電路復(fù)雜、可靠性較低等缺點, 具有測

38、溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等許多優(yōu)點, 為多點溫度的測量帶來了極大的方便。DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接受主機發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，把轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)給主機。主機按照通信協(xié)議用一個I/O口模擬DS18B20的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、RAM命令）給DA18B20，轉(zhuǎn)換完成之后讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。在系統(tǒng)啟動之時，用按鍵設(shè)置各點溫度的上限值，當(dāng)某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，LCD1602液晶顯示器顯示該傳感器的路數(shù)、設(shè)置溫度值、實際

39、溫度值、從而實現(xiàn)了對各點溫度的實時監(jiān)控。其DS18B20原理圖如圖3-3所示。圖3-3 DS18B20原理圖(1) DS18B20與單片機的接口設(shè)計DS18B20溫度測量系統(tǒng)有一個簡單的測溫系統(tǒng)，測溫精度高，方便連接。DS18B20與單片機的硬件連接方式有：VDD連接到一個外部電源，GND接地，輸入/輸出接口和單片機的輸入/輸出接口相連；利用寄生供電，VDD和GND接地。輸入/輸出接單片機的輸入/輸出接口。不管是何種電源方式，輸入/輸出端口引腳必須連接大約4.7k上拉電阻14。如圖3-4所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用3V55V電源供電，此時I/

40、O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。圖3-4 DS18B20外部電源供電方式（2）報警電路的設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計中有光電報警電路，如圖3-5所示。圖3-5 聲光報警電路聲光報警電路主要有蜂鳴器，發(fā)光二極管，三極管組成。三極管控制蜂鳴器和二極管的電路通斷，并且三極管高電平導(dǎo)通。3.3 按鍵及顯示電路設(shè)計畢業(yè)設(shè)計要將傳感器的溫度信號和按鍵輸入的控制信號都顯示出來，利用單片機STC89C52傳輸控制信號。（1）畢

41、業(yè)設(shè)計中，按鍵主要是用來設(shè)置溫度的上限，對其上限加和上限減操作，以達到所要求的溫度值。 因此采用三個按鍵來完成這一功能。按鍵與單片機連接電路如圖3-6所示。圖3-6 按鍵與單片機連接電路（2）顯示電路的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計采用長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器顯示所測的溫度，一般1602字符型液晶顯示器的外觀和引腳如圖3-7所示。圖3-7 LCD1602的外觀圖3-7 LCD1602的引腳LCD1602引腳功能的說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示。表3-1 LCD1602引腳功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地

42、9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極3.4 本章小結(jié)在元器件的選取上，應(yīng)該對DS1820的選取多注意，因為DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題4：（1）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的遵守讀寫時序，不然無法讀取溫度測量結(jié)果。（2） 在DS18B20

43、的有關(guān)資料中都沒有提到單總線上需要掛接傳感DS18B20數(shù)量問題，致使讓人們誤理解可以連接無窮多個DS18B20，事實上并非如此。只要單總線上連接的傳感器DS18B20超過8個時，必須解決單片機的總線驅(qū)動這個難題，這個問題需要注意。（3）掛接傳感器的DS18B20總線電纜是有長度大小限制的。實踐中，當(dāng)使用普通信號電纜傳輸超越50m時，獲取的溫度測量數(shù)據(jù)就會發(fā)生錯誤。當(dāng)使用總線電纜換為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常情況下的通訊長度可以得到改善。在這個問題下主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距

44、離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。（4）在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。4 軟件設(shè)計4.1 軟件開發(fā)工具的選擇編程語言是在人機信息交流中最基本的工具，可分為機器語言、匯編語言和高級語言。用機器語言編寫的程序是不容易記住，難以解決，不易于修改。為了克服這些缺點的機器語言，可使用具有一定意義的符號，指令助記符代表一般的英文單詞的縮寫。這樣就有了

45、另一種編程語言匯編語言。匯編語言是利用指令助記符、符號和數(shù)字代表的編程語言，易于理解和記憶，這是一個一個對應(yīng)的機器語言指令。匯編語言不是高級語言，它的通用性不強，但屬于一些計算機所特有的和計算機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。匯編語言寫成的程序被稱為匯編語言程序設(shè)計。上述兩種語言為低級語言。盡管匯編語言有很多優(yōu)點，但它仍是有一些缺陷的機器語言，與中央處理器的硬件結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，相異的中央處理器的匯編語言是不同的。這使得匯編語言程序是不可移植，使用不便；其次，如果必須使用匯編語言編程就必須了解它的硬件結(jié)構(gòu)和性能，對使用者提出了較高的要求。因此，高級語言編程的單片機才問世，如PLM，C等等。綜合以

46、上的分析得知，畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)采用C語言進行編程。4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計的一般原則在單片機應(yīng)用開發(fā)中代碼使用效率、單片機的抗干擾性和軟件可靠性是實際工程設(shè)計當(dāng)中的重點。單片機應(yīng)用軟件系統(tǒng)的設(shè)計包括：(1) 功能模塊的劃分、程序流程的建立，模塊接口的設(shè)計與編程。(2) 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，整個軟件系統(tǒng)分為多個獨立的程序模塊，這些程序模塊可以是一些語句的集合、功能函數(shù)、或程序文件。(3) 根據(jù)程序模塊的功能，寫出過程，一般需要寫一個具體的功能描述。代碼中常用匯編語言或高級語言。(4) 畢業(yè)系統(tǒng)采用C語言編程。4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計的一般步驟系統(tǒng)進行軟件設(shè)計時，首先要對設(shè)計中的硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)

47、的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設(shè)計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行C語言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程，系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖，如圖4-1所示。 圖4-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖4.4 軟件的實現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經(jīng)過以下幾個步驟：STC89C52單片機接受數(shù)字傳感器DS18B20的溫度信號，并通過LCD1602液晶顯示器顯示出來，單片機掃描按鍵，接受控制信號，并將溫度上限設(shè)定值顯示出來，若溫度不在范圍內(nèi)則發(fā)出報警，如圖4-2所示。圖4-2 軟件實現(xiàn)流程圖4.4.1 系統(tǒng)主程序流程

48、圖首先要對系統(tǒng)的各個模塊初始化，先執(zhí)行測溫子程序，獲取外界的溫度值送STC89C52單片機進行處理，調(diào)用相應(yīng)的顯示子程序，對獲取的溫度顯示。然后單片機對按鍵所連接的引腳進行巡回檢測，若為低電平，說明有鍵被按下，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能，對溫度上限的設(shè)定值進行調(diào)整并顯示在LCD1602液晶顯示器。若檢測到返回鍵為低電平，則回到原來的測溫狀態(tài)，此時的報警上限的設(shè)定值已經(jīng)修改，系統(tǒng)根據(jù)此設(shè)定值和主程序，判斷是否需要調(diào)用報警子程序和蜂鳴器響起子程序，如圖4-3所示。圖4-3 系統(tǒng)主程序流程圖 傳感器程序設(shè)計(1) DSl8B20編程簡介DSl8B20的單總線在芯片內(nèi)部有一個全球唯一的64位編碼，多路溫度測量

49、的時候匹配每個芯片代碼，以搜索確定為哪個傳感器的溫度。對一個單一的DS18B20芯片總線訪問來說，每個設(shè)備必須遵守以下命令序列：第一是初始化；第二是執(zhí)行ROM 命令；第三就是執(zhí)行功能命令(R0M命令和功能命令)。如果有混亂序列，那么單總線器件不響應(yīng)的主機。當(dāng)然，搜索ROM命令和告警命令搜索在執(zhí)行一個命令后返回單片機的初始化。單總線上的轉(zhuǎn)移過程都是以初始化啟動開始的，初始化啟動開始過程由主機發(fā)送復(fù)位脈沖與響應(yīng)脈沖的從機所構(gòu)成。應(yīng)答脈沖讓主機知道從機在總線上，并一切準(zhǔn)備就緒。每次訪問任何單總線器件，該命令序列必須嚴格遵守；如果有混亂序列，單總線設(shè)備就不響應(yīng)主機。該標(biāo)準(zhǔn)對于命令搜索ROM與命令告警搜

50、索除外，在執(zhí)行命令后，主機要求不執(zhí)行隨后的功能命令，必須返回到第一步。主機發(fā)出一個只讀存儲器命令，然后可以發(fā)出一個支持命令來訪問特定的DS18B20。這些命令允許主機寫入或讀取它的暫存器，啟動溫度轉(zhuǎn)換和判斷從機器的電源供電模式。(2) 軟件實現(xiàn)前面提到，單總線器件存儲器命令，主機檢測到一個脈沖信號后，可以發(fā)ROM命令。這些命令與從機的唯一64位代碼有著密切的聯(lián)系。允許主機可以擁有多個從器件在單個總線連接，指定操作其中的從機設(shè)備。這些命令允許主機能夠檢測有多少個從機設(shè)備在總線上，以及設(shè)備的類型或沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機設(shè)備可能支持五種ROM命令(實際情況和具體模型)，每個命令的長度是8位。主機

51、的功能的命令發(fā)出之前，必須發(fā)出適當(dāng)ROM命令。傳感器DS18B20在一個輸入/輸出線中讀取和寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)然，讀取和寫入數(shù)據(jù)位有嚴格的時間要求，只有嚴格遵守通信協(xié)議才可以來保證數(shù)據(jù)的正確性和完整性傳輸。所有的時序都是以主機為Master，單總線元器件是以Slave，每個數(shù)據(jù)傳輸都是從主機開始，開始寫的時序，若需要單總線元器件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入命令，主機需要啟動讀的時序來完成數(shù)據(jù)的接收。傳輸命令與數(shù)據(jù)都是以低位在先的。4.4.3 溫度測量程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的要求，單片機不僅要能接收到溫度信號，還要將溫度信號顯示出來，使系統(tǒng)一目了然。液晶顯示模塊LCD相比與數(shù)碼管，突顯它的專業(yè)、漂亮。LCD1602液晶顯示

52、屏擁有的特點是功耗低、超薄輕巧、體積小、顯示內(nèi)容格式非常豐富、超薄輕巧、使用方便等，在家用電器、工業(yè)控制儀器儀表、電子設(shè)備等低功耗非常低的應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中得到了很廣泛的使用，如圖4-4所示。圖4-4 溫度測量程序流圖4.4.4 鍵盤程序的設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的系統(tǒng)要求，鍵盤主要是用來設(shè)置溫度的上限，通過設(shè)置3個按鍵來控制溫度上限的顯示和調(diào)整。具體程序如下：void keyscan() if(key=0) /S1消警 delay(10); if(key=0) k_value=0; while(!key);if(key1=0) /S2報警溫度加一delay(10); if(key1=0) value3=v

53、alue3+1; while(!key1);if(key2=0) /S3報警溫度減一delay(10); if(key2=0) value3=value3-1; while(!key2);4.4.5 報警程序的設(shè)計當(dāng)溫度大于所設(shè)定的溫度時，蜂鳴器開始響起，一直到溫度在設(shè)定溫度內(nèi)，如圖4-5所示。圖4-5 報警程序流程圖4.5 本章小結(jié)軟件設(shè)計的難點在于DS18B20的時序，如果時序不正確，將無法讀出正確的溫度值，對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。因此，DSl8B20讀寫時序必須經(jīng)過仔細調(diào)整，可以進行周而復(fù)始的調(diào)試修改，從而找到合理的延時時間。進行軟件設(shè)計時，首先要對各個部分的子程序及他們的流程圖有很清楚的

54、認識，這樣才能達到很好的效果，然后進行C語言編程，這就要求我們不說對它精通吧，但是要有一定的C語言功底，這樣在編程的時候才能很好地運用和在編程過程中查找出錯誤。5 仿真調(diào)試5.1 仿真結(jié)果在KEIL下編譯項目，進入調(diào)試方式后全速運行，然后切換到PROTEUS環(huán)境，此時在屏幕上將會顯示出各測溫點的溫度值，如圖5-1所示。用鼠標(biāo)指向某傳感器的和或點擊左鍵，屏幕上對應(yīng)位置的溫度值將隨之增減。仿真圖如下圖所示：（1）如圖5-1所示，二個DS18B20溫度傳感器巡回檢測二點溫度，并且只掛接在一根總線上，與P1.7引腳相連。圖5-1 系統(tǒng)電路仿真圖（2）如圖5-2是溫度傳感器所檢測的溫度值，經(jīng)過單片機STC89C52的處理，送LCD1602液晶顯示器顯示的值。圖5-2 溫度傳感器所檢測的溫度值首先程序下載到單片機中，然后按仿真按鈕開始仿真，但是在仿真過程中有傳感器的溫度總是0，如圖5-3所示，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)它的序列號和二維數(shù)組id中定義的不一樣，所以導(dǎo)致仿真出錯，經(jīng)過改正后，仿真正確，如圖