畢業(yè)設(shè)計多路溫度采集電路設(shè)計

摘要本設(shè)計用（STC89c51）單片機作為多路溫度控制系統(tǒng)中溫度檢測采集系統(tǒng)的控制中心,并且任用了數(shù)字化單總線技術(shù)的計劃，然后利用在多路溫度控制系統(tǒng)中的采集系統(tǒng)中。計劃采納了一種測量溫度的傳感器（DS18B20），利用（DS18B20）傳感器不斷的將外界環(huán)境的細微冷暖變化,轉(zhuǎn)成電阻的大小不斷改變，最后變化為電壓的不斷變化，將其A/D轉(zhuǎn)換器，最后將數(shù)據(jù)信息傳給（STC89c51）單片機，（STC89c51）單片機則把不同傳感器的溫度的改變數(shù)據(jù)，輸入顯示器(LCD1602)從而達到實時顯現(xiàn)。（STC89c51）則可以及時盯梢各個（DS18B20）的數(shù)據(jù)，一并能通過設(shè)定好的指令監(jiān)控外界細微冷暖變化。（DS18B20）采集外界細微冷暖變化數(shù)據(jù)，單片機將從(DS18B20)讀取的溫度，并與設(shè)定好的警報溫度的極值比較，如果超過設(shè)定溫度范圍則會啟動報警系統(tǒng)，否則繼續(xù)讀?。―S18B20）的溫度。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器（DS18B20），單片機（STC89c51），液晶（LCD1602）顯示器AbstractThisgraduationdesignisputforwardakindofbasedon(STC89c51)temperaturedetectionsystemofsinglechipprocessorasthecore，andadoptsthedesignschemeofdigitalsinglebustechnologyanditsapplicationinmulti-channeltemperatureacquisitionsystem。Schemewithatemperaturesensor(DS18B20)，usingconstanttemperaturechange(DS18B20)temperaturesensor，changingintocurrent，finallyconvertedtothechangeofthevoltage，theinputADconverter，throughthesinglewirebusto（STC89c51）single-chipmicrocomputer，（STC89c51）single-chipmicrocomputeristhedatathroughtheliquidcrystaldisplay(LCD1602)real-timedisplaythetemperaturechangesofdifferentsensors。Systemcanreal-timeinspectionmulti-pointtemperature，atthesametimecanmonitortemperaturebysettingagoodinstruction。.Temperaturesensor（DS18B20）collectingtemperaturedata，thetemperatureofthemicrocontrollerwillbereadfromthe(DS18B20)，andcomparedwiththesetalarmtemperatureextremum，ifmorethansettemperaturerangewillstartthealarmsystem，otherwisecontinuetoread(DS18B20)temperature.。Keywords:Digitaltemperaturesensor(DS18B20)，Singlechipmicrocomputer(STC89c51)，Liquidcrystal(LCD1602)display 目錄TOC\o"1-3"\u緒言 21課題的前景及其展望 21.1畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容 31.2.1設(shè)計任務(wù)與要求 31.2.2設(shè)計目的 32總體設(shè)計方案 42.1方案設(shè)計與論證 42.2傳感器部分 42.3控制部分 42.4系統(tǒng)方案 52.5系統(tǒng)設(shè)計原理 53硬件的設(shè)計 63.1單片機的選擇 63.1.1(STC89c51)單片機的簡介 63.1.2（STC89c51）單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 73.2溫度傳感器的選擇 83.2.1(DS18B20)的簡介 93.2.2(DS18B20)工作原理 93.2.3(DS18B20)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 104硬件電路設(shè)計 134.1電源 134.1.1電源電路 134.2功能按鍵 144.2.1按鍵電路 144.2.2LCD顯示電路 144.3溫度采集電路 154.4其他電路模塊 154.5整體電路 165軟件設(shè)計 165.1概述 165.2軟件設(shè)計總流程 165.3子程序設(shè)計 185.3.1初始化（LCD1602） 186系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 197結(jié)論 19致謝 20參考文獻 21緒言溫度在平時的日常中本身就是個非常重要的物理量，關(guān)于溫度的勘測和駕奴有重要的含義。現(xiàn)在今世科學(xué)技術(shù)的不斷進步，大家同時對生存環(huán)境的質(zhì)量也有了較好的條件，因此大家必須勘測和駕奴溫度。在我們的生活環(huán)境里，溫度的這個角色是極其重要的。無論你在何處，工作性質(zhì)是什么，都時時刻刻在和溫度有關(guān)系。自從工業(yè)革命后，工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的絕對掌握也是必須做到的。在冶金，石化，鋼鐵，玻璃，水泥，醫(yī)藥等各各行業(yè)中，幾乎都必須考慮著溫度在其行業(yè)中的影響因素。工業(yè)對溫度的重要信，應(yīng)此推動發(fā)展了溫度傳感器的發(fā)展。1課題的前景及其展望溫度在平時的日常中本身就是個非常重要的物理量，關(guān)于溫度的勘測和駕奴有重要的含義?，F(xiàn)在今世科學(xué)技術(shù)的不斷進步，大家同時對生存環(huán)境的質(zhì)量也有了較好的條件，因此大家必須勘測和駕奴溫度。在我們的生活環(huán)境里，溫度的這個角色是極其重要的。無論你在何處，工作性質(zhì)是什么，都時時刻刻在和溫度有關(guān)系。自從工業(yè)革命后，工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的絕對掌握也是必須做到的。在冶金，石化，鋼鐵，玻璃，水泥，醫(yī)藥等各各行業(yè)中，幾乎都必須考慮著溫度在其行業(yè)中的影響因素。工業(yè)對溫度的重要信，應(yīng)此推動發(fā)展了溫度傳感器，溫度不但對于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義。多路溫度和勘測顯示外界細微冷暖變化是近來幾年的研究項目，跟著傳感技術(shù)與通訊技術(shù)的進步，單片機的產(chǎn)生，溫度測量儀器水到渠成，最近幾年的研究越發(fā)快捷。選擇單片機來對溫度進行駕奴，不但擁有駕奴方便、組態(tài)方便和變通性大等好處。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。所以，單片機對溫度的勘測和駕奴方式是工農(nóng)業(yè)中往往會碰到的題目。所以，本畢業(yè)設(shè)計是環(huán)抱基于單片機多路溫度檢測與采集系統(tǒng)來開展相關(guān)的應(yīng)用探求任務(wù)。出現(xiàn)了基于新型（STC89c51）單片機與數(shù)字溫度傳感器（DS18B20）的多路溫度測量儀器。1.1畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容1.2.1設(shè)計任務(wù)與要求（1）溫度檢測：通過單片機和傳感器的連接，能實時檢測到現(xiàn)場溫度。（2）溫度顯示：把現(xiàn)場實時檢測到溫度值顯示出來。（3）報警溫度設(shè)定和報警：根據(jù)需要可以設(shè)置報警溫度，并且當(dāng)達到報警溫度時會發(fā)出聲光報警提示。1.2.2設(shè)計目的（1）學(xué)會靈活運用軟件從而編寫程序，并且提高自身分析和編寫程序的能力。（2）進一步掌握（STC89c51）單片機外部引腳和內(nèi)部構(gòu)造的線路連接方法。（3）熟悉（LCD1602）的運行方法。（4）學(xué)會制作電路圖。（5）熟悉制作電路板的流程。2總體設(shè)計方案2.1方案設(shè)計與論證多路溫度采集電路設(shè)計系統(tǒng)有著共同的特性：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。如果選擇普通的溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。如果這樣的話會有各種因素造成勘測系統(tǒng)較大的謬誤；又因為勘測環(huán)境駁雜、勘測量大、信號傳輸距離遠以及各種其他因素的干擾影響，會導(dǎo)致勘測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性降低。因此要多路溫度檢測系統(tǒng)的計劃成功的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的良好抉擇和系統(tǒng)控制核心的完好設(shè)計。2.2傳感器部分在多路溫度采集電路設(shè)計系統(tǒng)中，在模擬信號遠距離測溫系統(tǒng)里面，須要良好的處置引線誤差補償、多路勘測切換存在偏差、放大電路零點漂移偏差等問題，才可以到達較好的勘測精度。此外守舊的測溫方式是將模擬信號遠距離采樣進行A/D轉(zhuǎn)換，通常監(jiān)控現(xiàn)場由于各種干擾信號較強，導(dǎo)致電磁環(huán)境非常惡劣，模擬溫度信號輕易就會受到擾亂形成勘測偏差，影響勘測精度。所以，溫度勘測系統(tǒng)里面，決這些問題最有用的方法就是選取抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器。選取數(shù)字溫度芯片（DS18B20）勘測溫度，輸出信號全數(shù)字化，有利單片機的及時處理和控制。且（DS18B20）芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，元件線形較好。其勘測溫度范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。熱敏電阻的精度較差為±2°C。新型數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。(DS18B20)的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器（STC89c51）構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。如此,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對簡單,體積也相對來說小,而且由于（STC89c51）可以安裝多個溫度傳感器,所以能夠很容比較簡單的達到多路溫度的勘測，輕松的組建溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。2.3控制部分此方案采用（STC89c51）八位單片機實現(xiàn)。（STC89c51）的時鐘為12M，I/O口可達32個，高的時鐘頻率和豐富的I/O，都為實現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時在（STC89C51）中內(nèi)有4KBFLASHROM，工作環(huán)境良好、便捷、簡單。加快了該系統(tǒng)的計劃開發(fā)。掌握越發(fā)干脆、通俗。能夠及時體現(xiàn)電路的計劃，溫度信息更加快捷，一目了然的發(fā)表，這些都提高了系統(tǒng)的可行性。而且（STC89c51）單片機不但可以獨立的對多點（DS18B20）進行操縱工作。而且（STC89c51）在工業(yè)控制這方面也有遍及的應(yīng)用，編程技術(shù)和外圍功能電路的配合使用都很成熟。2.4系統(tǒng)方案計劃系統(tǒng)選取應(yīng)用了分布式通訊的想法,用(DS18B20)和（STC89c51）單片機一起組成了溫度采集系統(tǒng)。(DS18B20)是在分立式溫度采集模塊上發(fā)展而來的集溫度傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)化于一體的芯片，該芯片能夠直接讀出被測溫度，還可根據(jù)實際要求通過淺易的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。（STC89c51）單片機可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從(DS18B20)讀出的信息或?qū)懭?DS18B20)的信息僅需要一根I/O口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的(DS18B20)供電，而無需額外電源。因而使用(DS18B20)可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。系統(tǒng)主要包括三大模塊：控制模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、報警模塊等。（1）控制模塊功能：控制模塊在系統(tǒng)的功能是控制溫度采集模塊完成溫度采集并將采集到的溫度讀入控制模塊的數(shù)據(jù)寄存器，再將從溫度采集模塊讀取的溫度數(shù)據(jù)寫入顯示模塊并控制顯示模塊完成溫度的顯示。（2）溫度采集模塊功能：溫度采集模塊的主要功能是通過溫度傳感器感應(yīng)外界環(huán)境的細微變化轉(zhuǎn)化成模擬信號，在通過轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并存取溫度數(shù)據(jù)。（3）溫度顯示模塊功能：溫度顯示模塊的主要功能是在控制模塊的控制下將控制模塊寫入的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，便于讀取溫度數(shù)值。（4）報警模塊功能與設(shè)定的報警溫度上下限比較，超過限度后通過揚聲器與燈光報警。同時處理后把報警的方向的信息送到(LCD1602)中顯示出來。2.5系統(tǒng)設(shè)計原理通過溫度傳感器(DS18B20)直接讀取被測溫度值，然后進行轉(zhuǎn)換，將模擬溫度值經(jīng)過(DS18B20)處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，送到（STC89c51）單片機中進行數(shù)據(jù)的處理，同時將處理后的數(shù)據(jù)送到(LCD1602)中顯示，并且與設(shè)置的溫度報警上下限比較，超過限度后通過揚聲器報警。3硬件的設(shè)計本設(shè)計的硬件主要就是溫度傳感器主控單片機，應(yīng)此主要就是選擇這兩樣。3.1單片機的選擇所謂單片機(m1crocontroller)是指在一個集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲器、基本的I/O接口以及定時/計數(shù)、通信部件，即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。世界上最早的單片機是1974年美國仙童公司研制的F8單片機。但其中最具典型性的當(dāng)數(shù)Intel公司的MCS-51系列單片機。因為MCS-51系列單片機擁有基于復(fù)雜指令集（CISC）的單片機內(nèi)核，雖然其速度不快，12個振蕩周期才執(zhí)行一個單周期指令，但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴展性能非常強大。51系列的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè)，可用特殊功能寄存器對其進行編輯。我國在經(jīng)過一段時間的發(fā)展后，也擁有了屬于我們自己的單片機。應(yīng)此在本次課題設(shè)計的多路溫度采集設(shè)計系統(tǒng)中，采用單片機實現(xiàn)溫度的控制。在單片機采納方面，采納南通國芯電子有限公司的中國本土獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的（STC89c51RC/RD+）系列單片機。3.1.1(STC89c51)單片機的簡介(STC89C51RC/RD+)是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8KBytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進單片機內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。工作電壓：3.4V-5.5V（5V單片機）/2.0V-3.8V（3V單片機）工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz.實際工作頻率可達48MHz.用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口（27/23個）復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）能設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏EEPROM功能看門狗內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器。有2個16位定時器/計數(shù)器外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒PWM(4路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列），也可用來再實現(xiàn)4個定時器或4個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可支持)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC，共8路通用異步串行口(UART)SPI同步通信口，主模式/從模式工作溫度范圍：0-75℃/-40-+85℃封裝：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封狀，定貨)3.1.2（STC89c51）單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（STC89c51RC/RD+）系列單片機的內(nèi)部框圖如下圖3.1所示。（STC89c51RC/RD+）單片機中包含中央處理器（CPU）、程序儲存器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、定時/計數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊。圖3.13.2溫度傳感器的選擇溫度是表征物體冷熱程度的狀態(tài)量，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最基本、最重要的物理量。與溫度變化有關(guān)的物質(zhì)屬性很多，因而溫度測量的儀器也是多種多樣的。常用的溫度測量儀有熱電阻、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器等。熱電阻它的優(yōu)點是靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定性好，過載能力強，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。熱電偶測量精度高，熱電動勢與溫度在小范圍內(nèi)基本呈單值、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時間較快;測溫范圍寬，高溫?zé)犭娕紲y溫上限可達2800℃。PN結(jié)溫度傳感器利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨著溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高。集成溫度傳感器是將測溫元件、放大電路、偏置電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對其它傳感器有較好的線性度和一致性，且體積小，使用方便。溫室是一個有較大慣性的被控對象，溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高；但要求傳感器有優(yōu)良的物理及化學(xué)穩(wěn)定性。用的較多的是以鉑電阻為代表的模擬傳感器和以DS18B20為代表的數(shù)字傳感器?？紤]到鉑電阻需要信號調(diào)理電路，將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機接受，信號調(diào)理電路的相對復(fù)雜，抗干擾性比較差，而且價格較高，而DS18B20不僅價格便宜而且使用方便、測溫準(zhǔn)確、精度較高。為了節(jié)省成本，提高效率，方便采集系統(tǒng)以后的進一步擴展和完善，本設(shè)計系統(tǒng)的采集模型采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器。3.2.1(DS18B20)的簡介數(shù)字溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的基于串行接口的一線式數(shù)字溫度傳感器，它是將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號數(shù)字值的全新傳感器。有3引腳TO－92小體積封裝形式。具有一線總線、體積更小、適用電壓更寬、而且經(jīng)濟等特點。其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，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。（DSl8B20）具有如下特征：

①采用單總線技能，I/O線可掛接多個（DSl8B20）。

②低壓供電，電源范圍3～5V，可以電池供電，也可以直接用數(shù)據(jù)線連接電腦供電。

③每只(DS18B20)具有獨一無二的64位序列號，可以訪問對應(yīng)序列號來確定器件。

④測溫范圍為較大，在一10℃~85℃范圍內(nèi)誤差為±0．5℃。⑤可編程數(shù)據(jù)為9～12位，其轉(zhuǎn)換12位的溫度時間為750ms(最大)。

=6\*GB3⑥(DS18B20)可將檢測到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。

3.2.2(DS18B20)工作原理(DS18B20)測溫原理：由于低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一個對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線形，其輸出用于累加器1的預(yù)置值。其原理圖如下：圖3.2.(DS18B20)工作原理圖3.2.3(DS18B20)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）(DS18B20)的引腳說明DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。3腳TO-92封裝形式和器件圖如圖4所示：GND：接地；DQ：數(shù)據(jù)輸入輸出。VDD：可選的電源電壓腳。圖3.3(DS18B20)引腳（2）(DS18B20)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4:圖3.4(DS18B20)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：①64位激光ROM。②溫度靈敏元件。③非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。④配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)。（DS18B20）在0工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如表3.1：表3.1TMR1R011111MSBLSB其中，TM：測試模式標(biāo)志位，出廠時被寫入0，不能改變；R0、R1：溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。配置寄存器與分辨率關(guān)系如表3.2：表3..2R0R1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/ms00993.750110187.510113751112750（3）高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表3所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBMSB溫度值格式圖DS18B20溫度數(shù)據(jù)表3.3：表3.3232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型對應(yīng)的溫度值表3.4:表3.4溫度/℃二進制表示十六進制表示+125

+25.0625

+10.125

+0.5

0

-0.5

-10.125

-25.0625

-550000011111010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

111111001001000007D0H

0191H

00A2H

0008H

0000H

FFF8H

FF5EH

FE6FH

FC90H（4）(DS18B20)使用的注意事項（DS1820）雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用P口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：1、對程序和電氣參數(shù)的嚴(yán)格要求。2、要考慮總線的選擇和分布及與之相關(guān)的問題。3、多路測溫時，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實現(xiàn)傳感器出錯自動指示，進行自動（DS18B20）序列號和自動排序，以減少調(diào)試和維護工作量。4、實際應(yīng)用時，不能掛接過多的(DS18B20)。5、要確保每個(DS18B20)都接觸良好否則系統(tǒng)會陷入死循環(huán)。4硬件電路設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計主要功能包括：多路溫度的采集及其相關(guān)處理，溫度信息能夠及時顯示。硬件設(shè)計主要包括以下幾個模塊：電源電路、按鍵電路、LCD電路、信號測量電路、繼電器電路、晶振電路等。具體硬件電路結(jié)構(gòu)見附錄4.1電源4.1.1電源電路因為單片機工作電源電壓小，且電路功耗很小。所以選擇電池組和穩(wěn)壓片就行了。電路如下圖4.1：圖4.1電源電路4.2功能按鍵4.2.1按鍵電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)中采用的3個按鍵控制的方式，一號鍵KN可以在進入溫度設(shè)置、溫度極值、退出溫度設(shè)置之間切換，在普通界面下KN鍵，則顯示進入設(shè)置溫度下限，再按就進入設(shè)置溫度上限，按第三下這退出設(shè)置界面，在設(shè)置界面的時候可以按K2，K3進行數(shù)值的加減。具體電路如下圖4.2：圖4.2按鍵電路4.2.2LCD顯示電路本論文選擇了液晶（LCD1602）來顯示溫度、報警方位等。在液晶顯示畫面上同時顯示4個溫度傳感器所傳來的實時溫度的信息和度超過報警信息，電路圖如下圖4.3圖4.3LCD顯示電路4.3溫度采集電路(DS18B20)最大的特點是I/O采用同一條線來完成數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)（DS18B20）的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制(DS18B20)完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(DS18B20)0進行預(yù)定的操作。硬件連接電路如下圖4.4：本系統(tǒng)為多路溫度采集電路設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計。(DS18B20)采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個（DS18B20），但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個以上的(DS18B20)仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80M，否則也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機的多個I/O來驅(qū)動多路(DS18B20)。圖4.4溫度采集電路4.4其他電路模塊 該設(shè)計還有晶振電路以及繼電器電路等如圖4.5:圖4.54.5整體電路電路原理圖（見附錄）5軟件設(shè)計5.1概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件的型號確定下來后也就有了與此相匹配的軟件。因此是由硬件來確定軟件的。本設(shè)計系統(tǒng)由硬件來看可以把軟件分成兩大不同的功能：一是系統(tǒng)的主要控制程序，它是整個控制系統(tǒng)的核心，用于控制各模塊工作的；二是系統(tǒng)的執(zhí)行程序，它是用來實現(xiàn)各模塊實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示等。每一個執(zhí)行程序也就是一個小模塊功能的實現(xiàn)。這里將各主要的執(zhí)行模塊列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。當(dāng)各執(zhí)行模塊完成之后就可以完成系統(tǒng)的主要控制程序。5.2軟件設(shè)計總流程操作說明：本系統(tǒng)使用3個按鍵實現(xiàn)全部的功能：一號鍵（KN）負責(zé)功能切換，能夠做到切換顯示頁面進入和退出設(shè)置模式、切換高溫設(shè)置、切換低溫設(shè)置。二號（K2）、三號（K3）鍵是數(shù)值累加鍵、數(shù)值累減鍵。主界面顯示四個傳感器的當(dāng)前溫度。如下圖5.1所示。圖5.1主界面本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括主程序，顯示子程序、按鍵掃描子程序、設(shè)置溫度子程序幾部分組成。主程序首先初始化(LCD1602)，然后檢測(DS18B20)是否工作正常，隨后進行鍵盤掃描。掃描后從中讀取之前設(shè)置溫度的上下限，并從(DS18B20)中讀取當(dāng)前的溫度進行計算，如果達到報警要求，報警電路進行報警。程序從主函數(shù)開始先進行初始化，(DS18B20)是一個數(shù)字集成的溫度轉(zhuǎn)化芯片。同時(DS18B20)是以一線總線傳輸?shù)男问絺鹘o（STC89c51），再（STC89c51）譯碼轉(zhuǎn)換到(LCD1602)液晶顯示當(dāng)前溫度，使用者可以根據(jù)要求設(shè)定報警的上下限溫度，（STC89c51）根據(jù)人工按鍵設(shè)定值與當(dāng)前溫度值進行比較，若當(dāng)前溫度值高于或低于設(shè)定值則均報警電路反應(yīng)，有效的實施監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集及算法轉(zhuǎn)化框圖如圖5.2圖5.2DS18B20工作流程圖(DS18B20)可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號，供單片機處理，通過對(DS18B20)編程可以實現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)，并可分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量。其測溫范圍-55℃～+125℃，最大分辨率為0.0625℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)其測溫準(zhǔn)確度為±0.5℃。(DS18B20)采用一線總線的傳輸?shù)男问娇梢灾苯影褦?shù)字量和51單片機（本設(shè)計使用（程序開始初始化，再經(jīng)(DS18B20)，ROM操作指令識別判斷，再進行存儲操作指令，轉(zhuǎn)化處理，讀取當(dāng)前溫度值。根據(jù)上邊所畫的流程圖可以用C語言編寫出對應(yīng)的源程序如附錄所示。5.3子程序設(shè)計5.3.1初始化（LCD1602）由于1602是一個慢速設(shè)備，所以在初始化時，首先執(zhí)行一段延時的程序，等待(LCD1602)，然后根據(jù)1602使用手冊，初始化時，要對其進行3次寫顯示模式的設(shè)置，然后根據(jù)需要、開顯示、開光標(biāo)、清屏，即可完成對LCD1602的初始化。如圖5.3所示。圖5.3初始化LCD流程圖6系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析1、測試環(huán)境及工具測試溫度：0~100攝氏度。測試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計0~100攝氏度，串口調(diào)試助手。2、測試方法使系統(tǒng)運行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機最小系統(tǒng)，按鍵電路，顯示電路，溫度測試電路等）。觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計同時測量多點水溫變化情況，觀察顯示電路是否正常。并記錄各點溫度值，與實際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。3、測試結(jié)果分析在所設(shè)計的測控系統(tǒng)中，僅實現(xiàn)了對溫室溫度的有效測量，還有其他各方面的和溫室環(huán)境有關(guān)的因素沒有納入該系統(tǒng)，有待完善。目前，本人已經(jīng)基本完成了對溫室溫度的采集和顯示的系統(tǒng)硬件設(shè)計制作，并對該裝置進行了檢驗，結(jié)果表明，基本達到設(shè)計要求。由于本人的經(jīng)驗不足，技術(shù)水平有限，因此本文論述的還只是一個基本模型，實驗過程中的實際實踐不多，如果要將該方案應(yīng)用于實際用途，還需要進一步實踐調(diào)試。7結(jié)論經(jīng)過了了解比較數(shù)種不一樣的溫度傳感器，我選定了(DS18B20)這種通信方式比較獨特的單總線數(shù)字溫度傳感。這種傳感器做的系統(tǒng)優(yōu)點有很多：一是硬件連線簡單，二是一條總線可掛接多個傳感器測量不同位置的溫度，三是能夠識別每個(DS18B20)獨一無二的序號從而認定識別不同傳感器。然而特別關(guān)注的是：在系統(tǒng)焊接前要把主機逐個與(DS18B20)掛接,以讀出其序列號。另外，由于(DS18B20)單線通信功能是分時完成的,遵循嚴(yán)格的時隙概念,因此,系統(tǒng)對(DS18B20)和各種操作必須按協(xié)議進行?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。通過調(diào)試成型電路察覺到(DS18B20)不僅僅是有優(yōu)點的，然而還有一些缺點比如：簡潔的電路連接的結(jié)果是系統(tǒng)有了復(fù)雜的軟件時序，編寫軟件時序的復(fù)雜，導(dǎo)致了整個軟件的復(fù)雜化；(DS18B20)在測量的時候，靈敏度不行，當(dāng)溫度進行快速的改變時無法及時的顯示出其變化。通過一系列的實驗發(fā)現(xiàn)：由(DS18B20)建立的多路溫度測量系統(tǒng)僅僅只適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，(DS18B20)對外界環(huán)境溫度的細微變化比較敏感；但是不適合使用在要求實時性強、溫度跨度大的地方測量。致謝通過這一次的畢業(yè)設(shè)計，令我受益匪淺，又經(jīng)歷了一次系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在畢業(yè)設(shè)計前，認為根本沒有什么困難，然而我在實際操作過程中，才清楚地認識到自己的不足，端正了學(xué)習(xí)態(tài)度。本畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成得到了老師和同學(xué)大力支持和幫助，尤其是我的指導(dǎo)老師孫老師，在百忙之中抽出寶貴的時間，仔細耐心的給予了本人悉心地指導(dǎo)，在每次設(shè)計遇到問題時老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計順利的進行。從設(shè)計的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計的修改的整個過程中，花費了孫老師很多寶貴的時間和精力。再次向指導(dǎo)老師表示忠心的感謝。在課題完成過程中，我還得到了許多老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。老師給我提供了很多思路與經(jīng)驗，對我深入理解課題的有關(guān)知識與方法起到了重要作用。在此，我對這些給予幫助的老師也表示誠摯的謝意。同時在和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此，對他們表示由衷的感謝！最后，也非常感謝學(xué)習(xí)期間的授課老師和同學(xué)在學(xué)習(xí)中給我的教導(dǎo)和幫助，謝謝!衷心的感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！由于本人水平有限，難免有考慮不足之處，所以懇請老師同學(xué)們批評指正。參考文獻[1]