1、 西南科技大学本科生毕业论文 1基 于 单 片 机 的 多 点 温 度 检 测 系 统【摘要】温度是一个和人们息息相关的物理量，温度的变化会给我们带来重大的影响，因此对温度的检测控制非常重要，其检测控制一般使用各式各样的传感器。本设计使用的是 DS18B20，它是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了 DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图该系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准 RS232 通信接口，芯
2、片使用了 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机和 DALLAS 公司的DS18B20 数字温度传感器。上位机部分使用了通用 PC。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域【关键字】：温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机西南科技大学本科生毕业论文 2【Abstract】Temperature is a physical quantity and the people closely linked, the changes in temperature will bring significant influence to us, so the detection of
3、the temperature control is very important, the general use of every kind of sensor detection and control.This design is the use of DS18B20, it is a high precision digital temperature sensor network, because of its unique advantages of single bus, users can easily set up a sensor network, and can mak
4、e the multi-point temperature measurement circuit is simple, reliable and become. In this paper, combining with practical experience, introduces the hardware of digital temperature sensor DS18B20 with single chip and software programming, and gives the software flow chartThe system consists of host
5、computer and slave computer of two parts. Lower machine to achieve the temperature detection and provide standard RS232 communication interface chip, use DS18B20 digital temperature sensor AT89C51 chip of ATMEL company and the DALLAS company. PC part using the generic PC. The system can be applied t
6、o 西南科技大学本科生毕业论文 3the storage temperature, building air conditioning control and production process monitoring and other fields【 key words 】: temperature measurement， Single bus， Digital temperature sensor， singlechip西南科技大学本科生毕业论文 4目录【摘 要】 .1一、绪 论 .41.1 系统背 景 .41.2 系统 概述 .4二、方案论 证 .52.1 传感器 部分 .52.2
7、主控制 部分 .62.3 系统方 案 .7三、硬件设 计 .83.1 主控制器 .83.2 温度传 感器 .123.3 温度测 试电路 .173.4 键盘 与显 示电路 .183.5 电源以及看 门狗电路 .26四、软件设 计 .294.1 概 述 .294.2 程序设计 .29五、结语 .32参考文 献 .33致谢 .34附录 .35附录一：温度测试子程 序流程图 .33附录二 主电路 电气原理图 .34西南科技大学本科生毕业论文 5基于单片机的多点温度检测系统第一章 绪论1.1 系统背景21 世 纪 ， 科 学 技 术 的 发 展 日 新 月 异 ， 科 技 的 进 步 带 动 了 测 量
8、 技 术 的 发展 ， 现 代 控 制 设 备 的 性 能 和 结 构 发 生 了 翻 天 覆 地 的 变 化 。 我 们 已 经 进 入 了高 速 发 展 的 信 息 时 代 ， 测 量 技 术 也 成 为 当 今 科 技 的 一 个 主 流 ， 广 泛 地 深 入到 研 究 和 应 用 工 程 的 各 个 领 域 。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术
9、的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。分布式温度传感器在电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑、航空、航天飞行器等有着重要的应用前景，引起研究人员的广泛关注。近年来，已经有不少分布式温度传感器的报道，包括基于光纤非线性效应的拉曼温度传感器等，但由于其昂贵的成本而无法得到广泛的应用。1.2 系统概述本设计使用了美国 D allas 半导体公司的新一代数字式温度传感器DS18B20,它具有独特的单总线接口方式 ,即允许在一条信号线上挂接数十甚至
10、上百个数字式传感器 ,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单 ,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A /D转换器及其它复杂外围电路的缺点。以A T89C51单片机作为控制核心，提出了一种基于D S18B20的分布式温度传感系统，多个温度传感节点通过单总线通过单总线与单片机相联形成分布式系统。单片机通过实时监控温度的变化，通过液晶显示温度的数值，当温度值西南科技大学本科生毕业论文 6超出允许范围时，报警器开始报警，从而远程实现对整个温度系统的管理和控制。第二章 方案论证温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信
11、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；又因为检测环境复杂、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 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：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泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首 。 12.1 传感器部分方案一采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测 1 摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如 AD59
12、0,LM35 等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过 A/D 转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二AD590 是一种单片集成的两端式温度敏感电流源，它具有线性优良、性能稳定、灵敏的高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便的优点。首先要通过温度传感器将温度转换成电量，把它的电流信号转换成电信号，然后放大，输入到 A/D 转换电路，在输入到数码管显示出来。方案三进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都使用传感器，
13、所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器可以很容易直接读取被测温度西南科技大学本科生毕业论文 7值，进行转换就可以满足设计要求。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS1820 和微控制器 AT89C51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且
14、由于 AT89C51 可以带多个 DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。方案论证从以上三种方案，很容易看出，方案一、方案二都需要对温度信号进行放大、转换，十分麻烦，电路复杂，且工作量大，稳定性差。方案三，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用方案三。采用温度芯片 DSB1820 测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更块。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。2.2 主控制部分方案一此方案采用
15、PC 机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是 PC 机输出信号不能直接与 DS18B20 通信。需要通过 RS232 电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC 机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦。方案二此方案采用 AT89C51 八位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多 DS18B20 控制工作，还可以与 PC 机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC 微型计算机） ，下位机（单片机
16、）多点温度数据西南科技大学本科生毕业论文 8采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟 。 2方案论证从以上两个方案可以看出，方案二更适合本设计，因为它而且体积小，硬件实现简单，安装方便。故本设计采用方案二2.3 系统方案综上所述，传感器部分采用温度传感器 DS18B20，主控部分采用 AT89C51单片机。总体结构方框图如图 2.3-1 所示。下 位 机（ AT89C51）上 位 机 （ PC）下 位 机（ AT89C51） 传 感 器 模 块显 示 模 块控 制 模 块传 感 器
17、模 块显 示 模 块控 制 模 块上 位 机 （ ）下 位 机（ ） 传 感 器 模 块显 示 模 块控 制 模 块传 感 器 模 块显 示 模 块控 制 模 块图 2.3-1 总体结构方框图西南科技大学本科生毕业论文 9第三章 硬件设计3.1 主控制器AT89C51 是一种集成了众多功能部件、功能强大的单片机，适合于要求硬件功能强大，运算速度块，工作环境恶劣，可靠性高，扩展功能强及低功耗的应用系统。并且它的市场货源充足。所以本设计选择了 AT89C51 单片机。AT89C51 简介 3AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmab
18、le and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的 AT89C51 是一种高效微控制器,AT89C2051 是它的一种精简版。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 AT89C51 提供以下
19、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 16 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。振荡器特性:XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采
20、用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。AT89C51 的特性与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环西南科技大学本科生毕业论文 10数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路如图 3.1-1 T89C51 单片机 40 引脚分布图图 3.1-1 T89C51 单片机引脚分布图
