1、编号： 题 目： 院 （系）： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发3 年月1 日摘 要本毕业设计提出一种基于 AT89C51 单片机为核心的温度采集系统,并采用数字化单总线技术的设计方案应用于多路温度采集系统中。方案采用了一种新型数字温度传感器 DS18B20，利用 DS18B20 温度传感器将温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，通过单线总线传给 AT89C51 单片机，AT89C51 单片机把数据通过液晶显示器 LCD1602 实时显示不同方位的温度变化。系统对多点的温度进行实时巡检
2、，同时能够通过设定的指令对温度进行监控。温度传感器 DS18B20 负责温度的采集，单片机将从 DS18B20 发出的信息读取的温度并与有效温度的上下极值进行比较，若超过有效温度范围则启动报警系统，否则继续从 DS18B20 读取温度。该系统具有实用性强、可靠性高、测量精度高等特点。测温范围在 55 +125 。关键词：数字温度传感器（DS18B20） ；单片机（AT89C51）；液晶（LCD1602）显示器。IIAbstractThis design is proposed based on AT89C51microcontroller as the core of the temperat
3、ure control system and its digital single-bus technology used inthe design of the greenhouse temperature measurement system. Program uses a new type of digital temperature sensor DS18B20, use DS18B20 temperature sensor embedded inside the greenhouse temperature, transformed into the current changes,
4、 and then a converted to voltage input ADC, the bus passed through the single AT89C51 comicic- rocontroller AT89C51 microcontroller input and output through the serial port tounat- e with the PC machine. System for real-time multi-point inspection of temperature, w- hile providing instruction based
5、on the temperature of PC-time acquisition. Tempsen- sor for temperature DS18B2collection, microcontroller reads the message from the D- S18B20 temperature and with the effective temperature of the upper and lower extm- comparison, if more than the effective temperature range, start alarm system, and
6、 to the PC, send the appropriate signals, or continue to read from the DS18B20 temper- rure. The system has a practical and high reliability。Key words: 0目 录1 课题的背景及其意义 .41.1 本毕设主要内容 .41.2.1 设计任务与要求 .42 总体设计方案 .52.1 方案设计与论证 .52.2 传感器部分 .52.3 控制部分 .62.4 系统方案 .62.5 系统设计原理 .73.1 单片机的选择 .83.1.1 AT89C51 单
7、片机的功能特点 .83.2 温度传感器的选择 .103.2.1 DS18B20 的简介 .113.2.3 DS18B20 内部结构 .124 硬件电路设计 .164.1 电源 .164.1.1 电源电路 .164.2 功能按键 .174.2.1 按键电路 .174.2.2 液晶显示电路 .174.3 温度采集电路 .184.4 报警电路设计 .194.5 基于 AT89C51 简易转数测量系统复位电路 .194.6 基于 AT89C52 简易转数测量系统时钟电路 .204.5 整体电路 .215 软件设计 .215.1 概述 .215.2 软件设计总流程 .225.3 子程序设计 .245.3
8、.1 初始化 LCD1602.245.4 按键扫描 .245.5 温度的设定子程序 .2516 系统调试及结果分析 .267 结论 .26致 谢 .27附 录 .28原理图 .28PCB 图 .29源程序 .292引言温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有着十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。在人类的生活环境中，温度扮演者极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎 80
9、%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。1 课题的背景及其意义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。在工、农业生产和日常生活中，占据着极其重要地位。工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业都与之有关，可以说几乎 80%的工业部门都不得不考虑温度对自身系统的影响。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。我国作为世界上最大的农业国，但是人均占有耕地面积少，这对农业的发展有着极大的限制。因此,设计一种能够进行多路
10、温度检测系统具有较为广泛的应用价值。多路温度测量显示是近几年的研究课题，随着传感技术与通讯技术的发展，单片机的出现，温度测量仪器应运而生，最近几年的研究更是迅速。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且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的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。因此，单片机对温度的检测与控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。基于此，本毕业设计是围绕基于单片机多路温度检测与采集系统来开展相关的应用
11、研究工作。 出现了基于新型AT89C51 单片机和数字温度传感器 DS18B20 的多路温度测量仪器。1.1 本毕设主要内容31.2.1 设计任务与要求（1）温度检测：通过传感器和单片机的连接，能实时准确检测到现场温度。（2）温度显示：把现场实时检测到温度值显示出来。（3）报警温度设定和报警：根据需要可以设置报警温度，并且当达到报警温度时会发出声光报警提示。1.2 .2 设计目的（1）学会运用 keil 软件编写程序，提高分析程序的能力。（2）进一步熟悉 AT89C52 单片机外部引脚的线路连接方法。（3）熟悉 LCD1602 使用方法。（4）学会使用 Proteus 仿真软件对设计的电路进行
12、仿真，验证电路功能是否正确。（5）学会使用 DXP2004 制作电路图。（6）熟悉制作电路板的流程。2 总体设计方案2.1 方案设计与论证多路温度采集电路设计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 。所以多路温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度采集即温度传感器的选择和系统主控单元的
13、设计。2.2 传感器部分方案一：热敏电阻作为传统的温度传感器，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。使用时，将其串接在电路中，在一般情况下，其阻值很小，损耗也很小，不影响电路正常工作;但若有过流发生，其温度升高，它的阻值随之急剧升高，达到限制电流的保护作用，避免损坏电路中的元器件。当故障排除后，温度自动下降，又恢复到低阻状态，因此对于检测温度的信号是不适用的。在温4度测量系统中,采用单片温度传感器,比如 AD590,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
14、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：在多路温度采集电路设计系统中，传统的模拟信号远距离测温系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 A/D 转换，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，输出信
15、号全数字化，便于单片机处理及控制。且该芯片的物理化学性很稳定，元件线形较好。其测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。热敏电阻的精度较差为2C。新型数字温度传感器DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。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 DS18B20 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,且由于AT89C51 可以带多个 DSB1820,因此可以非常容易
16、实现多路温度的测量。轻松的组建温度传感器网络。2.3 控制部分方案一：此方案采用 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。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，这不利于工作。方案二：此方案采用 AT89C51 八位单片机实现。AT89C51 的时钟为 12M，I/O 口可达 32 个，高的时钟频率和丰富的 I/O，都为实现电路功能提供了非常有利的条件。同时也AT89C51 内含 4KB FLASH RO
17、M，开发环境友好，易用、方便，大大加快本系统设计开发。使操作更为简洁、易懂。实时显示电路的设计，使温度信息更迅速，直观地发布，这5些都提高了系统的可行性。而且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。既可以单独对多路 DS18B20 控制工作。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。2.4 系统方案 综上所述,温度传感器以及主控部分都采用第二方案。系统设计采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想,用 DS18B20 和 AT89C51
18、 单片机一起组成了温度采集系统。DS18B20 是在分立式温度采集模块上发展而来的集温度传感器和 A/D 转化于一体的芯片，该芯片能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9-12 位的数字值读数方式。AT89C51 单片机可以分别在 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根 I/O 口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。系统主要包括三大模块：控制模块、温度采集模块、温度显示模块、报警模块等。采用系统总方案如下图 1：图 1 系统总方案图（1） 控制模块功能：电源
