1、 毕业设计说明书基于单片机的仓储温度测控系统的设计学 院 ： 专 业 ： 学 生 姓 名 ： 学 号： 指 导 教 师 ： 2013 年 6 月摘 要摘 要温度监测与控制是个生产工艺流程极为重要的环节，自古以来就受到人们的关注，与人们的生活息息相关。近年来，随着社会的发展，人们对温度监控的精度以及范围等有了更高层次的要求，无论是在工农业生产或科学研究方面，对温度监控都尤为重要。因此对温度监控的研究设计十分必要。本课题介绍了以 STC89C52 单片机为控制核心，DS18B20 作为传感器的集采集、处理、显示、自动控制为一体的仓储温度测控系统。整个系统中，以 PC作为上位机监控模块，STC89C
2、52 单片机作为下位机控制模块，上位机与下位机数据传输与交流以串口通信的方式进行。本文采用智能温度传感器 DS18B20进行温度的采集与转换，其具有测温范围宽，精度高等优点，同时具有单总线接口，从而使得电路设计更加简洁。STC89C52 单片机具有运算速度快，处理能力强等特点，使其在温度测控系统中成为一个极为重要的组成部分，伴随着电子技术的发展，利用单片机进行温度测控，将成为发展趋势。该系统同时设置温度显示模块与报警装置，可人为地控制温度上、下限，可自动调节温度，使用户可以更好的对温度进行控制。关键词：单片机、DS18B20、温度监控AbstractIAbstractTemperature m
3、onitoring and control is a very important part of the production process, since ancient times by people concerned with peoples lives. In recent years, with the development of society, people on the accuracy of temperature monitoring and scope have higher level requirements, both in industrial and ag
4、ricultural production, or scientific research, are particularly important for temperature monitoring. So the temperature monitoring study design is necessary.This topic introduces the STC89C52 microcontroller core, DS18B20 sensor set as the collection, processing, display, automatic control as one o
5、f the storage temperature monitoring system. Throughout the system, the PC as a PC monitor module, STC89C52 microcontroller as the next-bit machine control module, the PC and the next crew to serial data transmission and exchange of communication manner. In this paper, intelligent sensor DS18B20 tem
6、perature acquisition and conversion, which has a wide temperature range, high precision, but also has a single bus interface, which makes circuit design more concise. STC89C52 microcontroller with a computing speed, processing power and other characteristics, so that in the temperature measurement a
7、nd control systems to become a very important part, along with the development of electronic technology, the use of single-chip temperature measurement and control, will become a trend. The system is also set temperature display module and alarm device, can artificially control the temperature, the
8、lower, it can automatically adjust the temperature, so that users can better control the temperature.Keywords: microcontroller, DS18B20, temperature monitoring.目 录II目 录摘 要 .IAbstract.II目 录 .III第一章 绪 论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 研究内容 .21.3.1 设计指标与参数 .21.3.2 设计目标 .22.1 方案选择 .32.2 方案论证 .42.3 系统工
9、作原理概述 .5第三章 硬件电路设计 .63.1 单片机的设计 .63.1.1 单片机的选择 .63.1.2 STC89C52 单片机功能特性 .63.1.3 引脚功能(摘自参考目录中单片机原理及应用一书） .73.2 温度传感器的设计 .93.2.1 DS18B20 温度传感器的特点 .93.2.2 DS18B20 引脚定义 .93.2.3 DS18B20 工作原理 .103.2.4 DS18B20 与单片机连接 .113.3 串口通信 .123.4 输入模块 .123.5 显示电路 .133.5.1 数码管的选择 .133.5.2 LED 数码管工作原理 .133.5.3 LED 数码管显
10、示方式 .143.6 蜂鸣报警器设计 .153.7 继电器电路设计 .16目 录III3.8 电源电路设计 .16第四章 系统软件设计 .184.1 软件设计原则 .184.2 程序结构分析 .184.3 温度信号处理子程序 .204.4 键盘输入模块扫描子程序 .214.5 数码管显示子程序 .224.6 继电器控制子程序 .224.7 报警子程序 .234.8 串口通信子程序 .23总 结 .25参考文献 .26附 录 .28第一章 绪 论0第一章 绪 论1.1 课题背景及意义温度是一个普遍但又极为重要的参数，在工业生产，科学研究等诸多领域对温度的控制与检测都有极高的要求。在日常生活中，人
11、们时刻都在关注温的变化，但在不同的历史时期，或不同的生产科研领域，对温度的测量精度，测量方法都有不同的要求，因此所用到的测量元件，测量系统就有所差异。随着社会的发展，人们对测温精度、控制范围的要求也越来越高，有时极小的温度差异也会对工业生产，科研等带来极大地影响。在仓储环境中，对环境温度的检测控制显得尤为重要。传统的温度测量方法即使用温度计对环境温度进行测量，然后根据环境对温度的要求再选择加热或降温处理，这种测控方法不仅流程繁琐，需要大量的人力物力，又不能对超出控制范围的情况作出即时反应，对生产、储藏带来极大的影响，同时，满足不了当今社会人们对温度检测控制精度的要求，给生产、科研等带来不必要的
12、麻烦。因此，这就要求有一种新的，能够对温度变化做出即时反应的高精度温度测控系统。近年来，随着电子技术和微型计算机技术的迅速发展，利用微机以及电子技术进行测控的应用也得到了长足的进步。运用计算机、单片机等进行度温度测量与控制，不仅可以节省大量时间，人力物力等，且更能够达到当今社会人们对温度精度的要求，这将逐渐成为温度测控的主流方法。1.2 国内外研究现状现在世界各国温度测控系统技术发展很快，很多国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。伴随着科学技术的发展，利用单片机，传感器进行温度测控将越来越多的得到应用。近年来温度检测在理论上发展较成熟，但是在实际应用中，如何保证实时的，快
13、速的对温度进行检测，传输，并能够快速的做出响应控制，仍是需要解决的问题。温度检测技术中，接触式测量发展较早，同时检测精度也较高，操作简单，但却不能实时的进行数据传输，使得响应速度慢，不能更好的控制温度，难以满足现代科学技术对温度快速控制的要求。现代信息技术基础是信息采集、信息传输、信息处理，而传感器则是信息采集的尖端技术，尤其是温度传感器被广泛应用于各生产工艺中，数量高居各传感器之首。国际上，新型传感器正从模拟式向数字式，由集成化向智能化网络化的方向发展。在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能化温第一章 绪 论1度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度低分辨率只能达到 1。
14、国外已相继推出多种高精度、高分辨率的智能温度传器，其中 DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司推出的适配微处理器的改进型智能温度传感器。目前，物联网概念的逐渐普及，基于单片机的数据采集与处理系统，已在各领域得到广泛应用。相对于国外，国内在温度控制系统的研究方面起步较晚，与国外发展水平还有相当大的差距，但是，国内具有最大的市场，如果，大中型企业将温度控制系统引入生产，可以降低消耗，控制成本，极大的提高生产效率。1.3 研究内容随着电子技术的发展，温度监控领域也发生了翻天覆地的变化，基于单片机的温度监控系统因其操作简单，性价比高，同时具有极高的精确度和分辨率，使得传统的测控技术将被逐渐取代
15、。本设计主要任务是以单片机为核心器件设计出能对仓储温度进行实时的检测与控制的系统，设计要求不仅能正确的显示即时温度，而且还要求在温度值超出所规定的温度范围时要由相应的温度控制模块对仓库内的温度进行及时的降温或升温处理，以维持温度在所要求的范围内。1.3.1 设计指标与参数温度测量范围：-30+50；测量精度：0.5；显示方式：分时四位显示；报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警。1.3.2 设计目标根据设计要求，设计出能对仓库进行实时检测与控制的系统，该系统能精确测量采集仓库内温度，并能够将数据送至单片机中进行处理，通过相应的温度控制模块对仓库内温度进行升温或降温，使仓库内温度能够保持在规定范围内，
16、同时，系统还设有显示模块与报警模块，键盘输入模块，使对温度的监控更加方便与灵活。第二章 系统总体设计2第二章 系统总体设计2.1 方案选择1.方案一选用传统的温度传感器，用电位器设定温度上下限，将反馈的温度值与设定的温度值进行比较，通过负载进行加热或降温处理。此方案是传统的一位式模拟控制方案，采用模拟电路，其特点是电路结构简单，易于实现，但是易受环境影响，并且不能实现复杂的控制算法，调节频繁，不稳定，精确度不高，不能用数码管显示温度值，不能用键盘输入。工作原理框图如图 2-1 所示。温度预置负载信号放大图 2-1 方案一原理框图2.方案二采用传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但
17、是采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方案还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度更高，而且不能用数码管显示。其工作原理图如图 2-2 所示。温度传感器比较器继电器信号放大信号采集信号放大上限比较温度预置信号处理固态继电器负载第二章 系统总体设计3图 2-2 方案二原理框图3.方案三采用智能温度传感器 DS18B20，将采集到的信息直接转化为数字量输出，通过单片机控制温度上下限，用外部电路产生显示和控制加热及降温，并设置键盘输入模块，LED 显示模块，温度控制模块，报警模块等，便于温度控制。其原理框图如图 2-3 所示。通信模块上位机监控系统下位机控制模块(STC89
18、C52)温度检测模块LED 显示模块下限比较第二章 系统总体设计4图 2-3 方案三原理框图2.2 方案论证方案三中采用 STC89C52 单片机作为控制器，单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程来实现各种控制算法和逻辑控制。同时单片机系统可用数码管显示仓库内实际温度，可用键盘输入所需要的控制值。不需要外扩展存储器，使系统设计更为简单。DS18B20 温度传感器是一种分布式温度测量系统智能温度传感器，提供 9 位（二进制）温度读数，数据经单线接口送入 DS18B20或从 DS18B20 送出，因此从处理器到 DS18B20 仅需要一条线，减少系统布线。另外，其电源可有数据线提供而不需要外接
19、电源，使的系统设计更加简单清晰。与其他方案相比，方案三不易受到周围环境的干扰，且测量精度高，系统电路设计相对简单，成本较低，能够达到任务要求，所以本次设计采用方案三。2.3 系统工作原理概述本课题中所使用的温度控制系统是以单片机为核心控制器的单总线控制系统。以 PC 机作为上位机检测模块，单片机作为下位机控制模块，同时外围模块包括键盘输入模块，智能温度传感器 DS18B20，温度控制模块，报警模块，LED 显示模块以及串口通信模块。通过智能温度传感器对仓库内的温度进行采集，并将温度值转换为数字信号，直接传送至单片机中，通过由键盘输入模块输入的温度范围进行计较，如当前温度超出了所要求的温度范围，报警器会立即报警，同时单片机驱动温度控制模块进行相应的升温或降温操作，并将数据储存在单片机中，而且单片机还会通过串口通信的方式把数据传送至 PC 机中，将数据保存在上位机中，显示模块则负责对仓库内温度的实时显示。键盘输入模块报警模块继电器温度控制器
