基于单片机的智能温度计的设计Word格式文档下载.docx

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3.2.3液晶模块简介11

3.2.3液晶显示部分与89C51的接口13

3.380C51单片机的介绍14

3.3.180C51单片机的主要特性15

3.3.280C51单片机管脚16

3.3.380C51单片机的中断系统18

3.3.480C51单片机的定时/计数器18

3.3.580C51单片机的最小系统19

3.4系统总体电路图20

4.软件设计简介21

4.1C语言简介21

4.2程序设计21

5.电路仿真24

5.1Proteus软件介绍724

5.2智能温度计Ptoteus仿真25

总结27

参考文献28

附录：

源程序代码29

1设计背景

温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。

即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。

在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。

对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。

为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。

本设计由于采用了新型单片机对温度进行测量，以其测量精度高，操作简单。

可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量。

本设计是一个智能温度测量，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。

1.1课题背景

随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。

采用数字温度传感器DS18B20因其内部集成

了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。

1.2设计内容

本次课程设计模拟工业现场，对温度进行测量，并实时显示出来，并且可以设定温

度的上下限，当温度达到上下限时系统自动报警。

控制系统主控制器采用51单片机,

温度测量采用DS18B20设定温度后，当温度达到设定限时，可以通过闪彩灯和响蜂鸣器报警提示，并且实时显示在1602液晶显示器上。

2智能温度计系统简介

2.1方案选择

该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。

方案一:

采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。

通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。

数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。

热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

系统主要包括对A/D0809的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。

此外还有复位电路，晶振电路，启动

电路等。

故现场输入硬件有手动复位键、A/D转换芯片，处理芯片为51芯片，执行机

构有4位数码管、报警器等。

系统框图如图

2.1所示

复位电路

ADC0809

单片机

按键防抖动

图2.1热电偶温差电路测温系统框图

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0—100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DS18B20和微控制器AT89S51

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。

采用51单片机控制，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空制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89S51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。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20S行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX23芯片与计算机的RS232接口

进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。

方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。

2.2系统设计原理

利用温度传感器DS18B2C可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B2C处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警并且指示灯闪烁。

同时处理后的数据送到LCD

中显示。

2.3系统组成

本课题以是80C51单片机为核心设计的一种智能温度测试系统，系统整体硬件电路

包括：

传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。

系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温

度传感器组成。

单片机复位

系统框图如图2.2所示。

LED

显

示

报警按键设置

主控制器

时钟振荡

图2.2系统基本方框图

单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

显示电路

液晶显示器是一种将液晶显示器件，连接器件，集成电路,PCB线路板，背光源,结构器

件装配在一起的组件。

根据显示内容和方式的不同可以分为擞显LCD点阵字符LCD点

阵图形LCD在此设计中我们采用点阵字符LCD这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块。

温度传感器

温度传感器采用美国DALLAS^导体公司生产的DS18B20温度传感器。

DS18B20俞出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度，采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。

能够实现快速

MAX232芯

用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。

获得的数据可以通过片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

3.系统硬件设计

3.1DS18B20温度传感器

3.1.1DS18B20介绍

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图3.1

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DS18B20

图3.3

DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更

小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。

DALLAS半导体公司的数字化温度

传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

温度测量范围为

-55〜+125摄氏度，可编程为9位〜12位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度,分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPRO中，掉电后依然保存。

被测温

度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；

其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；

多个DS18B2C可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

图3.1是DS18B20的—种封装形式，图3.2是DS18B20勺一种常用接法。

图3.3是仿真软件的封装形式。

3.1.2温度传感器工作原理

DS18B20测温原理：

低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频

率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在-55C所对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值

减到0时，温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止

温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

DS18B20功能特点：

1.采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/O线，在一根线上可以挂接多个

2.每只DS18B20具有一个独有的，不可修改的64位序列号，根据序列号访问地应的器件。

3•低压供电，电源范围从3~5V,可以本地供电，也可以直接从数据线上窃取电源

（寄生电源方式）。

4.测温范围为-55C~+125C,在-10C~85°

C范围内误差为土0.5C。

5.可编辑数据为9~12位，转换12位温度时间为750ms（最大）。

6.用户可自设定报警上下限温度。

7.报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值。

8.DS18B20的分辩率由用户通过EEPRO设置为9~12位。

9.DS18B2C可将检测到温度值直接转化为数字量，并通过串行通信的方式与主控制

器进行数据通信。

DS18B20有4个主要的数据部件：

1.光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20勺地址序列码。

64位光刻ROM勺排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B2C自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1光刻ROM勺作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20勺目的。

2.DS18B2C中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625C/LSB形式表达，其中S为符号位。

3.DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包