多点温度检测系统课程设计.doc
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河南机电高等专科学校课程
河南机电高等专科学校
课程设计报告
课题名称：
多点温度检测与控制系统
专业班级：
电班
系部名称：
自动控制系
专业班级：
电气自动化班
姓名：
vvv
学号：
12121212
2014年12月15号
摘要
在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。
首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：
消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。
温度检测系统应用十分广阔。
DS18B20是一种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。
关键字：
温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机
目录
第1章绪论 4
1.1系统背景 4
1.2系统概述 4
1.3系统设计方案 4
第2章硬件设计 6
2.1单片机系统设计 6
2.2显示电路设计 7
2.3键盘电路设计 7
2.4报警电路设计 8
2.5通信模块设计 9
第3章软件设计 10
3.1软件实现 10
3.2温度测量程序流程图:
10
3.3键盘程序设计 11
第4章设计总结 12
参考文献 13
附录：
器件清单 14
10
第1章绪论
1.1系统背景
在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。
首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：
消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。
温度检测系统应用十分广阔。
1.2系统概述
本设计运用主从分布式思想，由一台PC微型计算机，单片机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。
该系统采用RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。
温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。
也可以由单片机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。
单片机采用的是基于数字温度传感器DS18B20的系统。
DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。
如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。
1.3系统设计方案
本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。
采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。
它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。
全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
实际采用电路方案如下图1.1
多个DS18B20
AT89C51
单片机
数码显示
报警系统
PC机
MAX232
键盘识别电路
图1.1总体电路方案
采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。
DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松地组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
它有如下特点：
（1）独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其他电路，直接输出被测温度值；
（2）多点能力使分布式温度检测应用得以简化；
（3）不需要外部元件；
（4）既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；
（5）不需备份电源；
（6）测量范围为-20~125，固有测温分辨率为0.5；
（7）通过编程可实现9~12位的数字读数方式；
（8）用户可定义非易失性的温度告警设置；
（9）警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况）；
（10）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。
以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
根据DS18B20以上特点，此方案实现本课题较好。
第2章硬件设计
2.1单片机系统设计
本课题运用Intel公司的8051进行系统控制，运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。
89C51单片机串口主要有两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成，其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。
接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H，其名称亦同样为SBUF。
单片机最小系统电路如图2.1
图2.1单片机最小系统
2.2显示电路设计
显示电路采用的是共阴极七段数码管。
显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。
由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算。
本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。
即用两块芯片就可以完成显示功能。
显示数据由4511译码器输出，ULN2003为位驱动扫描信号。
显示电路如图2.2
图2.2显示电路
2.3键盘电路设计
本课题使用行列扫描方式，在单片机的P1口上连接上4*4的键盘，单片机扫描键盘，如果有键按下，单片机会根据键码执行相应的程序，使整个系统的功能更加完善。
键盘电路如图2.3
图2.3键盘电路
2.4报警电路设计
为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的范围内，给出报警信号。
电路如图2.4
图2.4报警电路
2.5通信模块设计
AT89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。
进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。
PC机与单片机的串行通信接口电路如图2.5
图2.5串行通信接口电路
第3章软件设计
3.1软件实现
系统软件设计主要包括系统程序和流程图，根据整个系统的要求，完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤：
单片机接受传感器的温度信号，并通过MAX7219驱动显示出来，单片机扫描键盘，接受控制信号，并将温度显示出来，若温度不在范围内则发出报警。
程序流程如图3.1
开始
系统初始化
测温子程序
Y
显示温度
测温键是否按下
N
清除键是否按下
Y
清除显示子程序
N
图3.1总体程序流程图
3.2温度测量程序流程图:
温度测量程序首先复位DS18B20温度传感器，跳过ROM指令并发出温度转换指令。
换完毕后复位DS18B20再发出匹配DS18B20命令，发一个DS18B20序号然后读取温度值，当所有DS18B20全部访问完毕后，复位DS18B20，发出报警命令，如果有温度超出范围则报警，否则复位DS18B20。
电路程序流程图如图3.2
开始
延时
复位DS18B20
复位DS18B20
复位DS18B20
发出匹配ROM命令
发出跳过ROM命令
发报警搜索命令
N
N
发一个DS18B20序号
发出温度转换命令
Y
读温度值
转换完毕？
是否有温度超限
存入储存器
Y
N
Y
报警输出
所有DS18B20访问完毕
指向下一个DS18B20
图3.2温度测量程序流程图
3.3键盘程序设计
根据本课题的系统要求，采用4*4的键盘电路结构，P1.0-P1.3接四条行线，P1.4-P1.7接四条列线，整个系统的功能可以利用16个按键将系统完善化、系统化，对于键盘各键的功能如图3.3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
循环
查询
图3.3键盘功能图
第四章设计总结
本次课程设计主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。
整个系统由单片机控制，要能够接受传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示，对异常情况进行报警。
本次课程设计基本实现了设计要求，有多个温度检测器，测量精度0.5℃，测温范围在-20℃～+125℃。
并通过串行通信接口与外部PC机相连，并通过数码管及4511译码器显示出来。
通过这次课程的设计，将课本的知识实际应用，摆脱考试的局限，锻炼自己的解决问题的能力，独立思考能力。
本可设使我熟悉了单片机设计原则，对51系列单片机内部构造、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解，虽然是很简单的运用，但比为了考试而瞬时记忆的知识牢固多了，工作需要独立解决问题的的能力，还是希望多一些这样的机会。
参考文献
[1]周慈航《单片机程序设计基础》北京：
北京航空航天大学出版社，2003
[2]方佩敏《智能化集成温度传感器原理与应用》北京：
电子工业出版社，2002
[3]张毅刚《单片机原理及应用》北京：
高等教育出版社，2008
[4]李道玲，李玲，朱艳《传感器电路分析与设计》武汉：
武汉大学出版社，2003
[5]刘笃人，韩保军《传感器及应用技术》西安：
西安电子科技大学出版社，2003
[6]陈小忠等《单片机接口技术实用子程序》北京：
人民邮电出版社，2005
[7]李群芳《单片机原理、接口及应用—嵌入式系统计数基础》北京：
清华大学出版社
附录：
器件清单
器件名称
器件数量
器件名称
器件数量
器件名称
器件数量
AT89C51
1
数码管
4
AT24C16
1
LED
1
电感
1
ULN2003
1
按键
9
晶振
1
4511
1
喇叭
1
20P电容
2
1Ω电阻
8
300Ω电阻
1
1u电解电容
6
10K电阻
8
10u电解电容
1
串行接口
1
DS18B20
8
MAX232
1
74LS151
1
0.1u电容
2
10K电阻
1
升级会员 