基于单片机的数字温度计设计Word文件下载.docx

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学生姓名：

摘要............................................................1

Abstract...........................................................2

摘要:

在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。

温度控制在生产过程中占有相当大的比例。

温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。

传统的测温元件有热电偶和热电阻。

而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。

本文采用一种相对比较简单的方式来测量。

本文介绍一种基于AT89S51单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0℃～+100℃，使用LCD液晶屏显示所测温度值，能实现温度报警，灵活地掌握温度变化情况。

论文详细介绍了软硬件系统的各部分组成，描述了集成温度传感器DS18B20的原理、AT89S51单片机功能和应用、液晶显示屏LCD1602的原理和显示控制过程。

该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

关键词：

温度测量；

单片机；

数字温度传感器

DesignofDigitalThermometerBasedonSCM

Abstract:

Indailylifeandindustrialproductionprocess,oftenusedinthedetectionandcontroloftemperature,temperatureistheproductionprocessandscientificexperimentsingeneralandoneoftheimportantphysicalparameter.Intheproductionprocess,inordertoefficientlycarryouttheproduction,tobeitsmainparameters,suchastemperature,pressure,flowcontrol,etc...Temperaturecontrolintheproductionprocessofalargeproportion.Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controlled,morematuretechnology.Traditionalthermocoupleandtemperaturecomponentsarethesecondresistor.Thethermocoupleandthermalresistancearegenerallymeasuredvoltage,andthenreplacedbythecorrespondingtemperature,thesemethodsarerelativelycomplex,requiringarelativelylargenumberofexternalhardwaresupport.Weusearelativelysimplewaytomeasure.

ThispaperdescribesaAT89S51microcontroller-basedtemperaturemeasurementandanalarmcircuit,thecircuitasthetemperaturemonitoringdeviceDS18B20,measuringrange0℃-~100℃,usingtheLCDdisplayofthemeasuredtemperaturevalues​,upperandlowertemperaturealarmcanbesetandflexiblecontrolthetemperaturechanges.Textgivesthesoftwareandhardwarefocusedonpartsofthesystemcomponents,introducestheprincipleofintegratedtemperaturesensorDS18B20,AT89S51microcontrollerfeaturesandapplicationsoftheprinciplesandLCD1602LCDdisplayprocess.Thecircuitdesignofnovel,powerful,simplestructure.

Keywords：

Temperaturemeasurement;

SCM;

DigitalTemperatureSensor　

第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业[1]。

传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。

温度是工业对象中的一个重要的被控参数。

近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。

由于单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途，所以本设计采用单片机作为核心控制元件。

1.2课题的设计目的

1.巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。

2.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

3.通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

1.3课题的主要工作

本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。

利用数字温度传感器DS18B20，此传感器能读取被测量温度值，进行转换。

课题要求如下：

1.温度测量基本范围0℃—100℃。

2.温度测量误差小于1℃。

3.采用LCD液晶显示温度测量值。

4.具有低温和高温报警提示功能。

1.4本文研究内容

数字温度计采用温度传感器，将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等[2]，这个电信号可以使用模数转换的电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。

这样就完成了数字温度计的基本测温功能。

本文是基于AT89S51单片机，采用数字温度传感器DS18B20，利用DS18B20不需要A/D转换，能直接进行温度采集显示，报警的数字温度计设计。

包括传感器数据采集电路，温度显示电路，报警提示电路，单片机主板电路等组成。

第2章系统概述

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。

2.1.1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[3]。

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，再对测量温度产生的变化电压或电流进行采集，经A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，利用显示电路，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[4]。

此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。

故输入硬件有手动复位键、A/D转换芯片，处理芯片是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。

图2.1热电偶温差电路测温系统框图

2.1.2方案二

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能很稳定，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控制工作，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。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进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MAX232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DS18B20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DS18B20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，超过限度后通过发光二极管报警。

同时处理后的数据送到液晶显示屏中显示。

2.3系统组成

本课题以89S51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体框图主要由主控制器、单片机复位、温度传感器、时钟振荡、液晶显示、报警提示组成。

系统框图如图2.2所示。

图2.2系统基本方框图

1.主控制器

单片机AT89S5