无线巡回温度检测系统的设计与制作.docx

无线巡回温度检测系统的设计与制作.docx

《无线巡回温度检测系统的设计与制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线巡回温度检测系统的设计与制作.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无线巡回温度检测系统的设计与制作

摘要

本课题主要介绍基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的多点温度测量系统。

该系统利用AT89C51单片机分别采集各个温度点的温度，实现温度显示、报警等功能。

它以AT89C51单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现多路温度的检测,测量精度可以达到0.5℃。

该系统采用了LCD1602A液晶显示模块，LCD1602A作为显示器,形象直观的显示测出的温度值。

本文首先在绪论中介绍了此系统的背景以及功能。

第二章确定设计方案。

在第三章论述了总体的设计过程，确定了技术指标及器件的选择并且描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性。

第四章重点剖析了软件设计的过程。

最后一章中具体论述了系统的调试软件及调试中出现的问题。

基于AT89C51单片机的单总线多点温度测控系统具有硬件组成简单、多点温度检测、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。

在此主要研究AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的搭配测温系统。

关键词：

数字温度传感器，AT89C51单片机，单总线，ＰＴＲ２０３０无线收发模块

Abstract

TheproblemintroducesAT89C51monolithicmachineandtheDS18B20figuretemperaturesensor-basedmultiplespottemperaturemeasurementsystemmainly.AT89C51singlechipusingthesystemwerecollectedatvarioustemperaturesofthetemperature,temperaturedisplayandalarmfunctions.ItAT89C51MCU-basedcontrolchip,digitaltemperaturesensorDS18B20therealizationofmulti-channeltemperaturedetection,measurementaccuracycanreach0.5℃.ThesystemusesLCD1602Aliquidcrystaldisplaymodules,LCD1602Aasadisplay,thedisplayofvisualimagestomeasurethetemperature.Thisarticlefirstdescribedintheintroductionofthissystem,aswellasbackgroundfeatures.Thesecondchaptertodeterminethedesign.Inthethirdchapterdiscussestheoveralldesignprocesstodeterminethetechnicalspecificationsandthechoiceofdevicesandadescriptionofthehardwarecircuitdesign,hardwaredesignanddiagramusedinavarietyoffeaturesandfunctionsofthechip.ChapterIVanalyzesthekeysoftwaredesignprocess.Thefinalchapterdiscussesthespecificsystemdebugginganddebugsoftwareproblems.AT89C51singlechipbasedonsingle-busmulti-pointtemperaturemeasurementandcontrolsystemwithsimplehardwarecomponents,multi-pointtemperature,easyreading,high-accuracy,widetemperaturerange,andothercharacteristicsoftheactualprojectsarewidelyused

Keywords：

digitaltemperaturesensor,AT89C51singlechip,single-bus，WirelessTransceiverModules

1绪论

21世纪，科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。

我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的一个主流，广泛地深入到研究和应用工程的各个领域。

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，是国际单位制七个基本量之一。

温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。

其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。

随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。

分布式温度传感器在电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑、航空、航天飞行器等有着重要的应用前景，引起研究人员的广泛关注。

近年来，已经有不少分布式温度传感器的报道，包括基于光纤非线性效应的拉曼温度传感器等，但由于其昂贵的成本而无法得到广泛的应用。

本设计使用了美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器DS18B20,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点。

工作时由控制信号进行具体测量点识别,这使得布线工作大大简化,可以方便地构成多传感器测量网络。

此外与传统的热敏电阻传感器相比,DS18B20具有更高的测量精度。

所以，相对于传统温度传感器而言,DS18B20数字温度传感器具有更高的经济性、灵活性、抗干扰性和精确度,在科学研究和生产实际中得到了广泛的应用。

随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。

伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机来代替人工测量,这样既省时又省力。

无线收发模块ＰＴＲ２０３０就是一种超小型、超低功耗、高速率的无线数传ＭＯＤＥＭ。

它采用串口传输，应用及编程非常简单，传送的效率很高，而且所需的外围元件少，产品开发成本低，功耗低，管脚少，封装小，因而有利于减小ＰＣＢ板面积和降低成本。

ＰＴＲ２０３０由单ＩＣ组合而成，它采用ＦＳＫ调制，而且接收发射合一，因而抗干扰能力很强；由于采用标准的ＤＩＰ引脚间距，因此更适合嵌入式设备。

另外，它采用低发射功率、高灵敏度设计，可满足无线管制的要求且无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择

本设计是心AT89C51为单片机作为控制核心，提出了一种基于DS18B20的单总线多点温度测控系统，多个温度传感节点通过单总线与单片机相联形成分布式系统。

单片机通过实时监控温度的变化，通过LCD1602字符型液晶显示各节点温度的数值，当温度值超出所设定的值时，报警器开始报警，从而远程实现对整个温度系统的管理和控制。

这种分布式温度测量系统具有成本低廉、传感精度高、系统稳定、易于管理等优点。

在此只讨论AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的搭配测温系统。

2系统方案设计

2.1方案设计

方案一：

该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、4×4键盘、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。

本方案采用模拟温度传感器AD590作为测温元件，传感器将测量的温度变换转换成电流的变化，再通过电路转换成电压的变化，使用运算放大器交将信号进行适当的放大，最后通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传给给单片机，单片机将温度值进行处理之后用LCD显示，当温度值超过设置值时，系统开始报警。

如图1-1所示:

图1-1方案一温度测量系统方案框图

方案二：

该方案使用了AT89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行检测，通过4×4键盘模块对温度进行上、下限设置，超过其温度值就报警。

显示电路采用LCD1602模块，使用8550三极管为中心组成的报警电路。

如图1-2所示

图1-2方案二温度测量系统方案框

2.2方案论证

方案一采用模拟温度传感器，转换结果需要经过运算放大器和AD转换器传送给处理器。

它控制虽然简单，但电路复杂，不容易实现对多点温度进行测量和监控。

由于采用了多个分立元件和模数转换器，容易出现误差，测量结果不是很准确，因此本方案并不可取。

方案二采用智能温度传感器DS18B20，它直接输出数字量，精度高，电路简单，只需要模拟DS18B20的读写时序，根据DS18B20的协议读取转换的温度。

此方案硬件电路非常简单，但程序设计复杂一些，但是在课外对DS18B20、字符型液晶显示、4×4键盘的程序有所了解，而且曾经在网上看到过此类程序程序设计，并且我们已经使用开发工具KEIL用C语言对系统进行了程序设计，用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真，达到了预期的结果。

由此可见，该方案完成具有可行性，体现了技术的先进性，经济上也没有任何问题。

综上所述，本课题应当采用方案二对系统进行设计。

3系统设计

3.1工作原理

基于单片机的单总线多点温度测控系统以AT89C51为中心器件，以KEIL为系统程序开发平台，用C语言进行程序设计，以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。

系统主要由温度传感器电路、液晶显示电路、键盘电路、报警电路组成，电路原理图如附录一所示。

DS18B20是智能温度传感器，它的输入/输出采用数字量，通过单总线，接收主机发送的命令，根据DS18B20内部的协议进行相应的处理，将转换的温度数值以串口形式发送给主机。

主机按照通信协议用一个IO口模拟DS18B20的时序，发送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）给DS18B20，并读取温度值，在内部进行相应的数值处理，用字符型液晶模块显示各点的温度。

在系统启动之时，可以通过4×4键盘设置各点温度的上限值和下限值，当某点温度超过设置值时，报警器开始报警，从而实现了对各点温度的实时监控。

每个DS18B20有自己的序列号，因此本系统可以在一根总线上挂接了4个DS18B20，通过CRC校验，对各个DS18B20的ROM进行寻址，地址符合的DS18B20才作出响应，接收主机的命令，向主机发送转换的温度。

采用这种DS18B20寻址技术，使系统硬件电路更加简单。

DS18B20虽然有测温简单的特点,但在实际应用中应注意一下几点:

（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写.

（2）在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。

当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注