基于DS18B20的多点温度测量系统的设计与制作.doc

基于DS18B20的多点温度测量系统的设计与制作.doc

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基于DS18B20的多点温度测量系统的设计与制作

学院：

专业：

姓名：

指导老师：

信息学院

测控技术与仪器

刘慧灵

学号：

职称：

080107011039

安玉磊

助教

中国·珠海

二○一二年五月

北京理工大学珠海学院2012届本科生毕业设计

诚信承诺书

本人郑重承诺：

本人承诺呈交的毕业设计《基于DS18B20的多点温度测量系统的设计与制作》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：

日期：

年月日

基于DS18B20的多点温度测量系统的设计与制作

摘要

本文介绍了基于DS18B20和STC89C52RC的多点温度测量的方法和原理，利用DSI8B20单总线温度传感器和单片机与其它外围设备结合在一起实现温度的测量和显示。

该设计主要分为以下三大部分：

硬件设计、软件设计和整个系统的调试与实现。

其中硬件设计主要是由Protel99SE软件进行电路的设计和PCB板的绘制；软件设计采用C语言编写实现。

采用该解决方案，实现了基于DS18B20进行的各项软硬件的设计、调试和处理，实现了多点温度测量和显示。

关键词：

温度测量；硬件；软件；温度传感器DS18B20

DesignandFabricationofMulti-pointTemperatureMeasuringSystemBasedonDS18B20

Abstract

Thisarticledescribesthemulti-pointtemperaturemeasurementmethodandprinciplebasedonDS18B20andSTC89C52RC，themeasurementanddisplayofthetemperaturesareachievedbymakinguseofthecombinationofthe1-wiretemperaturesensorDS18B20andtheMCUandotherperipherals．Thedesignismainlydividedintothethreepartsasfollows：

thehardwaredesign，thesoftwaredesignandthedebuggingandimplementationoftheentiresystem．Amongthedesign，thehardwaredesignmainlyisofcircuitsdesigningandPCBdrawingbymeansofProtel99SEsoftwareandthesoftwaredesignisrealizedbyusingClanguageprogramming．TheDS18B20baseddesign，debugginganddisposeoftheallsoftwareandhardwareitemsandeventhemulti-pointtemperaturemeasuringanddisplayinghavebeenrealizedbyadoptingthesolution．

Keywords:

TemperatureMeasurement;Hardware;Software;TemperaturesensorDS18B20

II

目录

1绪论 1

1.1概述 1

1.1.2DS18B20温度传感器简介 1

1.1.3STC89C52RC单片机简介 3

1.1.4LCD1602液晶显示屏简介 4

1.1.5KEIL编程软件简介 5

1.2系统方案设计 5

1.3预期结果 6

2DS18B20温度传感器概述 7

2.1DS18B20接口电路 7

2.2DS18B20工作原理 7

2.3DS18B20工作时序 10

3硬件电路设计 14

3.1单片机驱动电路设计 14

3.2温度显示模块电路设计 15

3.3温度测量模块电路设计 16

3.4温度报警电路设计 17

3.5系统硬件电路设计 18

3.6小结 20

4软件程序设计及调试 21

4.1系统软件程序设计 21

4.2系统软件程序调试 22

4.2.1LCD1602的显示程序调试 22

4.2.2DS18B20的测量温度程序调试 24

4.2.3声响及视觉报警信号程序调试 28

4.3多点温度测量系统总程序调试 30

4.4小结 41

5结论 42

参考文献 43

谢辞 44

附录 45

附录1 45

附录2 46

附录3 58

附录4 59

1绪论

本章主要讨论本课题研究的现状及意义，设计选用的主要元器件简介及系统的设计及实现方案。

1.1概述

简述温度测量选用的传感器、单片机、显示元件及仿真软件。

1.1.1课题研究的现状及意义

在实际工业生产及日常生活中，为了避免局部的温度过高或过低，需要对某个空间内多个点的温度进行监测，如在粮库测温系统、智能建筑自控系统、冷库测温系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量。

为了改善监测人员的工作条件，监测人员一般需要远离监测对象。

因此，多点温度远程监测在实际生产中具有重要的应用价值。

1.1.2DS18B20温度传感器简介

DS18B20是Dallas半导体公司的数字化温度传感器，DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。

它的测温范围为-55～＋125℃，并且在-10～＋85℃精度为±0.5℃。

除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。

每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，从而允许多只DS18B20同时连在一根单线总线上；因此，很简单就可以用一个微控制器去控制很多覆盖在一大片区域的DS18B20。

这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。

图1.1是DS18B20的引脚排列，表1.1是DS18B20的引脚说明，图1.2是DS18B20的方框图。

64位只读存储器储存器件的唯一片序列号。

高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。

除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的的配置寄存器。

配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11或12位。

TH，TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。

因为DALLAS公司生产的温度传感器DS18B20具有单总线传输、接线简单、精度高、价格低等优点，所以本设计决定选用数支温度传感器DS18B20实现多点温度的测量。

图1.1温度传感器DS18B20引脚排列

表1.1温度传感器DS18B20引脚说明表

DS18B20引脚详细说明

8引脚SOIC封装*

T0-92封装

符号

说明

5

1

GND

接地。

4

2

DQ

数据输入/输出引脚。

对于单线操作：

漏极开路。

当工作在寄生电源模式时用来提供电源。

3

3

VDD

可选的VDD引脚。

工作于寄生电源模式时VDD必须接地。

*所有表中未提及的脚均都无连接。

图1.2温度传感器DS18B20方框图

1.1.3STC89C52RC单片机简介

STC公司生产的RC/RD+系列单片机内部Flash擦写次数为100,000次以上，STC89C51RC/RD+系列单片机出厂时就已完全加密，无法解密。

用户程序是用ISP/IAP机制写入，一边校验一边写，无读出命令，彻底无法解密。

有DIP-40，PLCC-44，PQFP-44三种封装（PLCC、QFP有P4口）。

STC89C52RC/RD+系列单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

因此本设计选用STC公司的DIP-40封装的89C52单片机，它最大的优点是焊接方便、价格便宜，同时也有足够的存储空间。

图1.2本设计选用的STC89C52单片机管脚图

1.1.4LCD1602液晶显示屏简介

工业字符型液晶LCD1602，能够同时显示16×02即32个字符（16列2行）。

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚），两者的控制原理完全一样，其接口及引脚说明请看附录3。

因此，本设计决定采用16脚的LCD1602作为温度显示的显示装置，它相对LED数码管来说，接线不算太复杂，多点温度显示时还能显示每个点的英文名称，而且它的显示程序相对数码管来说并不复杂，能让系统的显示模块有很大的发展空间。

1.1.5KEIL编程软件简介

KeilμVison系列是美国KeilSoftware公司推出的51系列兼容单片机软件开发系统。

μVison3是集成的可视化Windows操作界面，其提供了丰富的库函数和各种编译工具，能够对51系列单片机以及和51系列兼容的绝大部分类型的单片机进行设计。

KeilμVison系列可以支持单片机C51程序设计语言，也可以直接进行汇编语言的设计与编译。

KeilμVison系列是一个非常优秀的编译器，受到广大单片机设计者的广泛使用。

其主要特点如下：

（1）支持汇编语言、C51语言等多种单片机设计语言；

（2）可视化的文件管理，界面友好；

（3）支持丰富的产品线，除了51及其兼容内核的单片机外，还新增加了对ARM内核产品的支持；

（4）具有完善的编译连接工具；

（5）具备丰富的