多路温度检测系统.docx
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多路温度检测系统
编号:
毕业论文（设计）
题目多路温度检测系统的设计
指导教师
学生姓名
学号
专业机械设计制造及其自动化
教学单位德州学院机电工程系（盖章）
二O一一年五月一日
德州学院毕业论文（设计）课题说明书
2010年12月20日
题目
多路温度检测系统的设计
指导教师
邓广福
职称
讲师
主要研究方向
机电工程
选题的主要目的和意义：
现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等，而这些场合需要进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快速、准确、可靠、经济、简单，这样就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的温度，多路温度检测系统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有广阔的市场前景。
国内外研究现状和发展趋势：
现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。
教学单位领导小组审批意见：
组长签名：
年月日
德州学院毕业论文（设计）任务书
2011年12月20日
院系
机电工程系
专业
机械设计制造及其自动化
姓名
俞国印
学号
200711705133
论文题目：
多路温度检测系统的设计
论文内容与要求：
该论文主要是研究多路温度检测系统的设计，对同一场所进行全方位的温度检测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发送给我们，这样就可以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设计的系统必须要快速、准确、可靠、经济、简单。
将这几方面要求统一于一整体系统，使多路温度检测的系统可行并有很大的市场潜力，这样就会有很好的发展前景。
根据系统的要求核心芯片选择STC89C52单片，温度检测芯片选择美国DALLAS半导体公司的DS18B20，DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，其能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，并且它是世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。
论文开始日期
2011年1月20日
论文完成日期
2011年5月1日
指导教师
教研室主任
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
2011年01月20日
院（系）
机电工程系
专业
机械设计制造及其自动化
姓名
学号
200711705133
论文（设计）题目
多路温度检测系统的设计
一、选题目的和意义
现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等，而这些场合需要我们进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快速、准确、可靠、经济、简单，这样就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的温度，多路温度检测系统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有广阔的市场前景。
二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势
现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。
三、课题设计方案
研究设计的基本内容和观点：
该设计主要是多路温度检测系统的设计，系统对同一场所进行全方位的温度检测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发送给我们，这样我们就可以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设计的系统必须要快速、准确、可靠、经济、简单。
根据系统的要求我们的核心芯片选择STC89C52单片，温度检测芯片选择美国DALLAS半导体公司的DS18B20，DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，其能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，并且它是世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。
用keil软件编写C51程序，C51语言与C语言有很大相似的地方，比汇编语言易于理解和编写且易于移植减少开发周期。
四、计划进度安排
毕业论文（设计）的进度计划：
2011.1.03-2011.1.15收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。
2011.1.16-2011.2.20进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。
2011.2.21-2011.3.17整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。
2011.3.18-2011.4.06根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。
2011.4.07-2011.4.25完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完善。
2011.4.26-2011.5.20提交论文定稿的电子版给导师，参加论文答辩。
2011.5.21论文答辩。
五、主要参考文献
参考文献：
[1]万君福等.单片机原理系统设计与开发应用[M].中国科学技术出版社,1995.1～5.
[2]何立民.单片机高级教程---应用与设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2000.56～59.
[3]Hnrain.单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用［EB/OL］，2008.
[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京.清华大学出版社,2000.84～90.
[5]求是科学.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].人民邮电出版社，2006.518～523.
指导教师意见及建议：
签名：
年月日
教学单位领导小组审批意见：
组长签名：
年月日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院（系）：
机电工程系专业：
机械设计制造及其自动化2011年4月07日
毕业论文题目：
多路温度系统的设计
学生姓名
学号
200711705133
指导教师
职称
讲师
计划完成时间：
2011年5月20日
毕业论文（设计）的进度计划：
2011.1.03-2011.1.15收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。
2011.1.16-2011.2.20进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。
2011.2.21-2011.3.17整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。
2011.3.18-2011.4.06根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。
2011.4.07-2011.4.25完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完善。
2011.4.26-2011.5.20提交论文定稿的电子版给导师，参加论文答辩。
2011.5.21论文答辩。
完成情况：
到目前为止下文内容的详细资料已基本整理完成，现在正进一步的收集更多相关的资料，并加以分析与整理，按设计要求理清设计思路，依据评阅后的开题报告和设计任务书上老师给出的指导意见，在老师的指导帮助下开始撰写论文初稿。
指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）
签名：
年月日
备注：
目录
摘要及关键词1
1引言1
1.1研究背景1
1.2发展现状与趋势2
2硬件电路设计2
2.1总体设计2
2.2电源电路设计3
2.3复位电路设计4
2.4时钟电路设计4
2.5串口通信设计5
2.6移位寄存器电路设计6
2.7数码管显示电路设计7
2.8温度传感器电路设计9
3软件设计14
4结果及结论22
5总结25
参考文献26
谢辞28
附录一系统总的电路原理图29
附录二获得ROMID程序30
附录三系统总程序33
多路温度检测系统的设计
（德州学院机电系，山东德州253023）
摘要：
现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如粮库、锅炉等，本设计主要是研究多路温度检测系统的建立及应用。
多路温度检测系统有快速、准确、可靠、经济、简单的要求，因此选择STC89C52为核心控制芯片；传感器选用DS18B20芯片，该芯片包含一个特定的序列号，多芯片可以通过一根总线相连；显示部分采用数码管，考虑到单片机的引脚有限，用移位寄存器74HC595驱动数码管；电源部分用到LM7805稳压芯片，使系统的电压更加稳定；用串口向单片机下载程序，电平转换芯片用MAX232。
最后由实验所测温度范围为-55°C～125°C在-10°C～+85°C范围内,精度为±0.5°C，满足设计要求。
关键词：
多路温度检测；STC89C52单片机；DS18B20温度传感器
1引言
1.1研究背景
目前一些需要严格控制环境温度的重要场所越来越多比如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉、还有计算机房等。
在这些场合一般都需要设置温度监控系统，以期起到保护特定资产或者确保系统平稳运行的效果。
此外在隧道、铁路、地铁、机场、船舱等交通运输领域和油罐、煤仓、货仓、军工厂，弹药库等危险品区域，温度监控通常是最基本的环境监测元素。
现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合KTV、宾馆、大型超市、粮库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
凡是与控制或简单计算有关的电子设备都可以单片机来实现。
现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机[1]。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DS18B20支持一线总线接口，一根线可以控制多个DS18B20，节约单片机有限的引脚[2]。
1.2发展现状与趋势
一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。
这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
温度传感器的发展会越来越集成化数字化[3]。
2硬件电路设计
2.1总体设计
要建一个稳定的系统首先要设计一个可靠的硬件系统，在构建硬件系统时，我们根据系统要求来选择合适的单片机芯片、温度传感器等。
为了便于设计先设计一硬件布局方框图，在这里先设计含有两个温度传感器系统，电路原理图见附录一，硬件框图如图1所示。
含有三个温度传感器或更多的传感器设计与上图类似。
图1硬件框图
STC89C52是我们的核心控制芯片，负责温度数据的采集及驱动控制周围的硬件部件；图1中的DS18B20是两个温度传感器，它们组成了一个两器件的单线总线，这两个传感器有不同的ROMID，可以使STC89C52单片机互不干扰的控制各个传感器；74HC595是8位移位寄存器，实际上也就是串行数据转并行数据，可以节约单片机的有限引脚资源；显示部分用数码管，因为数码管易于控制并且经济实用；STC系列的单片机支持串口下载程序，因此在此系统采用串口下载程序，MAX232是电平转换芯片；设计了一个电源部分，因为系统要用一个稳定的电压，该部分用到了LM7805稳压芯片，使系统有可靠的电压，增加系统的可靠性。
2.2电源电路设计
电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。
故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端电路图。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V，我们选择7805电路原理图如图2所示。
图2电源电路原理图
电源部分一路通过三端稳压芯片LM7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，右边两个电容是5伏电源的滤波电容，电阻和绿色的LED组成5伏电源的工作指示电路，只要电源部分正常，绿色的LED1就会点亮，我们可以根据这个LED来判断整个电源部分是否工作正常。
2.3复位电路设计
复位是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使单片机复位。
复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。
上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为RST。
这种复位电路的工作原理是：
通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。
手动复位：
首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，正常工作，电路原理图如图3所示。
图3复位电路硬件电路图
2.4时钟电路设计
石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：
从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的，图4是晶振的电路原理图。
图4时钟电路图
2.5串口通信设计
串行接口SerialInterface是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。
串行通讯的特点是：
数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但送速度慢。
串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种[4]。
STC系列单片机支持在线编程，使用串口是可以烧写芯片的，但是和PC计算机的串口连接时需要硬件电路和软件的配合。
硬件电路需要电平转化，可以用MAX232芯片，电路图如图5所示。
图5串口电路
2.6移位寄存器电路设计
图674595外形图
移位寄存器用的是74HC595，其数据端：
Q0—Q7:
八位并行输出端，可以直接控制数码管的8个段。
Q7′:
级联输出端。
我将它接下一个595的DS端。
DS:
串行数据输入端。
外形如上图6。
74595的控制端说明：
（10脚）:
低点平时将移位寄存器的数据清零。
通常我将它接Vcc。
SH_CP（11脚）：
上升沿时数据寄存器的数据移位。
Q0-->Q1-->Q2-->...-->Q7；下降沿移位寄存器数据不变（脉冲宽度：
5V时，大于几十纳秒就行了。
我通常都选微秒级）。
ST_CP（12脚）：
上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。
通常我将ST_CP置为低点平，当移位结束后，在ST_CP端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。
我通常都选微秒级），更新显示数据。
（13脚）:
高电平时禁止输出（高阻态）。
如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。
比通过数据端移位控制要省时省力。
74595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。
这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感[5]。
图7时序图
根据时序图7可以编写程序控制芯片。
2.7数码管显示电路设计
单片机系统中常用的显示器有：
发光二极管LED（LightEmittingDiode）显示器、液晶LCD（LiquidCrystalDisplay）显示器、CRT显示器等。
LED、LCD显示器有两种显示结构：
段显示（7段、米字型等）和点阵显示（5×8、8×8点阵等），在此用应用LED显示器。
共阴极共阳极
图8数码管电路
使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法如图8。
为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。
七段数码管加上一个小数点，共计8段（共阳极不带小数点编码见表2，共阳极带小数点编码见表3）。
因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。
表1共阳极不带小数点编码
编码
0xc0
0Xf9
0xa4
0xb0
0x99
0x92
0x82
0xf8
0x80
0x90
0x88
0x83
0xc6
0xa1
0x86
0x8e
0x00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
无显示
表2共阳极带小数点编码
共阳极数码管编码表
0x40
0x79
0x24
0x30
0x19
0x12
0x02
0x02
0x78
0x00
0x10
0x08
0x03
0x46
0x21
0x06
0x0e
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
A.
B.
C.
D.
E.
F.
无显示
LED显示器工作方式有两种：
静态显示方式和动态显示方式。
静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。
当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。
这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。
缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。
动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。
选亮数码管采用动态扫描显示。
动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。
这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。
选亮数码管采用动态扫描显示。
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。
动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的[6]。
电路的开关控制选用的是三极管，三极管有NPN型和PNP型两种型号，系统选的是共阳极的数码管，51单片机的引脚复位时都处于1即高电位，因此应选PNP型的三极管有利于实现控制，在默认状态下数码管是不会亮的，在这里我们选择的三极管的型号为S8550。
2.8温度传感器电路设计
（1）内部原理结构
图9内部结构
DSl8B20通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度，而门开通期由高温度系数振荡器决定。
计数器予置对应于-55℃的基数，如果在门开通期结束前计数器达到零，那么温度寄存器也被予置到-55℃的数值增量，指示温度高于-55℃。
同时，计数器用斜率累加器电路所决定的值进行予置。
为了对遵循抛物线规律的振荡器温度特性进行补偿，这种电路是必需的。
时钟再次使计数器计值至它达到零，如果门开通时间仍未结束，那么此过程再次重复[7]。
DS18B20有4个主要的数据部件（图9）：
①DS18B20的ROM
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的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是：
开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20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的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的，因此多个DSl8B20可以存在于同一条单线总线上。
这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。
此特性的应用范围包括HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测[8]。
②DS18B20的RAM
DS18B20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0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位如表3。
表3DS18B20温度值格式表
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
低位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
Bit15
Bit14
Bit13
Bit12
Bit11
Bit10
Bit9
Bit8
高位
S
S
S
S
S
26
25
24
这是12位转化后得
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