基于单片机的温度监控系统.docx
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基于单片机的温度监控系统
基于单片机的温度监控系统
摘要:
本次设计是单片机温度监控系统，改温度计可以实现数字显示被测温度，测量温度范围是-55～100℃，分辨率可以达到0.1℃，并且自带计时和时间显示功能，有高低两路限温控制功能，限温控制点可以在范围内自由设置，温度超过要求的温度，会自动报警。
关键字：
单片机温度传感器DS18B20
Abstract：
Thisdesignisadigitalthermometer,digitalthermometercandisplaythemeasuredtemperature,measurementtemperaturerange-55～100℃,Theresolutioncanreach0.1℃,andcomeswithtimeandtimedisplay,twohighandlowlimittemperaturecontrol,temperaturecontrolpointlimityoucan?
Freedomwithinthesettemperatureabovetherequiredtemperature,thealarmautomatically.
Keywords:
Thermometer,resolution,temperaturecontrol
引言
随着社会的发展和人类的进步，在生产生活中许多地方都需要温度监控，因此基于数字显示的温度监控系统应运而生，该系统具有方便快捷，易读，精确度高等优点，嵌入式系统的发展更是促进了为数字温度计的出现提供了强大的技术支持，本系统采用美国DALLAS生产的DS18B20可组网数字温度传感器进行温度采集，利用STC公司51系列单片机中的89C52作为控制模块，从而实现对温度的读取和控制输出，同时采用SMC1604液晶显示器作为输出显示，方便温度读取。
1.系统整体框图
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
系统构成：
传统的模拟信号温度计由于需要后续处理电路造成电路复杂，而且还具有测量不准确，测量精度低等缺点，本设计选用数字温度传感器DS18B20进行温度采集，单片机需要完成数据读取，温度检测，数据传送和过温报警。
2.控制模块
本模块对整个电路实现控制功能，本设计采用STC公司的89C52单片机作为数字温度计的“大脑”。
2.189C52RC简介：
89C52RC是深圳STC公司的国产芯片，它跟INTEL公司MCS-51系列单片机具有相同的接法和功能，是高性能的8位单片机，它内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
2.2主要功能特性：
·标准MCS-51内核和指令系统标准
·32个双向I/O口
·3个16位可编程定时/计数器
·向上或向下定时计数器
·6个中断源
·全双工串行通信口
·—帧错误侦测
·—自动地址识别
·空闲和掉电节省模式
·片内8kROM（可扩充64kB外部存储器）
·256x8bit内部RAM（可扩充64kB外部存储器）
·时钟频率3.5-12/24/33MHz
·改进型快速编程脉冲算法
·5.0V工作电压
·布尔处理器
·4层优先级中断结构
·兼容TTL和CMOS逻辑电平
·PDIP（40）和PLCC（44）封装形式
2.3管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
XTAL1：
警惕振荡器接入的一个引脚。
XTAL2：
晶体振荡器接入的另一个引脚。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，可用作通用I/O口和地址、数据总线。
P1口：
P1口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入、输出口。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口可用作通用I/O口和地址总线。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可用作通用I/O口，并且在不进行字节或位寻址时可用作第二功能使用。
P3口的第二功能各引脚定义如下：
P3.0RXD（串行输入口）；
P3.1TXD（串行输出口）；
P3.2/INT0（外部中断0）；
P3.3/INT1（外部中断1）；
P3.4T0（记时器0外部输入）；
P3.5T1（记时器1外部输入）；
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）；
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）；
RST：
复位输入。
ALE/PROG：
地址所存允许信号输出引脚/课编程脉冲输入引脚
/PSEN：
外部程序存储器选通信号输出引脚。
。
EA/VPP:
内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚
2.4本模块原理图
在实物制作中按下图进行电路焊接
仿真结果
3.温度采集模块
温度采集模块采用DS18B20数字温度传感器，本数字温度计采用由美国的DALLAS生产的DS18B20数字温度传感器，它具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，附加功能强的优点。
3.1DS18B20主要特性：
•全数字温度转换及输出。
•先进的单总线数据通信。
•最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
•12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
•可选择寄生工作方式。
•检测温度范围为–55°C~+125°C（–67°F~+257°F）
•内置EEPROM，限温报警功能。
•64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
•多样封装形式，适应不同硬件系统。
3.2DS18B20引脚功能：
•GND电源地
•DQ单数据总线数字信号输入/输出端
•VDD外接供电电源输入端
3.3内部结构及工作原理
3.3.1内部结构：
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。
3.3.2工作原理
DS18B20内部有两个晶振，分别是低温度系数晶振和高温度系数晶振低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
3.3.2.1暂存寄存器分布
寄存器内容
字节地址
温度值低位（LSByte）
0
温度值高位（MSByte）
1
高温限值（TH）
2
低温限值（TL）
3
配置寄存器
4
保留
5
保留
6
保留
7
CRC校验值
8
3.3.2.2ROM指令表
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）
符合ROM
55H
发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。
搜索ROM
0FOH
用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。
为操作各器件作好准备。
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。
适用于单片工作。
告警搜索命令
0ECH
执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。
3.3.2.3RAM指令表
指令
约定代码
功能
温度变换
44H
启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。
结果存入内部9字节RAM中。
读暂存器
0BEH
读内部RAM中9字节的内容
写暂存器
4EH
发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。
复制暂存器
48H
将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。
重调EEPROM
0B8H
将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。
读供电方式
0B4H
读DS1820的供电模式。
寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。
3.3.2.4温度分辨率设置表
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
0
0
9位
93.75ms
0
1
10位
187.5ms
1
0
11位
375ms
1
1
12位
750ms
3.4DS18B20的写/读操作
读写操作可以说是温度采集过程中最为重要的
3.4.1DS18B20的写操作
（1）数据线先置低电平“0”。
（2）延时确定的时间为15微秒。
（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。
（4）延时时间为45微秒。
（5）将数据线拉到高电平。
（6）重复上
（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
（7）最后将数据线拉高。
3.4.2DS18B20的读操作
（1）将数据线拉高“1”。
（2）延时2微秒。
（3）将数据线拉低“0”。
（4）延时15微秒。
（5）将数据线拉高“1”。
（6）延时15微秒。
（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
（8）延时30微秒。
3.5本模块原理图
根据下图方式焊接电路，注意18B20的正负极，共有三个引脚，该传感器为半圆形器件，辨别引脚时让其平的一面向上，从左至右依次为1、2、3引脚，分别接地，芯片和电源。
仿真结果
4.电平转换模块
在单片机与电源模块之间需要一个电平转换电路，本设计采用Max232芯片作为转换元件。
Max232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。
它包含2个驱动器、2个接收器、和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
如下图所以它共有16个引脚。
4.1引脚介绍
Max232可以分为三部分
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC（+5v）。
4.2主要性能特点
•符合所有的RS-232C技术标准
•只需要单一+5V电源供电
•片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-
•功耗低，典型供电电流5mA
•内部集成2个RS-232C驱动器
•内部集成两个RS-232C接收器
•高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。
5.输出显示模块
输出显示模块采用SMC1604A液晶显示器，SMC1604A是标准字符点阵型液晶显示模块，它采用点阵型液晶显示器，可显示16X4个西文字符，字符尺寸为2.954X4.75（WXH）mm，内置HD44780接口型液晶显示控制器，可与MCU单片机直接连接。
5.1接口信号说明：
5.2基本操作时序：
（1）读状态：
输入：
RS=L,RW=H,E=H输出：
D0～D7=状态字
（2）写指令：
输入：
RS=L,RW=L,D0～D7=指令码,E=高脉冲输出：
无
（3）读数据：
输入：
RS=H,RW=H,E=H输出：
D0～D7=数据
（4）写数据：
输入：
RS=H,RW=L,D0～D7=数据,E=高脉冲输出：
无
5.3状态字说明
5.4初始化设置
初始化设置分为显示模式设置和显示开/关及光标设置
（1）显示模式设置如下图
（2）显示开/关及光标设置
5.5初始化过程：
（1）写指令38H：
显示模式设置第一次
（2）延时3ms
（3）写指令38H：
显示模式设置第二次
（4）延时3ms
（5）写指令38H：
显示模式设置第三次
（6）延时3ms
（7）写指令38H：
显示模式设置第四次
（8）延时3ms
（9）写指令08H：
显示关闭
（10）写指令01H：
显示清屏
（11）延时3ms
（12）写指令06H：
显示光标移动设置
（13）写指令0CH：
显示开及光标设置
5.6控制器接口时序说明
（1）读操作时序
（2）写操作时序
5.7
LCD接线原理图
仿真结果
6程序流程图
7总结
系统整体电路图
仿真后整体结果
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在同学的帮助下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
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