温度监控系统项目方案.docx

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温度监控系统项目方案

项目实现方案

一、总体方案设计

1.1总体设计思路 

本设计以单片机为基础，温度监控系统大致上可以分为以下几个步骤：

1.1.1系统分析过程 

（1）根据系统的目标，明确所采用温度监控系统的目的和任务。

（2）确定系统所在的工作环境。

（3）根据系统的工作要求，确定系统的基本功能和方案。

1.1.2 系统设计内容   

（1）构思设计温度监控系统的工作流程。

（2）对要求设计的系统进行功能需求分析，考虑多种设计方案，比较各方案的特点，并确定合理可行的方案，并设计相应的功能结构。

（3）根据系统的控制要求，选择合适型号的芯片及元器件。

（4）设计以单片机为核心的控制程序。

（5）电路板及其结构的设计。

（6）进行系统的调试，完成最终的设计。

1.2总体设计方案设计

1.2.1 系统框图

1.2.2 系统功能 

 此设计以单片机为核心的温度监控系统，其功能是：

平常状态下可以做温度计使用。

二、系统的硬件结构设计

2．元器件的选择

2.1单片机的选择

方案一Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。

他的主要产品是16C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令,运行速度快,且以低价位著称，一般单片机价格都在1美元以下。

Microchip单片机没有掩膜产品，全部都是OTP器件（现已推出FLASH型单片机）。

Microchip强调节约成本的最优化设计，是使用量大，档次低，价格敏感的产品。

方案二采用STC89C52单片机作为系统的控制核心。

时钟功能采用用集成的时钟芯片来实现，可以使用液晶显示时间、日期，有着智能化的人机界面。

由于使用了单片机，整个系统可编程，系统的灵活性大大增加。

另外，本方案可以方便的实现其他功能的扩展，价格也相当乐观。

综上所述我们选择方案二。

2.2温度采集模块的选择

本部分主要是论证温度传感器的选型。

传感器的选择受到很多因素的影响，首先是各种温度传感器自身的优缺点，其次是各种不同的环境因素，还有就是系统所要求实现的精度等，所以在不同的设计当中温度传感器的选择也将不同。

方案一热电偶传感的原理是将温度变化转换为电势变化。

它是利用两种不同材料的金属连接在一起，构成的具有热电效应原理的一种感温元件。

其优点为精确度高、测量范围广、构造简单、使用方便，型号种类比较多且技术成熟等。

目前广泛应用于工业与民用产品中。

热电偶传感器的种类很多，在选择时必须考虑其灵敏度、精确度、可靠性、稳定性等条件。

方案二热电阻传感器的原理是将温度变化转换为电阻值的变化。

热电阻传感器是中低温区最常用的一种温度传感器。

它的主要特点是：

测量精度高，性能稳定。

其中铂热电阻的测量精度是最高的，不仅广泛应用于工业测温，而且被制作成标准的基准仪。

从热电阻的测温原理可以知道，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来表现的。

因此，热电阻的引出线的电阻的变化会给测温带来影响[9]。

为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线、显示仪表组成。

方案三半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。

这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处理电路等，与温度传感器部分集成在同一硅片上，体积小，使用方便，应用比较广泛的有AD590等。

IC温度传感器在微型计算机控制系统中，通常用于室温或环境温度的检测，以便微型计算机对温度测量值进行补偿。

方案四随着科学技术的不断进步和发展，新型温度传感器的种类繁多，应用逐渐广泛，并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式、多总线式发展[10]。

数字温度传感器，更因适合与各种微处理器的I/O接口相连接，组成自动温度控制系统，这种系统克服了模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端，被广泛应用于工业控制、电子测温、医疗仪器等各种温度控制系统中，数字温度传感器中比较有代表性的有DS18B20等。

电子设计中常用的几种温度传感器的性能、价格等的对比，如表2-1所示：

表2-1传感器对比表

传感器 AD590 PT100 DS18B20 

产地 美国 德国 美国 

量程 -50℃~+150℃ -200℃~+450℃ -55℃~+125 

精度±0.3℃ ±0.25℃ ±0.5℃ 

供电电压 +4V~+30V +13V~+36V +3.0V~+5.5V 

输出信号类型 模拟信号 模拟信号 数字信号

PT100与AD590都不能与单片机的I/O口直接相连，需要设计信号调理电路，A/D转换电路。

而DS18B20是数字温度传感器，并且采用单总线技术，使该传感器不但可以直接与单片机I/O口相连，并且只需要一个I/O就可以连接多个温度传感器，实现多点温度测量与控制。

所以使用数字温度传感器DS18B20不但可以节约单片机I/O口，还能使系统设计成本降低。

2.3时钟模块的选择

方案一用基本的门电路来搭建。

用基本的门店路来实现时钟发生器，电路结构复杂，故障系数比较大，不方便调试。

方案二使用时钟芯片。

目前市场上已有很多实现时钟的专用芯片，如DS12887、DS1302、DS1307等，芯片内都自带的时钟日历功能，给时钟系统设计带来很多的方便。

根据我们这次项目的需要，我在这次的设计中选用的DS1302时钟芯片来实现时间和日期的显示。

2.4显示模块的选择

方案一使用一般的显示数码管显示。

LED数码管是利用二极管发光显示数字和字母，具有亮度强、接口容易和价格优异的特点。

但是显示量有限不能满足我们这次的设计需求。

方案二采用液晶显示。

液晶显示具有现实汉字的特点，液晶显示有低功耗，小体积，重量轻，寿命长等优点。

而且可以满足我这次的设计需要，所以我在这次的设计中选择1602液晶显示。

2.5键盘模块的选择

方案一采用独立式按键电路。

每个键盘单独占用一个I/O端口，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用直接扫描方式。

但是占用的端口数较多。

方案二采用矩阵式键盘。

此类键盘是采用行列的扫描方式，当按键较多时可以降低占用I/O扣的数量。

综上所述选用方案二。

三、硬件电路

3.1电源部分如图所示：

 考虑到取电源的方便性，电路的电源部分采取了标准9V电源接口引入然后用LM7805集成稳压芯片稳压输出稳定5V电压的方案。

这种方案最大的好处是节省电源部分的体积，缺点则是无法透彻理解电源稳压的原理及实现方法。

3.2单片机最小系统电路：

该单片机是用AT89C52控制，简单方便。

选用的12M的晶振，这是最常用的选择，外接电容没有特别的要求，但是外界的电容大小会影响振荡器的频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此我们选用的是30p的电容位起振电容。

复位电路位按键低电平复位，当按键按下，RET端位高电平，当高电平持续的一定时间就可以是单片机复位。

这里尤其要注意的是晶振和电容的位置，它们距离单片机

引脚越短越好，因为太长可能无法是单片机起振。

另外是EA端一定要接上电源，是单片机能够工作。

3.31602显示没款的电路连接：

本电路采用了1602液晶显示，接口简单，控制方便。

由于本电路占用单片机的I/O口并不多，所以采用了并行接口方式。

由于本系统信息显示量大，所以我们选用LCD1602中文模块的液晶显示器。

该模块具有2.7~5.5V的宽工作电压范围，具有睡眠、正常机低功率工作模式，可满足系统的各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。

3.4DS18B20温度检测模块：

如图所示，温度传感器采用了DS18B20芯片，它的精确度非常高，完全满足设计需求。

集成温度传感器的数据接口直接与单片机的P1.0口相连,且需要加一个

 10K的上拉电阻。

3.51302时钟控制

本设计采用DS1302时钟芯片。

该芯片可以进行时分秒的计数，实时时钟就有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整等能力。

3.5键盘模块：

在本设计中采用的矩阵式键盘。

此类键盘是采用的行列扫描方式，当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目。

按照要求设计的是4*4的矩阵键盘。

3.7报警模块

报警系统是当温度达到一定温度的时候，单片机会控制蜂鸣器发出警报的声音。

四、电路的原理图

五、PCB图

电子11201班：

吴意

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