基于单片机的温度检测课程方案设计书.docx
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基于单片机的温度检测课程方案设计书
在现代的工业生产和人们的日常生活中，温度，压力，物位，流量都是很重要的影响因素，而对温度的检测及对其的控制的精确高低在很大程度上影响了产品的稳定性和人们的生活。
在流量，压力，等物理量的测量中，温度也是一个十分重要的影响量。
因此，实现准确的温度测量，具有十分重要的意义。
我采用了由DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，它具有独特的单线总线接口方式，本论文详细的介绍了单线数字温度传感器DS18B20的测温原理，内部结构，特性，以及在温度测量中的硬件设计，简单的涉及了软件设计。
其中硬件电路主要包括主控制器，测温电路显示电路和报警电路等，系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序和显示数据子程序等。
该温度计具有接口简单，精度高，抗干扰能力强，工作稳定可靠等特点。
关键词：
温度传感器DS18B20AT89C52动态扫描过限报警
目录
引言…………………………………………………………………1
一．系统原理及原理图……………………………………………1
1.系统原理………………………………………………………1
（1）温度检测…………………………………………………………1
（2）显示控制…………………………………………………………1
（3）温度显示…………………………………………………………2
2.系统原理图……………………………………………………2
二．温度传感器设计………………………………………………2
1.DS18B20简介…………………………………………………2
2.DS18B20内部结构……………………………………………3
3.DS18B20温度传感器的存储器………………………………4
4.DS18B20工作时序……………………………………………5
三．控制系统………………………………………………………6
1.单片机实现控制功能…………………………………………6
2.单片机AT89S52电路图………………………………………6
四．显示及声光报警电路…………………………………………7
1.显示……………………………………………………………7
2.声光报警………………………………………………………7
五．系统总电路图…………………………………………………8
六．总结……………………………………………………………9
体会…………………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………11
引言
为了让我们更加深刻的了解并掌握老师课堂上所讲述的知识，提高动手动脑的能力，拓展视野，进行了本次热工仪表课程设计。
我们所选的课题是温度检测，温度是一种基本的环境参数，人们的生活，生产与环境的温度息息相关。
在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开的测量，因此研究温度的测量方法和装置也有重要意义。
测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：
①传统的分立式温度传感器，②模拟集成温度传感器，③智能集成温度传感。
目前，国际上新型温度传感器正式从模拟式转向数字式，从集成化向智能化，网络化的方向飞速发展。
本论文将介绍智能集成温度传感DS18B20的结构特征及控制方法，以及与单片机相结合的完整的温度检测控制系统。
一．系统原理及原理图
1．系统原理
该数字温度检测系统有三部分组成：
温度检测，显示控制，温度显示。
（1）温度检测
该模块由DS18B20负责对测试点的温度进行测量，单片机89C52对DS18B20进行控制。
由于DS18B20只有一根数据线，所以系统中的数据交换，控制都由这根线完成，只需将DS18B20挂接到单片机的一个数据接口就可以直接使用。
（2）显示控制
由于DS18B20是通过单总线方式与单片机进行通讯的，所以对程序编写的要求比较高。
主要的程序流程是这样的：
首先由单片机发出对DS18B20进行初始化的信号，在DS18B20初始化成功后，发送指令CC跳过读序列号的操作，接着发送指令44启动温度转换，此时在对DS18B20进行初始化，在发送指令CC跳过读序列号操作，最后发送指令BE读暂存存储器。
至此完成一个周期，当前温度值所对应的二进制编码已经被保存在DS18B20的ROM上，我们只需将ROM上的温度值读取出来，然后转换成相应的十进制，就可以拿来做后面的运算和显示了。
（3）温度显示
这部分模块由四位八段共阳极的数码管组成，段选部分直接与单片机相连。
2.系统原理图
数字温度电路设计总体设计框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用八位LED数码管以并口传送数据实现温度显示。
图1系统原理图
二．温度传感器设计
1.DS18B20简介
DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20，体积小、适用电压更宽、更经济。
Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820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感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
DS18B20测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量。
DS18B20可以通过程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。
分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。
DS18B20产品的特点：
①只要求一个端口即可实现通信。
②在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
③实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
④测量温度范围在－55。
C到＋125。
C之间。
⑤数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
⑥内部有温度上、下限告警设置。
2.DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。
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。
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。
DS18B20的管脚排列如图2:
图2DS18B20的管脚排列
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。
表1:
DS18B20温度值格式表
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
表2:
DS18B20温度数据表
3.DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。
第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。
第六、七、八个字节用于内部计算。
第九个字节是冗余检验字节。
表3：
DS18B20暂存寄存器分布
DS18B20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
配置寄存器该字节各位的意义如下：
表4：
配置寄存器结构
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，分辨率设置表:
表5：
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
4.DS18B20工作时序
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
表6为发送存储器的指令表：
表6：
ROM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
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。
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。
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DS182发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。
三．控制系统
1.单片机实现控制功能
本次的数字温度检测能够实现温度显示，温度上、下限以及上下限的调整。
（1）按下键S2，显示当前温度和温度上限设定值，并且在3秒的有效时间内可以用键S3减小设定温度上限，键S4可增加上限值。
最后一次按下按键后3秒自动返回主显示界面。
（2）按下键S4，显示当前温度和温度下限设定值，并且在3秒的有效时间内可以用键S2减小设定温度上限，键S3可增加上限值。
最后一次按下按键后3秒自动返回主显示界面。
（3）温度小于温度下限或者高于温度上限，产生声光报警。
2.单片机AT89S52电路图
这个模块的电路由AT89S52，时钟电路，复位电路组成。
时钟电路用于产生单片机工作时所必须的时钟控制信号。
单片机的内部电路的时钟信号控制下，严格的按时序执行指令进行工作。
在执行指令时，CPU首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。
复位是单片机的初始化操作，只需给单片机复位引脚RST加上大于2个周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。
复位时，PC初始化位0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键RST引脚为高电平使单片机重新启动。
图3单片机电路图
四．显示及声光报警电路
1.显示
本次设计的显示采取四位八段数码管与单片机直接相连，由单片机控制数码管的显示，并由按键控制数码管的显示方法，以及数值调整
2.声光报警
声光报警电路由蜂鸣器和发光二极管组成，当温度超过上限，或者低于下限时，蜂鸣器会发出鸣叫，二极管发光。
图4显示和声光报警电路
五．系统总电路图
图5数字温度检测电路
六．总结
这次的课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时上课有些溜号，而且以前对课程设计没什么经验，所以刚开始的时候有一些手忙脚乱，不知从何入手。
但是在老师和同学的共同努力下，我顺利的完成了设计。
现在回想一下，在短短的几天中，我们每一天都是很累的，想抄抄或者自己胡乱编，蒙几个数据上去来骗骗老师都不行，因为我们每一个模块都要有根有据。
虽然困难很多，但是我都进了最大的努力去克服，然而还是难免有些疏忽和遗漏的地方。
通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面，课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。
通过这次的课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。
而且也让我明白了，学习是一个长期积累的过程，在以后的工作，生活中都应该不断地学习，努力提高自己的知识和综合素质。
体会
热工测量仪表作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课没什么兴趣，觉得和上学期的传感器的课程没什么区别，但是通过半个学期的学习和这次的课程设计，发觉自己对检测的兴趣越来越浓。
经过四天的学习，我们从图书馆和网络上查找资料，熟悉题目，设计几套方案并进行比较分析，编程整理设计。
四天忙碌的过来了，虽然时间紧迫，但是我们仍然按时的完成了这次的课程设计，因此对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队的合作。
现在想来，学校安排的课程设计有着他更深层的意义，他不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道啦一个团队凝聚在一起时所发挥出的巨大潜能。
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次模具设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在此感谢我们的王老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
参考文献：
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