基于單片機的防水型溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于單片機的防水型溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)基于單片機的防水型溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)摘 要：本文設計了一種由STC89C52單片機和防水溫度傳感器構成的溫度智能監(jiān)控系統(tǒng)，溫度信號由防水型溫度傳感器DS18B20采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。本文介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、PC機與單片機串口通信電路和一些接口電路 。單片機通過對信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。本文還著重介紹了軟件設計部分，在這里采用模塊化結構，主要模塊有：液晶顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、超溫報警程序。本設計具有顯示直觀、讀取方便、電路簡潔、功能多樣等諸多優(yōu)點，可應用于多

2、種平臺，具有廣闊的市場前景。關鍵詞：STC89C52 防水型溫度傳感器 串口通信 溫度控制 DS18B20Waterproof Microcontroller-based Temperature Intelligent Monitoring SystemAbstract：Designed a the STC89C52 microcontroller and the water temperature sensor temperature intelligent control system, the temperature signal collected by the water tempe

3、rature sensor DS18B20, and the way of a digital signal sent to the microcontroller. This article describes the hardware part of the control system, including: temperature detection circuit, the temperature control circuit, the PC and the microcontroller serial communication circuit and a number of i

4、nterface circuits. MCU through signal processing in order to achieve the purpose of temperature control. The article also focuses on software design, modular structure, where the main modules are: LCD program, scanning the keyboard and key processes, the temperature signal handler, over-temperature

5、alarm program. This design with intuitive, easy to read display, simple circuit, functional diversity and many other advantages, can be applied to multiple platforms, and has broad market prospects.Keywords: STC89C52 water temperature sensor serial communication temperature control DS18B20目錄1 緒論31.1

6、溫度控制研究的現(xiàn)狀31.2溫度控制研究的意義32 方案論證42.1 系統(tǒng)總體方案論證42.2 顯示器件的選擇52.3 串行通信方案論證63 系統(tǒng)硬件電路設計73.1 總體硬件電路設計73.2 單片機主控制電路設計83.2.1 單片機概述83.2.2單片機與單片機系統(tǒng)9 3.2.3 MCS-51 系列單片機介紹93.2.4 STC89C52的芯片概述113.3 LCD顯示模塊的設計123.3.1 1602字符液晶簡介123.3.2 1602管腳說明133.3.3 字符集133.3.4 顯示地址143.3.5 基本的讀寫時序圖153.3.6 1602與單片機連接153.4 數(shù)據(jù)采集模塊163.4.

7、1 防水型溫度傳感器簡介163.4.2 配置寄存器。183.4.3 DS18B20的主要特性183.5 聲控電路設計193.6超限處理部分203.7 上位機接口模塊的設計203.7.1 串行異步通信203.7.2 RS-232技術213.7.3 MAX232數(shù)據(jù)操作原理213.7.4 MAX232電路設計224 系統(tǒng)軟件設計234.1 主程序設計234.2 按鍵程序設計234.3 溫度報警程序設計254.4 上位機軟件流程設計265 總結28致謝29參考文獻30附錄31 1 緒論1.1溫度控制研究的現(xiàn)狀隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成

8、熟的技術。溫度是工業(yè)生產中主要的被控參數(shù)之一，與之相關的溫度控制是工業(yè)生產過程中經(jīng)常遇到的過程控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產品的質量。用單片機做成的產品外圍元件很少，能實現(xiàn)的功能卻很廣，廣泛應用于工業(yè)，農業(yè)等。防水型溫度傳感器探頭采用原裝DS18B20溫度傳感器芯片，優(yōu)質不銹鋼管封裝，防水、防潮、防生銹，3.0V5.5V供電感溫范圍寬 -55 +125無需外部元件，獨特的單總線接口。DS18B20是美國DALLAS公司生產的數(shù)字溫度傳感器芯片，具有結構簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用方便等優(yōu)點。本文設計的一種溫度控制系統(tǒng)，用STC89C52單片機作為溫控器，選用DS1

9、8B20數(shù)字溫度傳感器，可任意設置上下限報警溫度，采用LCD1602實時顯示溫度，通過串口利用單片機與上位機的通信，對溫度進行采集、數(shù)據(jù)處理和控制。1.2溫度控制研究的意義在國內外溫度控制成了一科廣泛應用于很多領域的技術。具體如空調、冰箱、茶葉烘烤、糧倉溫度控制等等。糧食溫度檢測是儲備庫中防止糧食霉爛、保質存放的重要環(huán)節(jié)。對于一個農業(yè)大國來講，糧食生產、需求與儲備量都很大。大量糧食在儲備的過程中常因糧食濕度過大而升溫發(fā)熱，導致糧食大量腐爛變質，帶來巨大損失。本論文正是以此為出發(fā)點，對單片機控制的遠程溫度控制作了詳細的介紹。單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時

10、檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。2 方案論證2.1 系統(tǒng)總體方案論證方案一：采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成，熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度

11、顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到A/D 轉換電路，感溫電路比較麻煩。系統(tǒng)主要包括對A/D0809 的數(shù)據(jù)采集，自動手動工作方式檢測，溫度的顯示等，這幾項功能的信號通過輸入輸出電路經(jīng)單片機處理。此外還有復位電路，晶振電路，啟動電路等。故現(xiàn)場輸入硬件有手動復位鍵、A/D 轉換芯片，處理芯片為51 芯片，執(zhí)行機構有4 位數(shù)碼管、報警器等。系統(tǒng)框圖如圖 2.1所示。圖2.1 熱電偶溫差電路測溫系統(tǒng)框圖方案二：采用防水型數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處

12、理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器STC89C52構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單,體積也不大。采用51 單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC 機通信上傳數(shù)據(jù)，另外STC89C52在工業(yè)控制上也有著廣

13、泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成熟。從以上兩種方案，容易看出方案一的測溫裝置可測溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測溫裝置電路簡單、精確度較高、實現(xiàn)方便、軟件設計也比較簡單，故本次設計采用了方案二。整個系統(tǒng)采用STC89C52作為主控芯片，通過單片機的串口TXD和RXD實現(xiàn)控制并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。為了跟上計算機發(fā)展的步伐，能夠實現(xiàn)實際應用中與PC機的人機交互，就必須通過一個電平轉換電路，將下位機的數(shù)據(jù)信息傳輸給上位機，而這個電平轉換電路采用電平轉換電路芯片MAX232。另外的設計部分還有顯示和按鍵，顯示部分采用了低功耗、使用方便的LCD1602液晶屏，按鍵部分因

14、為數(shù)量少，所以采用了簡單的獨立式按鍵，方便程序的編寫。將各個部分連接起來就構成了系統(tǒng)的硬件部分，軟件部分主要是對單片機進行編程，主要編寫各個子程序，例如鍵盤子程序、數(shù)據(jù)收發(fā)子程序、顯示程序和一些控制程序，將硬件和軟件結合并通過調試就可以實現(xiàn)單片機的串口通信。2.2 顯示器件的選擇方案一.采用LCD顯示。LCD顯示具有接口簡單，可顯示文字、圖形，輸出信息相當豐富，并具有一屏輸出多路信息的特點，但由于價格較貴，且采購不到適合本設計的液晶顯示屏，同時對液晶的控制口線也多。方案二采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管也稱半導體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或

15、共陽極方式連接后封裝而成的。圖2.2所示是兩種LED數(shù)碼管的外形與內部結構，、分別表示公共陽極和公共陰極，ag是7個筆段電極，DP為小數(shù)點。數(shù)碼管雖然只能顯示固定數(shù)字和字母，但其接口并不復雜，驅動電路成熟；顯示程序容易編寫。 圖2.2 LED數(shù)碼管得外型與內部結構綜上所述：同時考慮到本設計要顯示的值有數(shù)字和字母信息，采用液晶顯示信息就能實現(xiàn)。故采用LCD1602顯示。2.3 串行通信方案論證方案一：RS232串口通信方案。利用RS232串口通信及現(xiàn)場總線技術，可方便地實現(xiàn)1臺微機與多臺機器的近距離通信，通用性好，成本低。方案二：RS485串口通信方案。RS485半雙工異步通信總線是一種被廣泛使

16、用的數(shù)據(jù)通信總線。它具有通信距離遠、通信速度高、成本低等特點。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，由于設備數(shù)量多，分布較遠，現(xiàn)場的各種干擾也較大，往往通信的可靠性及質量不高。RS485收發(fā)器采用的平衡發(fā)送和差分接收具有抑制共模干擾的功能，加上收發(fā)器具有很高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓。因此，傳輸信號可在千米以外得到恢復。因為這次課題并不是運用在真正的實際運作當中，所以我采用了方案一。如果是在實際場合中使用，建議采用方案二。3 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 總體硬件電路設計綜上各方案所述，對此本設計的方案選定：采用STC89C52芯片作為主控制系統(tǒng)，防水型數(shù)字溫度芯片DS18B20作為信號采集處理芯片，1602

17、液晶模塊作為顯示器，并利用上位機實現(xiàn)在電腦上的同步顯示。由STC89C52芯片內部時鐘定時器制成時鐘由LCD1602顯示器顯示。當溫度高于/低于程序設定的范圍，如設定溫度為2030時，當實際溫度高于30則報警電路報警，同時報警（降溫）指示燈亮；當實測溫度低于20時，報警電路報警，同時報警（加熱）指示燈亮；當溫度回到設定溫度范圍內時，指示燈熄滅。溫度控制儀的硬件如圖3.1所示，以STC89C52芯片為核心，配合相應的硬件電路，報警電路，處理電路，顯示電路等實現(xiàn)對溫度的控制。STC89C52溫度采集點DS18B02鍵盤報警電路1602顯示器復位電路電源上位機圖3.1 硬件設計原理圖圖3.2 系統(tǒng)部

18、分電路圖3.2 單片機主控制電路設計3.2.1 單片機概述 單片機因將其主要組成部分集成在一個芯片上而得名，具體說就是把中央處理器CPU(Central processing unit)。隨機存儲器RAM（Random access memory）。只讀存儲器ROM（Read only memory）。 中斷系統(tǒng)、定時器計數(shù)器以及IO（Input/output）接口電路等主要微型機部件集成在一個芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了計算機系統(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機SCMC（Single chip micro computer），簡稱單片機。 單片機主要應用與

19、控制領域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能，為了強調起控制屬性，也可以把單片機稱為微控制器MCU（Micro controller unit）。在國際上，“微控制器”的叫法似乎更通用一些，而在我國則比較習慣用“單片機”這一名稱。單片機在應用時，通常是處于控制系統(tǒng)的核心地位并融入其中，即以嵌入的方式進行使用，為了強調其嵌入的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器EMCU（Embedded micro controller unit）。在單片機的電路和結構中，有許多嵌入式應用的特點。 3.2.2單片機與單片機系統(tǒng) 單片機通常是指芯片本身，它是芯片制造商生產的，在它上面集成的是一些做為基本組成部分的運算器

20、電路，控制器電路，存儲器，中斷系統(tǒng)，定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機芯片并不能把計算機的全部電路都集成到其中，例如組成諧振電路和復位電路的石英晶體，電阻，電容等，這些元件在單片機系統(tǒng)中只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應用中，常常需要擴展外圍電路和外圍芯片。從中可以看到單片機和單片機系統(tǒng)的差別，即：單片機只是一塊芯片，而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎上擴展其它 電路或芯片構成的具有一定應用功能的計算機系統(tǒng)。 通常所說的單片機系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應用需要由用戶設計的，是一個圍繞單片機芯片而組建的計算機應用系統(tǒng)。在單片機系統(tǒng)中，單片機處于核心地位，是構成單片機系統(tǒng)的硬件

21、和軟件基礎。3.2.3 MCS-51 系列單片機介紹 1. 80C51 芯片介紹 MCS-51的原生產廠商是Intel公司，最早推出80C51芯片的也是Intel公司，并且作為MCS-51的一部分，按原MCS-51芯片的規(guī)則命名，例如80C31、80C51、87C51和89C51，這樣我們就能很容易地認識80C51的系列芯片。 但是后來愈來愈多的廠商生產80C51的系列芯片，例如PHILIPS，ATMEL，LG，華邦等公司。這些芯片都是以80C51為核心并且與MCS-51芯片兼容，但它們又各具特點。然而由于生產廠家多，芯片的類型也很多，使芯片的命名無法再遵循統(tǒng)一的規(guī)律，造成我們辨認上的困難。例

22、如PHILIPS公司生產的80C51系列芯片名稱分別為：80CXXX（ROM Less型），83CXXX（Mask ROM型）；Siemens公司命名為C500系列，芯片型號以”C5“打頭；而華邦公司則命名為W77C51系列和W78C51系列等等。 新一代80C51的兼容芯片，還在芯片中增加了一些外部接口功能單元，例如數(shù)/模轉換器，可編程計數(shù)器陣列，監(jiān)視定時器，高速I/O口，計數(shù)器的俘獲/比較邏輯等，有些還在總線結構上也做了重大改進，出現(xiàn)了廉價的非總線型單片機芯片。所有這些使新一代的兼容芯片已遠非原來意義上的80C51了。 目前這些80C51的兼容芯片已開始在我國使用，其中尤以 PHILIPS

23、公司的同名芯片80C51及其派生產品最受歡迎，而ATMEL公司的閃速存儲器型單片機芯片STC89C52等更是后來居上，大有取代傳統(tǒng)EPROM型芯片之勢。 2. 80C51與8051的比較 首先與8051兼容是對80C51芯片的最基本要求，以確保8位單片機MCS-51系列的繼續(xù)發(fā)展，兼容應包括指令，引腳信號，總線等多個方面，指令兼容能保證兩者之間不存在指令障礙以維持軟件的可移植性，而引腳信號和封裝以及總線的兼容則確保兩者在系統(tǒng)擴展和接口方面的一致性，有利于系統(tǒng)的開發(fā)和應用。 80C51的最大改進是在芯片的半導體工藝上，早期的MCS-51系列芯片采用HMOS工藝，即高密度短溝道MOS工藝，而80C

24、51芯片則采用CHMOS工藝，即互補金屬氧化物HMOS工藝。CHMOS是CMOS和HMOS的結合，除保持了HMOS高速度和高密度的特點之外，還具有CMOS低功耗的特點。例如8051芯片的功耗為630mW,而80C51的功耗只有120mW，這樣低功耗，有一粒紐扣電池就可以工作。低功耗對單片機在便攜式、手提式或野外的儀器儀表設備上使用十分有利。 80C51在功能增強方面也做了許多工作。首先，為進一步降低功耗，80C51芯片增加了待機和掉電保護兩種工作方式，以保證單片機在掉電情況下，能以最低的消耗電流維持。 此外在80C51系列芯片中，內部程序存儲器除了ROM型和EPROM型之外，還有 EEPROM

25、型，例如89C51就是4KB EEPROM，并且隨著集成技術的提高，80C51系列片內程序存儲器的容量也越來越大,目前已有64KB的芯片了.另外,許多80C51芯片的還具有程序存儲器保密機制，以防止應用程序泄露或被復制。 3. 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)就是單片機在發(fā)揮具體測控功能時所必須的組成部分。圖3.3 最小系統(tǒng)方框圖4. 定時與中斷的概念 中斷是一項重要的計算機技術，采用中斷技術可以使多項任務共享一個資源，所以中斷技術實質上就是一種資源共享技術。 向CPU發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。MCS-51是一個多中斷源的單片機，以80C51為例，有三類共五個中斷源，分別是外部中斷兩個，定時中斷

26、兩個和串行中斷一個。 3.2.4 STC89C52的芯片概述 STC89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的STC89C52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 STC89C52具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128byt

27、es的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，4個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，內部集成看門狗計時器片內時鐘振蕩器。其工作電壓在4.5V,一般我們選用5V電壓。 89S51相對于89C51增加的新功能包括： 新增加很多功能，性能有了較大提升，價格基本不變，甚至比89C51更低。（一）ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強大易用的功能。 （二）最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計

28、算速度。 （三）雙數(shù)據(jù)指示器。（四）內部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。（五）全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。 （六）兼容性方面：向下完全兼容51全部子系列產品。比如8051、89C51等早期MCS-51兼容產品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。 因此本設計選用STC89C52單片機來作為本系統(tǒng)的核心部分。 圖 3.4 89s51的核心電路框圖3.

29、3 LCD顯示模塊的設計3.3.1 1602字符液晶簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16X2即32個字符（16列2行）。注：為了表示的方便 ，后文皆以1表示高電平，0表示低電平。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3.5。 圖3.5 1602實物圖3.3.2 1602管腳說明1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線，VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。具體管腳說明見下表3.1。表3.1 1602管腳定義表3.3.3 字符集1602液晶模塊內

30、部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A'。下圖3.6是1602的16進制ASCII碼圖：圖3.6 1602的ASCII碼圖讀的時候，先讀上面那列，再讀左邊那行，如：感嘆號的ASCII為0x21，字母B的A

31、SCII為0x42（前面加0x表示十六進制）。3.3.4 顯示地址下圖3.7為1602顯示地址圖圖3.7 1602顯示地址圖3.3.5 基本的讀寫時序圖讀寫操作時序如圖3.8所示：圖3.8 1602讀寫操作時序圖3.3.6 1602與單片機連接下圖3.9為連接圖圖3.9 1602與單片機連接圖3.4 數(shù)據(jù)采集模塊3.4.1 防水型溫度傳感器簡介本設計用的防水型溫度傳感器采用DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口

32、的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得

33、到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫

34、度。DS18B20功能特點：1. 采用單總線技術，與單片機通信只需要一根I/O線，在一根線上可以掛接多個DS18B20。2. 每只DS18B20具有一個獨有的，不可修改的64位序列號，根據(jù)序列號訪問地應的器件。3. 低壓供電，電源范圍從35V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。4. 測溫范圍為-55+125,在-1085范圍內誤差為±0.5。5. 可編輯數(shù)據(jù)為912位，轉換12位溫度時間為750ms（最大）。6. 用戶可自設定報警上下限溫度。7. 報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預定值。8. DS18B20的分辯率由用戶通過EEPROM設置為912

35、位。9. DS18B20可將檢測到溫度值直接轉化為數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器進行數(shù)據(jù)通信。DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：1. 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 2. DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符

36、號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。3. DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結構寄存器。 3.4.2 配置寄存器。DS18B20的內部結構如圖3.10所示。主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位ROM和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM，用于存儲用戶設定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器，存儲與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等7部分。圖 3.10 DS18B20內部結構3.4.3 DS18B2

37、0的主要特性（1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。 （5）測溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5。 （6）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度

38、測溫。 （7）在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。 （8）測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 （9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.5 聲控電路設計蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、

39、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。下圖3.11為聲控電路圖。 圖3.11 聲控電路圖 3.6超限處理部分本設計為溫度控制儀，僅要對溫度進行實時測量還要對溫度進行相應的控制調整。因此控制部分也是本設計的重要組成部分?？刂破饔蒐ED指示燈、繼電器（模

40、擬不同的電器設備的開啟關閉）組成。超限控制部分如圖3.12所示圖3.12 超限處理電路圖當溫度高于/低于程序設定的范圍，如設定溫度為2030時，當實際溫度高于30則報警電路報警，同時降溫指示燈亮，對應的繼電器開光打開，模擬打開相應的電器設備如：風扇，空調；當實測溫度低于20時，加熱指示燈亮，加熱繼電器開關打開，即模擬打開相應的電器設備如：空調，加熱器，遮陽板等；當溫度回到設定溫度范圍內時，指示燈熄滅繼電器開關閉合。3.7 上位機接口模塊的設計如果在傳遞字節(jié)的過程中組成字節(jié)的所有比特在總線上一個接一個地順序傳輸，這種方式叫串行通信。串行通信又分為異步串行通信和同步串行通信，異步方式下，每發(fā)送一個

41、字節(jié)都需要在接收和發(fā)送方進行數(shù)據(jù)同步，因此速度低，但可靠性高。而同步串行通信則分面向字符、面向比特和面向字節(jié)三種，一次傳遞一個由若干字節(jié)（或比特、字符）組成的數(shù)據(jù)塊，并且具有通信控制字。3.7.1 串行異步通信在異步通信中，連接線不包括時鐘線，時鐘信號由發(fā)送端和接收端各自提供。因為連接的每一端都提供自己的時鐘信號，所以每個中斷的時鐘頻率必須保持一致，否則將產生失步。每個傳輸?shù)淖止?jié)都用一個起始位來與時鐘同步，以及一個或幾個停止位來表示傳輸字節(jié)的結束。串口通信中大多采用異步通信，如PC上的RS-232C端口所使用的就是異步通信方式。異步通信有很多種格式，最通用的是8-N-1，在這種方式中，發(fā)送端以

42、一個起始位表示傳輸開始，后跟8位數(shù)據(jù)，并以一個停止位表示一個字節(jié)傳輸結束。當接收端辨認出起始位后，就知道一個字節(jié)的傳輸開始了，并利用自己的時鐘讀取后面的8位數(shù)據(jù)，當接收到停止位后，就停止讀取，并把接收的數(shù)據(jù)送往接收緩沖。8-N-1中的N表示傳輸不使用奇偶校驗位。8-N-1異步傳輸時序圖如圖3.13所示。 圖3.13 異步傳輸時序圖3.7.2 RS-232技術RS232C是1969年EIA制定的在數(shù)據(jù)終端設備DTE和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間的串行的二進制數(shù)據(jù)交換的接口，全稱是EIA-RS-232-C協(xié)議，也稱EIA-232，最初采用DB-25作為連接器，包含雙通道，但是現(xiàn)在也有采用DB-9的單

43、通道接口連接。RS232的通訊信號電平為正負515V，這不同于數(shù)字電路的03V或05V，所以要以RS232的方式進行通訊，源信號需要進行電平轉換。典型應用是微型計算機的串行接口。由于計算機通信用的是RS-232電平，單片機使用的是CMOS/TTL電平，要想實現(xiàn)單片機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，就需要將單片機進行RS-232電平轉換。如下表3.7.1為RS-232電平與CMOS/TTL電平的對比表。表3.2 RS-232電平與CMOS/TTL電平的對比表 邏輯值 RS-232/V CMOS/TTL/V 0 +3+15V <0.7 1 -3 -15V > MAX232數(shù)據(jù)操

44、作原理MAX232數(shù)據(jù)傳送方式和時序分析，數(shù)據(jù)傳送時序如圖3.14所示。圖3.14 數(shù)據(jù)傳送時序圖3.7.4 MAX232電路設計MAX232芯片的結構和引腳都非常簡單,內部含有驅動器和接收器。采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 A，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉換為RS232電平的功能。RIOUT和TIIN端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可；TIOUT和RIIN分別與計算機的COM口相連。下圖3.15為MAX232的電路連接圖。圖3.15 MAX232電路連接圖4 系統(tǒng)軟件設計整個軟件程序分為四個部分：主程序部分、按

45、鍵部分、顯示部分、報警部分。4.1 主程序設計下圖4.1為主程序流程設計圖圖4.1 主程序流程設計圖4.2 按鍵程序設計按鍵在閉合和斷開時，觸點會存在抖動現(xiàn)象，如圖4.2，鍵盤的抖動時間一般為510ms,抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進行多次處理，從而可能產生錯誤。消除抖動不良后果的方法有兩種：一種是硬件消抖，如圖4.3；另一種是軟件消抖。 圖4.2 按鍵抖動 圖4.3 硬件消抖此處，我采用了延時和上升沿觸發(fā)來實現(xiàn)軟件消抖，程序如下：/*按鍵掃描子程序*/void keyscan_qh() if(key1=0) delayms(5);if(key1=0) flag_qh+;while(key

46、1=0); if(flag_qh=3) flag_qh=0; 4.3 溫度報警程序設計下圖4.4為溫度報警流程設計圖開始初始化讀取溫度顯示子程序溫度是否超限NY聲控報警顯示子程序返回圖4.4 溫度報警流程設計圖4.4 上位機軟件流程設計通過查閱相關資料，將傳到串口助手上的數(shù)據(jù)經(jīng)過在Visual Basic的相關控件中編寫代碼就能將數(shù)據(jù)通過Visual Basic軟件顯示出來，并且能實現(xiàn)管理人員對倉庫運作情況的一個遠程控制。在具體編寫中，涉及到Visual Basic中的一個MSComm通信控件。因為只有一個串口上傳，需要將上傳的字符區(qū)分出來。下圖4.5為上位機軟件流程設計圖開始初始化串口初始化

47、上位機發(fā)生數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 返回圖4.5 上位機軟件流程設計圖MSComm的代碼：Private Sub Form_Load() MSComm1.Settings = "9600,N,8,1" MSComm1.CommPort = 4 MSComm1.InBufferSize = 16 'MSComm1.OutBufferSize = 2 MSComm1.RThreshold = 16 'MSComm1.SThreshold = 1 MSComm1.InputLen = 0 MSComm1.InputMode = comInputModeText MSComm

48、1.InBufferCount = 0 Text1.Text = "00"End Sub下圖4.6為上位機運行圖圖4.6 上位機運行圖5 總結在工業(yè)生產和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。在論文中簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程及實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)的測溫范圍為-55+125，溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。通過本次畢業(yè)設計，我收獲了很多。只要有一點點的突破，只要能夠學到一點的新鮮知識，都讓我感覺學習單片機是多么的有樂趣。就是這樣，我才能在學習單片機的道路上走的歡快、持久

49、。 在這次設計中通過查閱大量的相關資料，詳細了解了DS18B20的工作原理、LCD的顯示原理等，在不斷地實踐與理論中運用這些知識，明確的研究目標。同時使我明白了實踐是學習收獲的唯一途徑。本次設計是以STC89C52單片機為核心的數(shù)據(jù)傳輸。通過上位機顯示，下位機采集溫度相關數(shù)據(jù)，達到同時監(jiān)測和控制采集點的實時溫度信息，完成智能化管理。系統(tǒng)可根據(jù)需要靈活增置遠程終端節(jié)點。實際測試表明，系統(tǒng)各監(jiān)控點工作穩(wěn)定，且誤碼率低，溫度測量精度達0.5°C以上。致此本人的設計完成了預期的目標，系統(tǒng)在軟件仿真、硬件測試、實時顯示方面做的較為理想。本設計基本滿足要求，我做出以下幾點總結：1.該系統(tǒng)能夠滿足

50、設計技術要求。2.硬件電路非常簡單，符合低成本的設計要求。3.系統(tǒng)組成簡單，故障率低，程序占用時間少，響應速度快。4. 本設計所介紹的防水型溫度智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)相比，其輸出溫度采用數(shù)字顯示具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確等優(yōu)點，.5.系統(tǒng)由軟硬件組成，具有通用性和靈活性，便于修改。致謝在本次畢業(yè)設計中，我們的同學關系更進一步，大家有什么看法一起討論，使得自己的專業(yè)知識更加易于理解，所以在此我要感謝幫助我的同學。本設計的順利完成離不開我的導師楊增汪老師的悉心指導，楊老師多本設計思路的引導和論文的審校，傾注了大量的精力。他廣博的知識面，豐富的實踐經(jīng)驗使我受益匪淺，也將激勵我在今后

51、的工作和學習中努力進取。在此，特別向楊老師表示由衷地感謝和誠摯地敬意！對所有在論文的撰寫、硬件的設計制作過程中給予關心和支持的老師、同學以及親人致以深切的謝意。參考文獻1 張迎新等編著.單片機初級教程 北京航天航空大學出版社 2010 年6月第三版 190196； 2 何立明編著.單片機應用系統(tǒng)設計 系統(tǒng)配置與接口技術 北京航天航空大學出版社 2006 年1月第二版 138180；3 韓全立編著.單片機控制技術及應用 電子工業(yè)出版社 2004 年第一版 134146； 4 王幸之等編著.AT89系列單片機原理與接口技術 北京航天航空大學出版社 2004 年5月第一版 119、170178； 5

52、 張友德等編著.單片機微型機原理、應用與實驗 復旦大學出版社 2008年第四版 228230；6 張齊等編.單片機應用系統(tǒng)設計技術電子工業(yè)出版社 2009年第二版228326；7 張俊謨.單片機中級教程 北京航空大學出版社 2006年 第三版127218；8 劉煥成.工程背景下的單片機原理及系統(tǒng)設計 清華大學出版社 2008年第一版 56131；9 肖洪兵等.跟我學用單片機 北京航空航天大學出版社 2007年第二版 213267； 10 提供搜索。附錄單片機主程序：#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned inttypedef unsigned char Uchar;typedef unsigned int Uint16;/-18b20 IO define-/sbit DQ_A=P12; /溫度測試點/-Lcd IO define-/sbit lcdrs=P11;sbit lcden