畢業(yè)設(shè)計(jì)多路溫度采集電路設(shè)計(jì)

摘要本設(shè)計(jì)用（STC89c51）單片機(jī)作為多路溫度控制系統(tǒng)中溫度檢測(cè)采集系統(tǒng)的控制中心,并且任用了數(shù)字化單總線技術(shù)的計(jì)劃，然后利用在多路溫度控制系統(tǒng)中的采集系統(tǒng)中。計(jì)劃采納了一種測(cè)量溫度的傳感器（DS18B20），利用（DS18B20）傳感器不斷的將外界環(huán)境的細(xì)微冷暖變化,轉(zhuǎn)成電阻的大小不斷改變，最后變化為電壓的不斷變化，將其A/D轉(zhuǎn)換器，最后將數(shù)據(jù)信息傳給（STC89c51）單片機(jī)，（STC89c51）單片機(jī)則把不同傳感器的溫度的改變數(shù)據(jù)，輸入顯示器(LCD1602)從而達(dá)到實(shí)時(shí)顯現(xiàn)。（STC89c51）則可以及時(shí)盯梢各個(gè)（DS18B20）的數(shù)據(jù)，一并能通過(guò)設(shè)定好的指令監(jiān)控外界細(xì)微冷暖變化。（DS18B20）采集外界細(xì)微冷暖變化數(shù)據(jù)，單片機(jī)將從(DS18B20)讀取的溫度，并與設(shè)定好的警報(bào)溫度的極值比較，如果超過(guò)設(shè)定溫度范圍則會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，否則繼續(xù)讀取（DS18B20）的溫度。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器（DS18B20），單片機(jī)（STC89c51），液晶（LCD1602）顯示器AbstractThisgraduationdesignisputforwardakindofbasedon(STC89c51)temperaturedetectionsystemofsinglechipprocessorasthecore，andadoptsthedesignschemeofdigitalsinglebustechnologyanditsapplicationinmulti-channeltemperatureacquisitionsystem。Schemewithatemperaturesensor(DS18B20)，usingconstanttemperaturechange(DS18B20)temperaturesensor，changingintocurrent，finallyconvertedtothechangeofthevoltage，theinputADconverter，throughthesinglewirebusto（STC89c51）single-chipmicrocomputer，（STC89c51）single-chipmicrocomputeristhedatathroughtheliquidcrystaldisplay(LCD1602)real-timedisplaythetemperaturechangesofdifferentsensors。Systemcanreal-timeinspectionmulti-pointtemperature，atthesametimecanmonitortemperaturebysettingagoodinstruction。.Temperaturesensor（DS18B20）collectingtemperaturedata，thetemperatureofthemicrocontrollerwillbereadfromthe(DS18B20)，andcomparedwiththesetalarmtemperatureextremum，ifmorethansettemperaturerangewillstartthealarmsystem，otherwisecontinuetoread(DS18B20)temperature.。Keywords:Digitaltemperaturesensor(DS18B20)，Singlechipmicrocomputer(STC89c51)，Liquidcrystal(LCD1602)display 目錄TOC\o"1-3"\u緒言 21課題的前景及其展望 21.1畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 31.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 31.2.2設(shè)計(jì)目的 32總體設(shè)計(jì)方案 42.1方案設(shè)計(jì)與論證 42.2傳感器部分 42.3控制部分 42.4系統(tǒng)方案 52.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 53硬件的設(shè)計(jì) 63.1單片機(jī)的選擇 63.1.1(STC89c51)單片機(jī)的簡(jiǎn)介 63.1.2（STC89c51）單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 73.2溫度傳感器的選擇 83.2.1(DS18B20)的簡(jiǎn)介 93.2.2(DS18B20)工作原理 93.2.3(DS18B20)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 104硬件電路設(shè)計(jì) 134.1電源 134.1.1電源電路 134.2功能按鍵 144.2.1按鍵電路 144.2.2LCD顯示電路 144.3溫度采集電路 154.4其他電路模塊 154.5整體電路 165軟件設(shè)計(jì) 165.1概述 165.2軟件設(shè)計(jì)總流程 165.3子程序設(shè)計(jì) 185.3.1初始化（LCD1602） 186系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 197結(jié)論 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21緒言溫度在平時(shí)的日常中本身就是個(gè)非常重要的物理量，關(guān)于溫度的勘測(cè)和駕奴有重要的含義?，F(xiàn)在今世科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大家同時(shí)對(duì)生存環(huán)境的質(zhì)量也有了較好的條件，因此大家必須勘測(cè)和駕奴溫度。在我們的生活環(huán)境里，溫度的這個(gè)角色是極其重要的。無(wú)論你在何處，工作性質(zhì)是什么，都時(shí)時(shí)刻刻在和溫度有關(guān)系。自從工業(yè)革命后，工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度的絕對(duì)掌握也是必須做到的。在冶金，石化，鋼鐵，玻璃，水泥，醫(yī)藥等各各行業(yè)中，幾乎都必須考慮著溫度在其行業(yè)中的影響因素。工業(yè)對(duì)溫度的重要信，應(yīng)此推動(dòng)發(fā)展了溫度傳感器的發(fā)展。1課題的前景及其展望溫度在平時(shí)的日常中本身就是個(gè)非常重要的物理量，關(guān)于溫度的勘測(cè)和駕奴有重要的含義?，F(xiàn)在今世科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大家同時(shí)對(duì)生存環(huán)境的質(zhì)量也有了較好的條件，因此大家必須勘測(cè)和駕奴溫度。在我們的生活環(huán)境里，溫度的這個(gè)角色是極其重要的。無(wú)論你在何處，工作性質(zhì)是什么，都時(shí)時(shí)刻刻在和溫度有關(guān)系。自從工業(yè)革命后，工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度的絕對(duì)掌握也是必須做到的。在冶金，石化，鋼鐵，玻璃，水泥，醫(yī)藥等各各行業(yè)中，幾乎都必須考慮著溫度在其行業(yè)中的影響因素。工業(yè)對(duì)溫度的重要信，應(yīng)此推動(dòng)發(fā)展了溫度傳感器，溫度不但對(duì)于工業(yè)如此重要，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫度的監(jiān)測(cè)與控制也有著十分重要的意義。多路溫度和勘測(cè)顯示外界細(xì)微冷暖變化是近來(lái)幾年的研究項(xiàng)目，跟著傳感技術(shù)與通訊技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)的產(chǎn)生，溫度測(cè)量?jī)x器水到渠成，最近幾年的研究越發(fā)快捷。選擇單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行駕奴，不但擁有駕奴方便、組態(tài)方便和變通性大等好處。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中必不可少且廣泛應(yīng)用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來(lái)越大的作用。所以，單片機(jī)對(duì)溫度的勘測(cè)和駕奴方式是工農(nóng)業(yè)中往往會(huì)碰到的題目。所以，本畢業(yè)設(shè)計(jì)是環(huán)抱基于單片機(jī)多路溫度檢測(cè)與采集系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展相關(guān)的應(yīng)用探求任務(wù)。出現(xiàn)了基于新型（STC89c51）單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器（DS18B20）的多路溫度測(cè)量?jī)x器。1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）溫度檢測(cè)：通過(guò)單片機(jī)和傳感器的連接，能實(shí)時(shí)檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)溫度。（2）溫度顯示：把現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)到溫度值顯示出來(lái)。（3）報(bào)警溫度設(shè)定和報(bào)警：根據(jù)需要可以設(shè)置報(bào)警溫度，并且當(dāng)達(dá)到報(bào)警溫度時(shí)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警提示。1.2.2設(shè)計(jì)目的（1）學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用軟件從而編寫(xiě)程序，并且提高自身分析和編寫(xiě)程序的能力。（2）進(jìn)一步掌握（STC89c51）單片機(jī)外部引腳和內(nèi)部構(gòu)造的線路連接方法。（3）熟悉（LCD1602）的運(yùn)行方法。（4）學(xué)會(huì)制作電路圖。（5）熟悉制作電路板的流程。2總體設(shè)計(jì)方案2.1方案設(shè)計(jì)與論證多路溫度采集電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)有著共同的特性：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。如果選擇普通的溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。如果這樣的話會(huì)有各種因素造成勘測(cè)系統(tǒng)較大的謬誤；又因?yàn)榭睖y(cè)環(huán)境駁雜、勘測(cè)量大、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)以及各種其他因素的干擾影響，會(huì)導(dǎo)致勘測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性降低。因此要多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)劃成功的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的良好抉擇和系統(tǒng)控制核心的完好設(shè)計(jì)。2.2傳感器部分在多路溫度采集電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，在模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離測(cè)溫系統(tǒng)里面，須要良好的處置引線誤差補(bǔ)償、多路勘測(cè)切換存在偏差、放大電路零點(diǎn)漂移偏差等問(wèn)題，才可以到達(dá)較好的勘測(cè)精度。此外守舊的測(cè)溫方式是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通常監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)由于各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，導(dǎo)致電磁環(huán)境非常惡劣，模擬溫度信號(hào)輕易就會(huì)受到擾亂形成勘測(cè)偏差，影響勘測(cè)精度。所以，溫度勘測(cè)系統(tǒng)里面，決這些問(wèn)題最有用的方法就是選取抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器。選取數(shù)字溫度芯片（DS18B20）勘測(cè)溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化，有利單片機(jī)的及時(shí)處理和控制。且（DS18B20）芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，元件線形較好。其勘測(cè)溫度范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C。熱敏電阻的精度較差為±2°C。新型數(shù)字溫度傳感器(DS18B20)具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。(DS18B20)的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器（STC89c51）構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。如此,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,體積也相對(duì)來(lái)說(shuō)小,而且由于（STC89c51）可以安裝多個(gè)溫度傳感器,所以能夠很容比較簡(jiǎn)單的達(dá)到多路溫度的勘測(cè)，輕松的組建溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。2.3控制部分此方案采用（STC89c51）八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。（STC89c51）的時(shí)鐘為12M，I/O口可達(dá)32個(gè)，高的時(shí)鐘頻率和豐富的I/O，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時(shí)在（STC89C51）中內(nèi)有4KBFLASHROM，工作環(huán)境良好、便捷、簡(jiǎn)單。加快了該系統(tǒng)的計(jì)劃開(kāi)發(fā)。掌握越發(fā)干脆、通俗。能夠及時(shí)體現(xiàn)電路的計(jì)劃，溫度信息更加快捷，一目了然的發(fā)表，這些都提高了系統(tǒng)的可行性。而且（STC89c51）單片機(jī)不但可以獨(dú)立的對(duì)多點(diǎn)（DS18B20）進(jìn)行操縱工作。而且（STC89c51）在工業(yè)控制這方面也有遍及的應(yīng)用，編程技術(shù)和外圍功能電路的配合使用都很成熟。2.4系統(tǒng)方案計(jì)劃系統(tǒng)選取應(yīng)用了分布式通訊的想法,用(DS18B20)和（STC89c51）單片機(jī)一起組成了溫度采集系統(tǒng)。(DS18B20)是在分立式溫度采集模塊上發(fā)展而來(lái)的集溫度傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)化于一體的芯片，該芯片能夠直接讀出被測(cè)溫度，還可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)淺易的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。（STC89c51）單片機(jī)可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從(DS18B20)讀出的信息或?qū)懭?DS18B20)的信息僅需要一根I/O口線(單線接口)讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的(DS18B20)供電，而無(wú)需額外電源。因而使用(DS18B20)可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。同時(shí)其“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。系統(tǒng)主要包括三大模塊：控制模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、報(bào)警模塊等。（1）控制模塊功能：控制模塊在系統(tǒng)的功能是控制溫度采集模塊完成溫度采集并將采集到的溫度讀入控制模塊的數(shù)據(jù)寄存器，再將從溫度采集模塊讀取的溫度數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示模塊并控制顯示模塊完成溫度的顯示。（2）溫度采集模塊功能：溫度采集模塊的主要功能是通過(guò)溫度傳感器感應(yīng)外界環(huán)境的細(xì)微變化轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，在通過(guò)轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并存取溫度數(shù)據(jù)。（3）溫度顯示模塊功能：溫度顯示模塊的主要功能是在控制模塊的控制下將控制模塊寫(xiě)入的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，便于讀取溫度數(shù)值。（4）報(bào)警模塊功能與設(shè)定的報(bào)警溫度上下限比較，超過(guò)限度后通過(guò)揚(yáng)聲器與燈光報(bào)警。同時(shí)處理后把報(bào)警的方向的信息送到(LCD1602)中顯示出來(lái)。2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理通過(guò)溫度傳感器(DS18B20)直接讀取被測(cè)溫度值，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬溫度值經(jīng)過(guò)(DS18B20)處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，送到（STC89c51）單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)送到(LCD1602)中顯示，并且與設(shè)置的溫度報(bào)警上下限比較，超過(guò)限度后通過(guò)揚(yáng)聲器報(bào)警。3硬件的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件主要就是溫度傳感器主控單片機(jī)，應(yīng)此主要就是選擇這兩樣。3.1單片機(jī)的選擇所謂單片機(jī)(m1crocontroller)是指在一個(gè)集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、基本的I/O接口以及定時(shí)/計(jì)數(shù)、通信部件，即在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。世界上最早的單片機(jī)是1974年美國(guó)仙童公司研制的F8單片機(jī)。但其中最具典型性的當(dāng)數(shù)Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。因?yàn)镸CS-51系列單片機(jī)擁有基于復(fù)雜指令集（CISC）的單片機(jī)內(nèi)核，雖然其速度不快，12個(gè)振蕩周期才執(zhí)行一個(gè)單周期指令，但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴(kuò)展性能非常強(qiáng)大。51系列的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè)，可用特殊功能寄存器對(duì)其進(jìn)行編輯。我國(guó)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展后，也擁有了屬于我們自己的單片機(jī)。應(yīng)此在本次課題設(shè)計(jì)的多路溫度采集設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。在單片機(jī)采納方面，采納南通國(guó)芯電子有限公司的中國(guó)本土獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的（STC89c51RC/RD+）系列單片機(jī)。3.1.1(STC89c51)單片機(jī)的簡(jiǎn)介(STC89C51RC/RD+)是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8KBytes的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶(hù)的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。STC89C52RC系列單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路。工作電壓：3.4V-5.5V（5V單片機(jī)）/2.0V-3.8V（3V單片機(jī)）工作頻率范圍：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz.用戶(hù)應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口（27/23個(gè)）復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）能設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏EEPROM功能看門(mén)狗內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路。時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器。有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒PWM(4路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器或4個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可支持)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC，共8路通用異步串行口(UART)SPI同步通信口，主模式/從模式工作溫度范圍：0-75℃/-40-+85℃封裝：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封狀，定貨)3.1.2（STC89c51）單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（STC89c51RC/RD+）系列單片機(jī)的內(nèi)部框圖如下圖3.1所示。（STC89c51RC/RD+）單片機(jī)中包含中央處理器（CPU）、程序儲(chǔ)存器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門(mén)狗等模塊。圖3.13.2溫度傳感器的選擇溫度是表征物體冷熱程度的狀態(tài)量，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最基本、最重要的物理量。與溫度變化有關(guān)的物質(zhì)屬性很多，因而溫度測(cè)量的儀器也是多種多樣的。常用的溫度測(cè)量?jī)x有熱電阻、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器等。熱電阻它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，工作溫度范圍寬，穩(wěn)定性好，過(guò)載能力強(qiáng)，體積小。但它的不足之處在于非線性和互換性差。熱電偶測(cè)量精度高，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度在小范圍內(nèi)基本呈單值、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時(shí)間較快;測(cè)溫范圍寬，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫上限可達(dá)2800℃。PN結(jié)溫度傳感器利用晶體二極管、三極管的PN結(jié)電壓隨著溫度變化而變化的原理制成。線性度好，熱慣性小，靈敏度高。集成溫度傳感器是將測(cè)溫元件、放大電路、偏置電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。相對(duì)其它傳感器有較好的線性度和一致性，且體積小，使用方便。溫室是一個(gè)有較大慣性的被控對(duì)象，溫度的變化速度較慢，因而不需要傳感器的反應(yīng)速度太高；但要求傳感器有優(yōu)良的物理及化學(xué)穩(wěn)定性。用的較多的是以鉑電阻為代表的模擬傳感器和以DS18B20為代表的數(shù)字傳感器?？紤]到鉑電阻需要信號(hào)調(diào)理電路，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機(jī)接受，信號(hào)調(diào)理電路的相對(duì)復(fù)雜，抗干擾性比較差，而且價(jià)格較高，而DS18B20不僅價(jià)格便宜而且使用方便、測(cè)溫準(zhǔn)確、精度較高。為了節(jié)省成本，提高效率，方便采集系統(tǒng)以后的進(jìn)一步擴(kuò)展和完善，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的采集模型采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度傳感器。3.2.1(DS18B20)的簡(jiǎn)介數(shù)字溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的基于串行接口的一線式數(shù)字溫度傳感器，它是將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號(hào)數(shù)字值的全新傳感器。有3引腳TO－92小體積封裝形式。具有一線總線、體積更小、適用電壓更寬、而且經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。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。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。（DSl8B20）具有如下特征：

①采用單總線技能，I/O線可掛接多個(gè)（DSl8B20）。

②低壓供電，電源范圍3～5V，可以電池供電，也可以直接用數(shù)據(jù)線連接電腦供電。

③每只(DS18B20)具有獨(dú)一無(wú)二的64位序列號(hào)，可以訪問(wèn)對(duì)應(yīng)序列號(hào)來(lái)確定器件。

④測(cè)溫范圍為較大，在一10℃~85℃范圍內(nèi)誤差為±0．5℃。⑤可編程數(shù)據(jù)為9～12位，其轉(zhuǎn)換12位的溫度時(shí)間為750ms(最大)。

=6\*GB3⑥(DS18B20)可將檢測(cè)到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)通信。

3.2.2(DS18B20)工作原理(DS18B20)測(cè)溫原理：由于低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)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(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一個(gè)對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線形，其輸出用于累加器1的預(yù)置值。其原理圖如下：圖3.2.(DS18B20)工作原理圖3.2.3(DS18B20)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）(DS18B20)的引腳說(shuō)明DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。3腳TO-92封裝形式和器件圖如圖4所示：GND：接地；DQ：數(shù)據(jù)輸入輸出。VDD：可選的電源電壓腳。圖3.3(DS18B20)引腳（2）(DS18B20)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4:圖3.4(DS18B20)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：①64位激光ROM。②溫度靈敏元件。③非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。④配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。（DS18B20）在0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如表3.1：表3.1TMR1R011111MSBLSB其中，TM：測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫(xiě)入0，不能改變；R0、R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí)R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶(hù)可根據(jù)需要改寫(xiě)配置寄存器以獲得合適的分辨率。配置寄存器與分辨率關(guān)系如表3.2：表3..2R0R1溫度計(jì)分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750（3）高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表3所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBMSB溫度值格式圖DS18B20溫度數(shù)據(jù)表3.3：表3.3232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型對(duì)應(yīng)的溫度值表3.4:表3.4溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125

+25.0625

+10.125

+0.5

0

-0.5

-10.125

-25.0625

-550000011111010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

111111001001000007D0H

0191H

00A2H

0008H

0000H

FFF8H

FF5EH

FE6FH

FC90H（4）(DS18B20)使用的注意事項(xiàng)（DS1820）雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用P口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：1、對(duì)程序和電氣參數(shù)的嚴(yán)格要求。2、要考慮總線的選擇和分布及與之相關(guān)的問(wèn)題。3、多路測(cè)溫時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)（DS18B20）序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。4、實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不能掛接過(guò)多的(DS18B20)。5、要確保每個(gè)(DS18B20)都接觸良好否則系統(tǒng)會(huì)陷入死循環(huán)。4硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要功能包括：多路溫度的采集及其相關(guān)處理，溫度信息能夠及時(shí)顯示。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源電路、按鍵電路、LCD電路、信號(hào)測(cè)量電路、繼電器電路、晶振電路等。具體硬件電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)附錄4.1電源4.1.1電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源電壓小，且電路功耗很小。所以選擇電池組和穩(wěn)壓片就行了。電路如下圖4.1：圖4.1電源電路4.2功能按鍵4.2.1按鍵電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中采用的3個(gè)按鍵控制的方式，一號(hào)鍵KN可以在進(jìn)入溫度設(shè)置、溫度極值、退出溫度設(shè)置之間切換，在普通界面下KN鍵，則顯示進(jìn)入設(shè)置溫度下限，再按就進(jìn)入設(shè)置溫度上限，按第三下這退出設(shè)置界面，在設(shè)置界面的時(shí)候可以按K2，K3進(jìn)行數(shù)值的加減。具體電路如下圖4.2：圖4.2按鍵電路4.2.2LCD顯示電路本論文選擇了液晶（LCD1602）來(lái)顯示溫度、報(bào)警方位等。在液晶顯示畫(huà)面上同時(shí)顯示4個(gè)溫度傳感器所傳來(lái)的實(shí)時(shí)溫度的信息和度超過(guò)報(bào)警信息，電路圖如下圖4.3圖4.3LCD顯示電路4.3溫度采集電路(DS18B20)最大的特點(diǎn)是I/O采用同一條線來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)（DS18B20）的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制(DS18B20)完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)(DS18B20)0進(jìn)行預(yù)定的操作。硬件連接電路如下圖4.4：本系統(tǒng)為多路溫度采集電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(DS18B20)采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)（DS18B20），但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個(gè)以上的(DS18B20)仍舊有可能產(chǎn)生功耗問(wèn)題。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過(guò)80M，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O來(lái)驅(qū)動(dòng)多路(DS18B20)。圖4.4溫度采集電路4.4其他電路模塊 該設(shè)計(jì)還有晶振電路以及繼電器電路等如圖4.5:圖4.54.5整體電路電路原理圖（見(jiàn)附錄）5軟件設(shè)計(jì)5.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件的型號(hào)確定下來(lái)后也就有了與此相匹配的軟件。因此是由硬件來(lái)確定軟件的。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由硬件來(lái)看可以把軟件分成兩大不同的功能：一是系統(tǒng)的主要控制程序，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，用于控制各模塊工作的；二是系統(tǒng)的執(zhí)行程序，它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)各模塊實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示等。每一個(gè)執(zhí)行程序也就是一個(gè)小模塊功能的實(shí)現(xiàn)。這里將各主要的執(zhí)行模塊列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。當(dāng)各執(zhí)行模塊完成之后就可以完成系統(tǒng)的主要控制程序。5.2軟件設(shè)計(jì)總流程操作說(shuō)明：本系統(tǒng)使用3個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)全部的功能：一號(hào)鍵（KN）負(fù)責(zé)功能切換，能夠做到切換顯示頁(yè)面進(jìn)入和退出設(shè)置模式、切換高溫設(shè)置、切換低溫設(shè)置。二號(hào)（K2）、三號(hào)（K3）鍵是數(shù)值累加鍵、數(shù)值累減鍵。主界面顯示四個(gè)傳感器的當(dāng)前溫度。如下圖5.1所示。圖5.1主界面本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序，顯示子程序、按鍵掃描子程序、設(shè)置溫度子程序幾部分組成。主程序首先初始化(LCD1602)，然后檢測(cè)(DS18B20)是否工作正常，隨后進(jìn)行鍵盤(pán)掃描。掃描后從中讀取之前設(shè)置溫度的上下限，并從(DS18B20)中讀取當(dāng)前的溫度進(jìn)行計(jì)算，如果達(dá)到報(bào)警要求，報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。程序從主函數(shù)開(kāi)始先進(jìn)行初始化，(DS18B20)是一個(gè)數(shù)字集成的溫度轉(zhuǎn)化芯片。同時(shí)(DS18B20)是以一線總線傳輸?shù)男问絺鹘o（STC89c51），再（STC89c51）譯碼轉(zhuǎn)換到(LCD1602)液晶顯示當(dāng)前溫度，使用者可以根據(jù)要求設(shè)定報(bào)警的上下限溫度，（STC89c51）根據(jù)人工按鍵設(shè)定值與當(dāng)前溫度值進(jìn)行比較，若當(dāng)前溫度值高于或低于設(shè)定值則均報(bào)警電路反應(yīng)，有效的實(shí)施監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集及算法轉(zhuǎn)化框圖如圖5.2圖5.2DS18B20工作流程圖(DS18B20)可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)處理，通過(guò)對(duì)(DS18B20)編程可以實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)，并可分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量。其測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，最大分辨率為0.0625℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)其測(cè)溫準(zhǔn)確度為±0.5℃。(DS18B20)采用一線總線的傳輸?shù)男问娇梢灾苯影褦?shù)字量和51單片機(jī)（本設(shè)計(jì)使用（程序開(kāi)始初始化，再經(jīng)(DS18B20)，ROM操作指令識(shí)別判斷，再進(jìn)行存儲(chǔ)操作指令，轉(zhuǎn)化處理，讀取當(dāng)前溫度值。根據(jù)上邊所畫(huà)的流程圖可以用C語(yǔ)言編寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的源程序如附錄所示。5.3子程序設(shè)計(jì)5.3.1初始化（LCD1602）由于1602是一個(gè)慢速設(shè)備，所以在初始化時(shí)，首先執(zhí)行一段延時(shí)的程序，等待(LCD1602)，然后根據(jù)1602使用手冊(cè)，初始化時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行3次寫(xiě)顯示模式的設(shè)置，然后根據(jù)需要、開(kāi)顯示、開(kāi)光標(biāo)、清屏，即可完成對(duì)LCD1602的初始化。如圖5.3所示。圖5.3初始化LCD流程圖6系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析1、測(cè)試環(huán)境及工具測(cè)試溫度：0~100攝氏度。測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬(wàn)用表，溫度計(jì)0~100攝氏度，串口調(diào)試助手。2、測(cè)試方法使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測(cè)是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，按鍵電路，顯示電路，溫度測(cè)試電路等）。觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)水溫變化情況，觀察顯示電路是否正常。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。3、測(cè)試結(jié)果分析在所設(shè)計(jì)的測(cè)控系統(tǒng)中，僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室溫度的有效測(cè)量，還有其他各方面的和溫室環(huán)境有關(guān)的因素沒(méi)有納入該系統(tǒng)，有待完善。目前，本人已經(jīng)基本完成了對(duì)溫室溫度的采集和顯示的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)制作，并對(duì)該裝置進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于本人的經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)水平有限，因此本文論述的還只是一個(gè)基本模型，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際實(shí)踐不多，如果要將該方案應(yīng)用于實(shí)際用途，還需要進(jìn)一步實(shí)踐調(diào)試。7結(jié)論經(jīng)過(guò)了了解比較數(shù)種不一樣的溫度傳感器，我選定了(DS18B20)這種通信方式比較獨(dú)特的單總線數(shù)字溫度傳感。這種傳感器做的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)有很多：一是硬件連線簡(jiǎn)單，二是一條總線可掛接多個(gè)傳感器測(cè)量不同位置的溫度，三是能夠識(shí)別每個(gè)(DS18B20)獨(dú)一無(wú)二的序號(hào)從而認(rèn)定識(shí)別不同傳感器。然而特別關(guān)注的是：在系統(tǒng)焊接前要把主機(jī)逐個(gè)與(DS18B20)掛接,以讀出其序列號(hào)。另外，由于(DS18B20)單線通信功能是分時(shí)完成的,遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此,系統(tǒng)對(duì)(DS18B20)和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一個(gè)自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。通過(guò)調(diào)試成型電路察覺(jué)到(DS18B20)不僅僅是有優(yōu)點(diǎn)的，然而還有一些缺點(diǎn)比如：簡(jiǎn)潔的電路連接的結(jié)果是系統(tǒng)有了復(fù)雜的軟件時(shí)序，編寫(xiě)軟件時(shí)序的復(fù)雜，導(dǎo)致了整個(gè)軟件的復(fù)雜化；(DS18B20)在測(cè)量的時(shí)候，靈敏度不行，當(dāng)溫度進(jìn)行快速的改變時(shí)無(wú)法及時(shí)的顯示出其變化。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由(DS18B20)建立的多路溫度測(cè)量系統(tǒng)僅僅只適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，(DS18B20)對(duì)外界環(huán)境溫度的細(xì)微變化比較敏感；但是不適合使用在要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、溫度跨度大的地方測(cè)量。致謝通過(guò)這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，令我受益匪淺，又經(jīng)歷了一次系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)前，認(rèn)為根本沒(méi)有什么困難，然而我在實(shí)際操作過(guò)程中，才清楚地認(rèn)識(shí)到自己的不足，端正了學(xué)習(xí)態(tài)度。本畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成得到了老師和同學(xué)大力支持和幫助，尤其是我的指導(dǎo)老師孫老師，在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間，仔細(xì)耐心的給予了本人悉心地指導(dǎo)，在每次設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了孫老師很多寶貴的時(shí)間和精力。再次向指導(dǎo)老師表示忠心的感謝。在課題完成過(guò)程中，我還得到了許多老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。老師給我提供了很多思路與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我深入理解課題的有關(guān)知識(shí)與方法起到了重要作用。在此，我對(duì)這些給予幫助的老師也表示誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)在和同學(xué)們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此，對(duì)他們表示由衷的感謝！最后，也非常感謝學(xué)習(xí)期間的授課老師和同學(xué)在學(xué)習(xí)中給我的教導(dǎo)和幫助，謝謝!衷心的感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專(zhuān)家、教授！由于本人水平有限，難免有考慮不足之處，所以懇請(qǐng)老師同學(xué)們批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)[1]