基于51单片机的温度检测系统.docx

1、基于51单片机的温度检测系统单片机C语言课题设计报告设计题目：温度检测指导老师： 设 计 人： 学 号： 班 级： 设计时间： 摘要本课题以51单片机为核心实现智能化温度测量。利用18B20温度传感器获取温度信号，将需要测量的温度信号自动转化为数字信号，利用单总线和单片机交换数据，最终单片机将信号转换成LCD可以识别的信息显示输出。基于STC90C516RD+的单片机的智能温度检测系统，设计采用18B20温度传感器，其分辨率可编程设计。本课题设计应用于温度变化缓慢的空间，综合考虑，以降低灵敏度来提高显示精度。设计使用12位分辨率，因其最高4位代表温度极性，故实际使用为11位半，而温度测量范围为

2、-55+125，则其分辨力为0.0625。设计使用LCD1602显示器，可显示16*2个英文字符，显示器显示实时温度和过温警告信息，传感器异常信息设。计使用蜂鸣器做警报发生器，当温度超过设定值时播放卡农，当传感器异常时播放嘟嘟音。 一、设计功能由单片机、温度传感器以及液晶显示器等构成高精度温度监测系统。温度显示精确到小数点后四位。按键设定过温值，过温在液晶屏提示并响铃卡农一次，直到温度正常。设计传感器状态检测函数，传感器工作不正常在液晶屏警告提示，响警告铃，直到故障排除。proteus做系统硬件电路设计并仿真。二、系统设计 三、器件选择3.1温度信号采集模块传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器

3、，采用热敏电阻，可满足 40度 至 90测量范围，但热敏电阻可靠性差，测量温度准确率低，对于1的信号是不适用的，还得经过专门的接口电路转换成数字信号才能由微处理器进行处理。目前常用的微机与外设之间进行的数据通信的串行总线主要有总线， SPI 总线等。其中总线以同步串行 2 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线）。SPI 总线则以同步串行 3 线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线）。这些总线至少需要两条或两条以上的信号线。而单总线（ 1-wire bus ），采用单根信号线，既可传输数据，而且数据传输是双向的， CPU 只需一根端口线就能与诸多单总线器件通信，占用微处理器

4、的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。单总线具有广阔的应用前景，是值得关注的一个发展领域。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连接到数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为 4.7K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。3.1.1 DS18B20 数字式温度传感器DS18B20 数字式温度传感器使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路

5、的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，大大缩短了开发的周期 。3.1.2 DS18B20特性采用单总线的接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，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。（1） 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2） 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）

6、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4） DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5） 温范围55+125。（6） 可编程 的分辨率为912位，对应的分辨力分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7） 在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（8） 测量结果直接输出数字温度信号，以 1-wire bus 串行传送给CPU，可选择同时传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错

7、能力。（9） 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。3.1.3 DS18B20结构DS18B20的内部结构3.1.4 DS18B20测温原理DS18B20测温原理框图图中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

8、加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。3.1.5 DS18B20的读写功能 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FE6FH，-55的数字输出为

9、FC90H 。DS18B20温度数据表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EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。TMR1R011111配置寄存器结构低五位一直都是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，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms温度分辨

10、率设置表寄存器内容字节地址温度值低位 （LS Byte）0温度值高位 （MS Byte）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7CRC校验值8DS18B20暂存寄存器分布根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）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 复位操作，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，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。指

11、令约定代码功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合 ROM55H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 ROM0FOH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 ROM0CCH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。温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转

12、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 EEPROM0B8H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 ”。ROM指令表3.2 液晶显示器1602LCD 显示容量:162个字符，芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2

13、.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。3.2.1引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极3.2.2 1602LCD的指令说明及时序序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回00000000

14、1*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如图3.2.3 1602LCD的一般初始化过程 延时15mS 写指令38H（不检测忙信号） 延时5mS 写指令38H（不检测忙信号） 延时5mS 写指令38H（不检测忙信号） 以后

15、每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号 写指令38H：显示模式设置 写指令08H：显示关闭 写指令01H：显示清屏 写指令06H：显示光标移动设置 写指令0CH：显示开及光标设置四、软件设计4.1 1602LCD程序设计流程图4.2 DS18B20程序设计流程图 4.3 主程序设计流程图五、设计总结在这课题设计中我学到了很多东西，获益匪浅。本次课题以51单片机为核心实现了智能化温度测量，过温警告，传感器异常警报功能。利用温度传感器获取被控对象指标，通过温度传感器将需要测量的温度信号转化为数字电信号，通过单总线与MCU进行传输，再经单片机转换成显示器可以识别的信息，最后显示输出。在一开始，我

16、制订了合理的规划，绘制了与课题相关的硬件原理图，分析了单片机的各I/O端口。然后进行程序设计的分析，设计绘制流程图，并按照流程图，进行程序段的编写。接下来把所有的程序段组合在一起综合分析，最后烧录到单片机上进行硬件调试。 在这整个过程当中，我遇到了重重困难。（1）高位为零时消隐；（2）18B20上电温度误判；（3）LCD显示闪烁；（4）18B20修复温度误判；（5）LCD查表写坐标混合显示。通过一次次的反复分析和调试，查阅互联网资料最终成功解决。这其中的苦泪和欢笑只有自己知道。 通过程序的编写我收获了很多，并总结到大多数故障问题源于程序里括号及分号的错误。通过这次课题设计，我深深意识到学习单片

17、机不是只要学好怎样写程序就够了，还要对硬件有所了解，要把软件与硬件相结合才，期间还要经过多次的失败，需要相当的耐心和细致的思考来排除一切困难，一步一步地解决问题。 在此，我要特别施芸老师给提供给我这次自我锻炼，自我提升的机会。我定会把这次课题设计积累的经验落实到以后的学习中去。 姓名：钟乾鹏 学号：201112020247 班级：2011级通信技术1班六、参考文献【1】 马忠梅等编著.单片机的C语言应用程序设计（第4版）.北京M：北京航天航空大学出版社，2007【2】 樊明龙等编著.单片机原理与应用.北京M：北化学工业出版社，2005【3】周志德. 单片机原理级应用. 北京M：高等教育出版社，

18、2001鸣谢七、硬件原理图及仿真7.1系统硬件原理图7.2开机滚动显示界面7.3临界温度设置界面7.4传感器异常警告界面八、程序清单#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P37 ; /定义DS18B20端口DQ sbit K5=P23;sbit K6=P22;sbit K7=P21;bit presence ; /初始化标志位sbit lcdrs = P26 ; /加按键 sbit lcdrw = P25 ; /减按键sbit lcden = P27 ;

19、/确定uint T,Temp; /T包含两个单元，用来存储16位温度信息uchar code cdis1 = WELCOM TO USE! ;/正常测温显示界面uchar code cdis2 = TEMP: . C ;uchar code cdis3 = DS18B20 ERR0R ;uchar code cdis4 = PLEASE CHECK ;uchar code cdis5 = Zhong Qian Peng ; /开始滚动界面uchar code cdis6 = Communication 1 ;uchar code cdis7 = !Warning! ; /过温语句uchar c

20、ode cdis8 = -OVER TEMP- ;uchar code cdis9 = Please set temp! ; /设定温度uchar code cdis10 = Max Temp C ;/可设两位uchar bai,shi,ge,xiaoshu1,xiaoshu2,xiaoshu3,xiaoshu4,fuhao,th_temp,tl_temp;char set=30;/set存有设定的温度，设初值为30#define delayNOP() ; _nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ; ;/* * 两个延时函数 * */void Delay(unsi

21、gned int num) while( -num ) ;/void delay1(int ms) unsigned char y ; while(ms-) for(y = 0 ; y250 ; y+) _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; void warning() /蜂鸣器发声 speaker=1;delay1(1);speaker=0;delay1(1); /* * 检查LCD忙状态 * * lcd_busy为1时，忙，等待。lcd-busy为0时,闲，可写指令与数据。 * */ bit lcd_busy() bit result ; lcdr

22、s = 0 ; lcdrw = 1 ; lcden = 1 ; delayNOP() ; result = (bit)(P0&0x80) ; lcden = 0 ; return(result) ; /* * 写指令数据到LCD * * RS=L，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=指令码。 * */void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy() ; lcdrs = 0 ; lcdrw = 0 ; lcden = 0 ; _nop_() ; _nop_() ; P0 = cmd ; delayNOP() ; lcden = 1 ; delayNOP() ; l

23、cden = 0 ; /* * 闪动子程序,闪动1次 * */ void flash() delay1(600); /控制停留时间 lcd_wcmd(0x08); /关闭显示 delay1(200); /延时 lcd_wcmd(0x0c); /开显示 delay1(200); /* * 写显示数据到LCD * * RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=数据。 * */void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy() ; lcdrs = 1 ; lcdrw = 0 ; lcden = 0 ; P0 = dat ; delayNOP() ; lcden =

24、1 ; delayNOP() ; lcden = 0 ; /*/* LCD初始化设定 */*/void lcd_init() delay1(15) ; lcd_wcmd(0x01) ; /清除LCD的显示内容 lcd_wcmd(0x38) ; /16*2显示，5*7点阵，8位数据 delay1(5) ; lcd_wcmd(0x38) ; delay1(5) ; lcd_wcmd(0x38) ; delay1(5) ; lcd_wcmd(0x0c) ; /显示开，关光标 delay1(5) ; lcd_wcmd(0x06) ; /移动光标 delay1(5) ; lcd_wcmd(0x01) ;

25、 /清除LCD的显示内容 delay1(5) ;/* * 设定显示位置 * */void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos | 0x80) ; /数据指针=80+地址变量/* * 初始化ds1820 */*/Init_DS18B20() DQ = 1 ; /DQ复位 Delay(8) ; /稍做延时 DQ = 0 ; /单片机将DQ拉低 Delay(90) ; /精确延时 大于 480us DQ = 1 ; /拉高总线 Delay(8) ; presence = DQ ; /如果=0则初始化成功 =1则初始化失败 Delay(100) ; DQ = 1 ; return(presence) ; /返回信号，0=presence,1= no presence/*/* 向DS18B20读和写一个字节 */*