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基于单片机温度检测毕业论文

毕业论文（设计）

题目名称：

基于单片机的温度检测设计探讨

题目类型：

毕业设计

院（系）：

电子信息学院

专业班级：

自动化10903班

时间：

2013年3月11日—2013年6月10日

长江大学毕业论文（设计）任务书

学院（系）：

电信学院专业：

自动化班级：

10903

学生：

吕腾飞指导教师/职称：

英芝

1.毕业论文（设计）题目：

基于单片机的温度检测设计探讨

2.毕业论文（设计）起止时间：

2013年3月11日～2013年6月10日

3．毕业论文（设计）所需资料与原始数据（指导教师选定部分）：

（1）基于Proteus单片机原理实用教程

（2）数字温度传感器DS18B20的应用

（3）通过查阅有关论文

4.毕业设计（论文）应完成的主要容

测量的温度围：

－40℃～125℃

测量精度：

     0.5℃

传输距离100米

四位显示

5.毕业设计（论文）的目标与具体要求

目标：

（1）根据设计要求，利用单片机和温度传感器DS18B20设计温度检测系统；

（2）培养学生查阅资料、分析问题和解决问题；

具体要求：

（1）完成温度控制系统硬件电路的设计

（2）完成温度控制系统软件程序编写，以与软件仿真

6.完成毕业设计（论文）所需的条件与上机时数要求

所需条件：

微型计算机1台,DS18B20,AT89C51单片机

上机时数要求：

2小时60天=120小时）

任务书批准日期2013年3月11日教研室（系）主任（签字）:

任务书下达日期2013年3月11日指导教师（签字）:

完成任务日期2013年6月10日学生（签字）:

长江大学

毕业设计（论文）开题报告

题目名称：

基于单片机的温度检测设计探讨

院（系）：

电子信息学院

专业班级：

自动化10003班

学生姓名：

吕腾飞

指导教师：

英芝

辅导教师：

英芝

开题报告日期：

2013年3月23日

毕业设计（论文）开题报告

学生：

吕腾飞电子信息学院

指导教师：

英芝电子信息学院

1题目来源

本课题来自于实验室研究项目。

2研究目的和意义

单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用,温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量,对单片机温度测量系统的研究有重要目的和意义。

温度检测在工业生产和日常生活中应用广泛，通常可利用温度传感器和单片机来实现。

集成温度传感器部集成有感温元件、补偿和放大电路等，具有误差小、体积小、使用方便等优点，如DSl8B20。

本文使用AT89C51单片机、温度传感器DSl8B20设计一个温度测量系统，以掌握温度传感器在单片机系统中的使用方法。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片含有4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和128的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

3阅读的主要参考文献与资料名称

[1]徐爱钧.单片机原理实用教程[M].电子工业,2011

[2]廖冬初，聂汉平.电力电子技术基础[M].华中科技大学·2006

[3]方佩敏主编.新编传感器原理·应用·电路详解[M].:

电子工业,1993

[4]粤.倪伟.DS18B20在分布式测温系统中的应用[J].：

工学学报，2002

[5]传友.感测技术基础[M].电子工业.

[6]康华光.电子技术基础，高等教育

[7]朱宇光.单片机应用新技术教程[M].：

电子工业,2007

[8]江力.单片机原理与应用技术[M].：

清华大学，2006

4课题背景

在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对温度进行检测和控制。

采用51单片机来对温度进行控制,具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件,在工业生产中称为必不可少的器件,尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。

本论文设计实现了温度实时测量、显示系统。

本设计方案具有较高的测量精度,适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业。

5主要研究容、需重点研究的关键问题

1．主要框架：

本系统硬件电路可分为三个部分:

一传感器部分；二单片机部分；三数码动态显示部分。

系统中数据采集由温度传感器DS18B20采集被测对象的实时温度，提供AT89C51的P3.7口作为数据输入。

传感器感受环境温度，输送温度信号，而单片机部分是本系统的核心、中枢，数码动态显示部分可以实现数据的动态显示。

设计总体框图

长江大学毕业论文（设计）指导教师评审意见

学生

专业班级

毕业论文

（设计）题目

指导教师

职称

评审日期

评审参考容：

毕业论文（设计）的研究容、研究方法与研究结果，难度与工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评审意见：

指导教师签名：

评定成绩（百分制）：

_______分

长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语

学生

专业班级

毕业设计

（论文）题目

评阅教师

职称

评阅日期

评审参考容：

毕业论文（设计）的研究容、研究方法与研究结果，难度与工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生的学习态度和组织记律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评语：

评阅教师签名：

评定成绩（百分制）：

____分

长江大学毕业论文（设计）答辩记录与成绩评定

学生

专业班级

毕业论文（设计）题目

答辩时间

年月日～时

答辩地点

一、答辩小组组成

答辩小组组长：

成员：

二、答辩记录摘要

答辩小组提问（分条摘要列举）

学生回答情况评判

三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：

_______分

毕业论文（设计）最终成绩评定（依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文（设计）评分的相关规定）

等级（五级制）：

_______

答辩小组组长（签名）：

秘书（签名）：

年月日

院（系）答辩委员会主任（签名）：

院（系）（盖章）

基于单片机的温度检测设计探讨

学生：

吕腾飞，电子信息学院

指导教师：

英芝，长江大学电子信息学院

[摘要]：

单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用,温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。

这篇论文从硬件和软件两方面完成了AT89C51单片机温度控制系统的设计，对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。

在硬件方面主要介绍了以MCS-51系列单片机8051、温度传感器DS18B20、数码管的动态显示等芯片组成的温度测量电路。

本文结合实际使用经验，完成了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接与软件编程，并给出了软件流程图。

本设计有效的提高了控制系统的实时性改善了温度测量的自动化程度,具有较高的实用价值。

该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。

关键词单片机；温度测量；单总线；数字温度传感器

MCS-51SINGLE-CHIPTEMPERATURECONTROLSYSTEM

Student:

QinLei,Collegeofelectronicinformation

Teacher:

GaoXiue,Collegeofelectronicinformation

[Abstract]Thesinglechipmicrocomputerisrequiredextensivelyinmeasurementandcontrolsystems,andthetemperatureneedtobesurveyed,controlledandmaintainedbyasystemfrequently.Thisarticalfrombothhardwareandsoftwarecompletingthedesighofat89c51single-chiptemperaturecontrolsystem,briefdescribingthehardwareshematicdiagramandprogramdiagram.IntheaspectofhardwaremainlyintroducedMCS-51、DigitalthermometersensorDS18B20、digitalcontrolofthedynamicdisplay,whichcomposedtemperaturemeasurement;Thearticalconbinedwithpraticalexprience,completingtheDS18B20digitalthermometersensorunderthesinglechip’shardwareconectionandsoftwareprogame,what’smore,givingtheflowchartofsoftware.Thissystemenhancesreal-timecharacterofcontrolsystemeffectively,improvestheautomaticdegreeoftemperatureandhigherpracticevalue.Thissystemisappliedinsuchdomainsaswarehousedetectingtemperature；air-conditionercontrollingsysteminbuildingandsupervisoryproductiveprocessetc.

KeywordsTemperaturemeasure；Singlebus；Digitalthermometersensor；Singlechipprocessor

1引言

1.1课题背景

在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对温度进行检测和控制。

采用51单片机来对温度进行控制,具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点,为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件,在工业生产中称为必不可少的器件,尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。

本论文设计实现了温度实时测量、显示系统。

本设计方案具有较高的测量精度,适合对温度精度要求较高的化工生产、电力工程等行业。

1.2课题研究的目和意义

单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用,温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量,对单片机温度测量系统的研究有重要目的和意义。

温度检测在工业生产和日常生活中应用广泛，通常可利用温度传感器和单片机来实现。

集成温度传感器部集成有感温元件、补偿和放大电路等，具有误差小、体积小、使用方便等优点，如DSl8B20。

本文使用AT89C51单片机、温度传感器DSl8B20设计一个温度测量系统，以掌握温度传感器在单片机系统中的使用方法。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片含有4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器和128的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

1.3课题完成的功能

基于单片机的温度测量系统，这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路,该电路非常简单，易于实现,并且适用于几乎所有类型的单片机,本文采用单总线（也称为1—WIRE）集成数字温度传感器DSl8B20直接测得温度，单片机要构造适当的时序，以便从DSl8B20中取得数据。

温度的测量值用数码管显示。

2课题的系统设计

2.1系统概述

单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。

为此在本文中作者设计了基于ATMEL公司AT89C51的温度测量系统。

这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路，该电路非常简单，易于实现，并且适用于几乎所有类型的单片机。

本系统硬件电路可分为三个部分:

一传感器部分；二单片机部分；三数码动态显示部分。

系统中数据采集由温度传感器DS18B20采集被测对象的实时温度，提供AT89C51的P3.7口作为数据输入。

传感器感受环境温度，输送温度信号，而单片机部分是本系统的核心、中枢，数码动态显示部分可以实现数据的动态显示。

本课题硬件电路设计的较为简要，在电路的调试方面不算困难，而系统的程序应该是核心的核心。

其简单框图如下：

图1设计总体框图

2.2系统设计原则

要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。

高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。

提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:

使用可靠性高的元器件;设计电路板时布线和接地要合理;对供电电源采用抗干扰措施。

单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。

一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。

因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。

2.3系统工作原理

电路图如下：

图2系统电路

系统的硬件电路连线如下

（1）把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的ABCDEFGDP端子上。

（2）把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。

（3）把DS18B20芯片插入“四路单总线”区域中的任一个插座中，注意电源与地信号不要接反。

（4）把“四路单总线”区域中的对应的DQ端子连接到“单片机系统”区域中的P3.7/RD端子上。

本电路由5V的外部稳压源提供工作电压，外部有一个晶振电路，构成单片机的部晶振电路，为单片机提供所需要的时钟频率，可获得较高的刷新频率，频率为12MHz，可以满足整个电路对频率的要求。

温度传感器感受到外部环境的温度，通过“串行通讯”方式，把温度信号直接以数字信号的形式传送到单片机AT89C51的P3.7端口，P3.7口部具有上拉电阻，可以方便的使用单总线接口。

单片机的P2.0～P2.7端口分别和数码管的控制脚相连，即数码管的3、8端。

同时数码管的其他接口和单片机的P0口相连。

然后单片机工作，（运行一系列程序）经过写，读，转换，显示等一系列的运行,显示结果送到数码管，四个数码管采用动态显示技术，最后准确的显示环境温度。

同时本设计中采用了复位电路，在正常状态下本复位电路用处不大，但当出现死机等状态时，复位键可以在CPU不需要重起的情况下，复位成功。

3温度检测系统的硬件设计

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器与A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小、而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

3.1AT89C51单片机

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机片含4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统与80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。

AT89C51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片时钟振荡器。

3.1.1单片机引脚

单片机有4个I/0端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。

每个端口都包括一个锁存器（即专用寄存器PO-P3）、一个输入驱动器和输入缓冲器。

通常把4个端口称为PO-P3（见图3）。

在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/0端口使用。

在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，PO口分时作为低8位地址线和双向数据总线。

各自特点如下：

（1）PO口为双向8位三态I/0口，它既可作为通用I/O口，又可作为外部扩展时的数据总线与低8位地址总线的分时复用口。

作为通用1/0口时，输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器;输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。

每个引脚可驱动8个TTL负载。

（2）PI口为8位准双向1/0口，部具有上拉电阻，一般作通用1/0口使用，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线，作为输入时，锁存器必须置1。

每个引脚可驱动4个TTL负载。

（3）P2口为8位准双向1/0口，部具有上拉电阻，可直接连接外部1/0设备。

它与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。

一般作为外部扩展时的高8位地址总线使用。

（4）P3口为8位准双向1/0口，部具有上拉电阻，它是双功能复用口，每个引脚可驱动4个TTL负载。

作为通用1/0口时，功能与P1口一样，常用第二功能。

控制线一共有6条:

（1）ALE/

:

地址锁存允许/编程线，配合PO口引脚的第二功能使用。

在访问片外存储器时，89C51CPU在P0.7-P0.0引脚上输出片外存储器低8位地址的同时在ALE/

上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7-P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。

在不访问片外存储器时，89C51自动在ALE/

上输出频率为fosc/6的脉冲序列。

该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用。

（2）

/Vpp:

允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制89C51使用片R0M还是使用片外R0M。

若

=0，则允许使用片R0M;若

=1则允许使用片外ROM.

（3）

:

片外ROM选通线，在执行访问片外R0M的指令M0VC时，89C51自动在PSEN上产生一个负脉冲，用于为片外R0M芯片的选通。

其他情况下PSEN线均为高电平封锁状态。

（4）RST/VPD:

复位/备用电源线，可以使89C51处于复位工作状态。

图3AT89C51引脚图

3.1.2时钟晶振电路和复位电路

时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机部各种微操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。

复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。

时钟晶振电路和复位电路见图4。

图4时钟晶振电路和复位电路

3.2传感器的基本特性

在监控系统中有各种不同的物理量需要监测和控制，这就要求传感器能感受被测非电量并将其转换成与被测量有一定函数关系的电量。

传感器所测量的非电量是处在不断的变化之中，传感器能否将这些非电量的变化不失真地转换成相应的电量，取决于传感器的输入一输出特性。

传感器这一基本特性可用静态特性和动态特性来描述。

传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。

传感器静态特性的主要技术指标有:

线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。

传感器的动态特性是指传感器测量静态信号时，由于被测量不随时间变化，测量和记录过程不受时间限制。

而实际量的被测量是随时间变化的动态信号，传感器的输出不仅需要精确地显示被测量的大小，还要显示被测量随时间变化的规律，即被测量的波形。

传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。

动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。

传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以与试验分析的方法确定，其动态特性参数如:

最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应围、临界频率等。

动态特性好的传感器，其输出量随时间的变化规律将再现输入量随时间的变化规律，即它们具有同一时间函数。

但是，除了理想情况以外，实际传感器的输出信号与输入信号不会具有一样的时间函数，由此引起动态误差。

3.3DS18B20简介

3.3.1DS18B20数字温度传感器概述

美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器，可以直接将被测温度转化为串行数字信号供微机处理，通过简单的编程实现9位的温度读数。

并且多个DS18B20可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。

由于每一个DS18B20出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省大量的引线和逻辑电路。

与其它温度传感器相比，DS18B20具有以下特性:

（1）全数字温度转换与输出。

（2）先进的单总线数据通信。

（3）最高12位分辨率，精度可达土0.5°C。

（4）12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。

（5）检测温度围为–55°C~+125°C（–67°F~+257°F）

（6）置EEPROM，限温报警功能。

（7）多样封装形式，适应不同硬件系统。

DS18B20常用的封装有TO-92和8引脚的SOIC封装，如图5所示:

图5DS18B20的封装和引脚

对图5中DS18B20的引脚功能说明如下:

NC:

空引脚，不连接外部信号。

VDD:

接电源引脚，电源供电3.0-5.5V.

GND:

接地。

DQ:

数据的输入和输出引脚。

DQ引脚的1/O为数据输入/输出端（即单线总线），常态下呈高电平。

3.3.2单线总线技术

单线总线，即1-wire技术是DS18B20的一个特点。

该技术采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术有线路简单，硬件开销少