基于proteus的温度测控系统仿真设计Word文档下载推荐.docx
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如今在工业和农业生产的车间和设备以及我们的日常生活中的某些场合对温度的测量以及对它控制有着重要的作用。
在这些领域中，经常需要对某些系统进行温度的监控，基本上普遍时间了监控。
当今文用单片机技术通过方正可以很容易实现系统温度实时检测。
有很多种方式都能够实现温度的自动检测。
本论文设计的温度自动检测系统是利用单片机AT89C51作控制器，通过数字式传感器DS18B20进行温度传感从而实现温度的测量，并通过LED数码显示管进行温度自动显示，并通过Proteus软件进行仿真最终实现系统的功能。
本文单片机温度测量系统的总体方案如下：
（1）温度的测量的上下限为-20℃和70℃；
（2）通过温度传感器来检测某一环境的温度；
（4）通过LED数码管来显示；
（5）Proteus软件进行仿真。
1设计要求及方案
温度的检测系统是工业和农业以及化工生产过程中重要的被控参数。
在各个行业生产以及处理过程中普便使用的各种加热器件、热处器件、反应炉等对处理过程中必须要对温度进行严格检测。
本论文通过计算机控制技术可以实现对温度的实时检测并将它变成智能化、自动化而且能够实时全面的监控到温度，使其达到安全的保障。
1.1温度自动检测系统技术指标
根据本系统需求所需要的技术指标如下：
1工作温度范围：
本论文是检测某一环境下的温度，由于我选择的温度的范围有限所以不适合那些温度很高的环境或设备温度。
2分比率：
本论文用的是DS18B20温度传感器，DS18B20有着自身的最小解析来自环境的热辐射差异的能力。
3测量温度的范围：
本论文所设计的温度测控系统的温度上下限为最低温度-20℃，最高的温度为70℃。
4工作电压：
本论文是以单片机为主要芯片其工作电压为5V，其次温度传感器DS18B20的工作电压是3.3V—5.5V，所以Protues软件仿真所以必须在5V以下的电压下进行。
1.2温度检测系统的原理功能
系统原理是通过DS18B20传感器来检测某一环境下的温度高低。
并将所测得热转变成所对应的的电信号，最后将转变成电信号进行处理最终显示到LED显示器上。
1.3温度检测方案
本论文主要任务是完成某一环境温度的检测。
并且系统具有操作便力，易操作等优点。
本论文设计所需要的元器件有：
单片机AT89C51，温度传感器DS18B20，LED显示模块等。
本论文通过pretues仿真来实现温度的实时监控。
其总体电路图如图1所示
Proteus软件仿真
图1系统总体电路框图
2单片机以及所用的元器件介绍
2.1单片机
单片机还可以叫做单片微控制器，它是把一个计算机系统的电路结构全部集成到一个芯片上，这就是它区别于逻辑功能芯片的原因。
一个微控制器包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，我们可以看到，它就好似于一个微小的计算机，不过它不同于计算机，因为相较计算机，它缺少了很多外围设备。
单片机具有小巧灵活，成本低廉，应用范围非常广的优点，这就我们为学习和开发电子设备创造了有利条件。
2.2AT89C51单片机单片机基本结构
本系统所用的AT89C51是8位单片机，具有体积小，功能全，面向控制，开发应用方便等特点。
是测控应用领域较理想的8位微型计算机
。
AT89C51其实就是只读存储器这个存储器可以用来编程也可以将原有程序进行擦出内存为4K字节其英文名称是（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）并且是一种性能很高的CMOS8位微型处理器。
所以AT89C51被很多的嵌入式系统所提供的一款高性能的单片机。
期主要的特性包括有：
与MCS-51兼容4K字节可编程闪烁存储器、32可编程I/O线、 128×
8位内部RAM、全静态工作：
0Hz-24MHz、5个中断源、数据保留时间为10年、寿命：
1000写/擦循环、两个16位定时器/计数器、三级程序存储器锁定、可编程串行UART通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。
其单片机内部结构的截图如下图2所示：
图2AT89C51系列单片机内部结构框图
AT89C51单片机的内部结构框图如图2所示。
AT89C51单片机内部结构由8大部分组成的，这8大部分是：
·
一个8位中央处理器CPU。
其主要是由控制部件、运算部件所组成。
其中还包括时钟电路和振荡电路，它的主要功能是用来完成单片机的运算和控制。
从而成为了单片的核心，成为其主要的功能特性。
单片机片内的可读写存储器RAM内存为128字节。
其主要的功能就是存放可读写的数据，这样可以计算出运算的中间结果或者是最后的结果
片内程序只读存储器ROM，功能是用来存放已经编制好的的程序，也包括可以存放一些原始的数据和一些表格。
集齐18个特殊功能为一体的一个SFR寄存器。
其主要的功能就是于控制和管理单片机片内逻辑部件、并行和串行I/O口、定时器和计数器、中断系统等模块的工作功能。
P0口、P1口、P2口、P3口4个8位并行输入输出I/O的接口，用来同时输入和输出所计算出来的数据。
1个能够使数据1位串行数据在计算机与外接设备之间的传递的串行I/O接口。
其主要用于软件的4种工作方式和与处理机通讯。
2个16位定时器/计数器。
它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。
1个功能强大的中断系统包括5个中断源，可编程为2个优先级的。
它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。
2.3单片机外部引脚功能
图3AT89C51单片机引脚图
如图3所是AT89C51芯片引脚结构。
其内部有40个引脚，其引脚的分布示意图以及功能的分类很直观。
从上示意图我们看出其中两个是主电源的引脚一个接主电源一个接地，有两个是晶体（外接）的引脚其主要是用于晶振和最小震荡，还有四个引脚是控制其它电源备用的引脚，生下来最后的是三十二个引脚是用于条输入或输出I/O引脚。
下面介绍4个引脚的功能
1.源引脚Vcc和Vss
第40脚：
这个引脚必须接﹢5V作为单片机的主电源；
第20脚：
这个引脚必须接﹢5V的地端作为单片机的备用。
2.两个晶体引脚XTAL1，XTAL2
外部晶体XTAL1（引脚第十九）：
该引脚连接一个外部石英晶体。
它在AT89C51单片机也作为一个反相放大器的输入端从而构成片内振荡器。
当采用外部时钟时这个晶振引脚接地；
但是有时也可以作为外部振荡的输入端。
比如CHMOS单片机。
晶振引脚XTAL2（第18引脚）：
位于AT89C51单片机的内部该引脚接外部晶体的另一端。
在单片机接反相放大器输入端。
除此之外当采用外部时钟时，对于AT89C51单片机外部震荡信号的输入端就是这个引脚；
除此之外该引脚是悬空不接任何电源。
3.控制信号的复用引脚也可以用作备用电源的引脚。
首先该引脚也可以用作备用电源的引脚控例如RST/VPD、ALE/
、
和
/VPP这4种控制型号形式。
（1）首先RST/VPD（第9引脚）：
RST就是RESET另一个VPD是备用电源的引脚，其原理就是当AT89C51振荡器开始工作的时候，具有高电平的两个机械周期以便完成复位操作。
当Vcc不稳定故障时，把该引脚接上VPD就可以实现内部供电，保证存储器中的数据不丢失或损坏起到保护作用。
（2）ALE/
（第30引脚）：
其引脚的功能是当在外部存储器ALE主要中用在信号输出以每两个机械震荡的周期，锁定兵器存储来自P0引脚的低8位地址。
当不在外部存储器时，其引脚还是保持不原有频率，原有的周期，原有的来自晶振脉冲信号，用于定时或者是产生一些类的时钟钟摆型号。
ALE/
引脚也可以于接接在电源VPP上。
4.P0口、P1口、P2口及P3口四个输入/输出引脚
（1）P0口（从39到32引脚）：
P0口是一个双向I/O口，含有8位TTL门电流、漏级开路，各个管脚能够汲取。
高阻输入为P1口的管脚第一次写1。
P0端口可以使用外部程序数据存储器，为数据/地址的第八位使用。
P0口输入作为原始代码编程快闪，检查闪光，P0口输出图元，然后P0外部必须被拉。
在AT89C51中P0口主要是端口输入指令字节。
（2）P1口（从1到8引脚）：
P1口是一个8位双向I/O口，在里面有上拉电阻，起到缓冲器的功用。
里面拉高是因为P1口引脚写1，能够用作输入，外部拉低P1口，由于里面上拉，可以输出电流。
Flash编程和校验时，可使八分之一位地址。
（3）P2口（从21到28引脚）：
P2口是指从P2.0到P2.7口。
输出电流是因为P2口作为输入引脚是外部拉低。
因为内部上拉[7]。
P2口主要以高8位地址输出的例如：
外部程序、数据存储器地址。
在。
写"
1”时,由于内部上拉的优点,当外部数据存储器读写8个地址,P2口输出的特殊功能寄存器的内容。
收到高八地址信号和控制信号时,P2端口FLASH编程和验证。
（4）P3口（从10到17引脚）：
P3端口不仅是可以用来接收单片机内的4个TTL门的输出电流而且可以作为时间的输入，"
1”是写在P3口在里面，然后拉到较高水平作为输入，由于外部拉低，因为P3引起出口将输出电流
2.4温度传感器（DS18B20）封装及功能介绍
下图为本论文所选用的DS18B20温度传感器的封装图
图4DS18B20的封装示意图
如上图4所示DS18B20是一种单线数字温度传感器，这个传感器在生活中被普片的使用，主要是因为它具有体积较小，并且DS18B20的开销成本很低，比较廉价容易接受，抗干扰的能力非常好及精准度非常高的特点所以这是一款非常不错的传感器。
如图所示我们可以看到DS18B20从封装原理图上看出DS18B20接线引脚少，所以较容易接线，封装成管道式状，螺纹式状，还有磁铁吸附式状，不锈钢封装式等多种多样的形式在各种场合都能一一体现，比如LTM8874等等。
其体积小可以做成各种形状从而美观。
封装后的DS18B20可用于工业农业以及化工业生产过程中各个温度设备以及生产间的温度检测，比如说高炉生产车间，机房，农业生产中的大棚中温的温度监控。
这个传感器主要是Dallas公司生产设计完成的除此之外这个传感器还达到了“一线总线”接口，可防碰撞耐碰磨损，整体看来很宁巧，使用非常容易，在一些狭小空间设备对温度的检测起到关键作用。
为各个农业、工业以及化工业的温度测量系统的构建引入全新概念。
本论文所用的这个传感器的一线接口主要的就是只需要用一个借口通信实现多能化，这样就实现了不光是DS18B20温度传感器，对于大多数传感器对其功能得到了不需外部的原件得到简化。
电压范围3.0V—5.5V无需备用电源。
温度的上下限时-20℃—+70℃
2.5LED显示器
LightEmittingDiode是LED的英文名称，也就是我们所说的发光二极管，所谓的LED就是能够直接把电转化为光的半导体（固态）芯片器件。
LED显示屏最核心的部件就是固体半导体芯片（也是晶片），该半导体焊在三丰LED的支架上，该发光二极管的一端是接正极就是接在电源的正极上
另一端是接在电源的负极，然后整个晶片用一种叫做环氧的树脂抱起来进行封装。
其实该晶片是由两部分组成的，第一是P型的半导体跟书上说的一样主要是空穴，离子电荷多。
第二就是N半导体，当然就是电子占据着主导地位。
这样两部分连接起来就形成了“P-N结”就这样当电流经过“P-N结”在我们所说的晶片珊瑚中，在N区的电子就会受到推理送到P区跟里面的电子组合又被叫做空穴复合，然后通过能量转换电能以光子的形式转换成光能发出两关从而形成LED显示屏的发光原理。
2.5.1LED的优点
LED显示屏凭借自己独特的优点和它的灵巧性被公众场所广泛使用下面介绍其功能特点
（1）耐用性：
上面说到LED是被一种叫做环氧树脂抱起来进行封装的，所以比起我们一些家用的灯泡或者一般的荧光灯到要坚固许多许多，不像他们里面比较松动那是不可能的，具有很好的耐用性不易损坏。
（2）节能性：
LED功耗低其单管功率不到0.06具有很百分之九十九的的电光转换率，而且节约能耗没有污染能够达到环保标准。
比一般的照明灯能够节能许多，具有很高的节能性。
（3）使用时间长：
LED有被誉为人类的长寿灯可以看出他的寿命时间很长，有着永不熄灭的称号，由于被环氧树脂封装不存在封装上的松动，不会产生发热影响其寿命，一般的LED可用到6小时万以上的时间比一般的节能灯使用寿命多出好几倍。
（4）多彩性：
利用LED的三基色原理（红、绿、蓝）在通过电脑技术可以实现256级不同级别的色彩计算一下拥有167000000多种颜色。
随便选想什么样的颜色就什么样的颜色达到多样的千边万化的颜色形成各种丰富多彩的栩栩如生的效果图像。
（5）环保性：
LED是一种大众所知的绿色健康照明光源，不会产生热量而且不会发出紫外线和红外线因而不对产生辐射，到使命使用完时，可以回收达到可再利用其环保性号。
无论怎么说在环保环节是非常完美的。
（6）高新性：
LED光源的发光效果是一种通过了计算机、网络通信、图像处理、嵌入式控制等技术融合在一起的低压微电子所发出来的光，其效果可想而知非常完美可设计出多种多长的不同的图案等属于数字信息化时代的半导体光电件的高新技术融合了在线编程、在线升级灵活多变技术和特点。
2.5.2LED工作方式
LED有以下两种工作方式一种是静态显示工作方式，另一种是动态显示方式
（1）.LED静态显示方式
所谓的LED静态显示方式就是把所有的共阴极通过电路线连接到一条线路进行拼接接到电源的负极或者正极但是必须保证电压5V。
然后把显示器的（a~dp）每位的我们称之为断码线分别和一个有八位的锁存器的输出端连接。
这样就到到了各个显示字符一旦定下来其相之对应的锁存器的断码会保持不变，一只持续到下一个字符命令输入为止，具有很高的亮度。
其工作原理电路图如图2-5-1所示：
图3.3
图54位静态LED显示电路
图所示的给我看到的很明显这个4位静态电路的各个位都是独立显示的，如果在这两条断码线上把与之相对应字符的电平进行保持不变，这样会产生显示出来我们所需要的字符。
由于我们所想得到的是在一定时间里能够显示出来不同的字符只有在显示方式接口进行编程。
这样代价比较大而且花费也比较大，所以LED的静态显示方式适用于一个一个显示器的。
当显示器的为数增多也就是锁存器必须与之相对应的增多这种静态显示方式很明显不适合了。
2.LED动态显示方式
动态显示方式适用于显示器位数也就是锁存器教的的时候。
当LED显示位数增加时，为了不把电路复杂化我们将所有的LED显示位的断码线找到，然后并联到一起用一个串行I/O口进行控制。
这样就会形成多路复用，相对印的I/O口各自控制着自己的LED显示位的共阳极或者是共阴极。
从而达到分时选通。
其电路图如图6所示：
图6LED动态显示电路图
LED的动态显示方式可以给人一种余晖和人眼的视觉暂留作用，要避免这种效果需要做的就是把LED显示的显示位的显示间隔足够留的短，这样不仅仅可以达到多位同时亮的效果还可以进行同时显示。
总体来说是静态显示方式也好还是动态显示方式也罢。
会根据LED显示位不同位显示的时间和LED显示位的显示间隔效果一起共同作用。
给LED显示器供电也就是给它的晶片供电使本身的发光二极管导通然后使其发光会产生一点点时间上的时延，所以如果给其供电时间短的话，LED显示器的发光会有点弱，或导致我们视觉上的模糊；
相反要是他的供电时间太长的话也不好，因为会使其的频率受限，会使晶片内部的CPU一直处于高占用的状态
3硬件设计
3.1系统电路结构
其整体的电路图如图7所示示
图7系统电路结构图
3.2单片机最小系统
单片机的最小系统指的是来自系统完成我们所需要的位操作的时钟信号。
我们所指的这个时钟信号是由单片机内我们所设计的时钟电路产生而来的。
它跟单片机外部的时钟信号直接连接起来。
并且和外部时钟信号有着相同的作用。
所以我们说的单片机的最小系统包括两种形式。
一种是外部振荡的方式，一种是内部振荡的方式。
如下图8我们看到的是单片机最小系统中的内部振荡方式。
图9使我们所使用的外部振荡方式的电路图我们设计的温度测控系统的振荡方式采用的是外部振荡方式
图8单片机内部振荡方式电路图
图9单片机外部振荡方式电路图
复位方式的选择：
复位方式就是我们日常生活中所说的清零，很多时候在产生下一个数据时需要用到复位。
AT89C51的复位方式在通常情况下有两种一种是上电复位，还有一种就是开关复位。
磁芯复位电路如前所述，必须保证高水平的10ms的更稳定的RET引脚，使我们能够实现可靠复位。
如下图所示看到开关复位和上电复位的两者复位方式的电路图。
图10上电复位的组合电路图
图11开关复位的组合电路图
本论文的温度测控系统选择的是第一种复位方式也就是上电复位可以在温度检测时不会被其他电路占用，而且复位方式简单易懂操作起来很容易。
设置一个上电开关复位键就可以了。
3.3温度采集传感电路
在前面章节我们看到我们所选用的温度传感器是用DS18B20来进行传感，下面我们介绍其电路的连接。
1.独特的单线“一线口线”的接口方式，DS18B20的一线口线功能优点体现他仅仅需要一线口线就可以了实现与单片机之间的双向通讯。
而且效果毋庸置疑非常棒。
2.本论文所选用的的温度传感器DS18B20可以实现多组网功能效果，我们可以将多个温度传感器DS18B20通过电路中的并联方式并联在一个三线上面这样的话我们可以实现在一个场合多个地方温度的检测功能。
3.本论文设计的温度测量系统我选用的是通过温度分辨路在百分之零点五摄氏度的精度将问的的上下线控制-20℃到+70℃。
4.工作电压：
3—5V。
温度传感器最简单连接方法是传感器输出直接与微处理器相连，而多个连接的时候最好接上+5V电压，避免因为数量过多，电源电压过低，从而造成信号传输不稳定。
连接如图12
图12DS18B20与微处理器连接图
DS18B20温度传感器可将所采集的温度信号处理成数字信号信息通过端口直接传给单片机AT89C51进行处理，因为DS18B20用12位存储温度值，最高位为符号位，负温度S=1，正温度S=0.如：
0550h，+85℃，0191h+25.0625℃-55℃，fc90h
3.4温度显示电路
温度显示采用LED数码显示管动态显示，显示有4个LED数码显示管共同完成，小数点在LED4上面。
第一个LED显示温度的正负由单片机P3.7口直接控制，其余的通过芯片74LS245与单片机相连。
如下图。
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