毕设论文于基单片机的多点温度检测系统Word格式文档下载.docx
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asensornetwork,
andcanmakethe
multi-pointtemperaturemeasurement
circuitissimple,
reliableand
become.
Inthispaper,
combiningwithpractical
experience,
introducesthehardware
ofdigitaltemperaturesensorDS18B20
withsinglechip
andsoftwareprogramming,
andgivesthe
softwareflowchart
Thesystemconsistsof
hostcomputerandslavecomputer
oftwoparts.
Lowermachine
toachievethetemperature
detection
andprovide
standardRS232communication
interface
chip,
useDS18B20
digitaltemperaturesensorAT89C51
chip
ofATMELcompanyandthe
DALLAScompany.PCpart
usingthegenericPC.
Thesystemcanbe
appliedtothestoragetemperature,
buildingairconditioning
controlandproduction
processmonitoringandotherfields
【keywords】:
temperaturemeasurement，Singlebus，Digitaltemperaturesensor，singlechip
目录
【摘要】1
一、绪论4
1.1系统背景4
1.2系统概述4
二、方案论证5
2.1传感器部分5
2.2主控制部分6
2.3系统方案7
三、硬件设计8
3.1主控制器8
3.2温度传感器12
3.3温度测试电路17
3.4键盘与显示电路18
3.5电源以及看门狗电路26
四、软件设计29
4.1概述29
4.2程序设计29
五、结语32
参考文献33
致谢34
附录35
附录一：
温度测试子程序流程图33
附录二主电路电气原理图34
第一章绪论
1.1系统背景
21世纪，科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。
我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的一个主流，广泛地深入到研究和应用工程的各个领域。
温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。
温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。
其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。
随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。
分布式温度传感器在电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑、航空、航天飞行器等有着重要的应用前景，引起研究人员的广泛关注。
近年来，已经有不少分布式温度传感器的报道，包括基于光纤非线性效应的拉曼温度传感器等，但由于其昂贵的成本而无法得到广泛的应用。
1.2系统概述
本设计使用了美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器DS18B20,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点。
以AT89C51单片机作为控制核心，提出了一种基于DS18B20的分布式温度传感系统，多个温度传感节点通过单总线通过单总线与单片机相联形成分布式系统。
单片机通过实时监控温度的变化，通过液晶显示温度的数值，当温度值超出允许范围时，报警器开始报警，从而远程实现对整个温度系统的管理和控制。
第二章方案论证
温度检测系统有则共同的特点：
测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。
若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。
这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；
又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。
所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：
温度传感器的选择和主控单元的设计。
温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首
。
2.1传感器部分
方案一
采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。
而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。
方案二
AD590是一种单片集成的两端式温度敏感电流源，它具有线性优良、性能稳定、灵敏的高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便的优点。
首先要通过温度传感器将温度转换成电量，把它的电流信号转换成电信号，然后放大，输入到A/D转换电路，在输入到数码管显示出来。
方案三
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都使用传感器，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器可以很容易直接读取被测温度值，进行转换就可以满足设计要求。
采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。
便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。
在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。
这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于AT89C51可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。
方案论证
从以上三种方案，很容易看出，方案一、方案二都需要对温度信号进行放大、转换，十分麻烦，电路复杂，且工作量大，稳定性差。
方案三，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用方案三。
采用温度芯片DSB1820测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。
部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更块。
而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。
所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。
本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。
2.2主控制部分
此方案采用PC机实现。
它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。
且人机交互友好。
但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。
需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。
而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦。
此方案采用AT89C51八位单片机实现。
单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。
而且体积小，硬件实现简单，安装方便。
既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。
另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟
从以上两个方案可以看出，方案二更适合本设计，因为它而且体积小，硬件实现简单，安装方便。
故本设计采用方案二
2.3系统方案
综上所述，传感器部分采用温度传感器DS18B20，主控部分采用AT89C51单片机。
总体结构方框图如图2.3-1所示。
图2.3-1总体结构方框图
第三章硬件设计
3.1主控制器
AT89C51是一种集成了众多功能部件、功能强大的单片机，适合于要求硬件功能强大，运算速度块，工作环境恶劣，可靠性高，扩展功能强及低功耗的应用系统。
并且它的市场货源充足。
所以本设计选择了AT89C51单片机。
AT89C51
简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案AT89C51提供以下标准功能：
4k
字节Flash
闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
AT89C51的特性
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
如图3.1-1T89C51单片机40引脚分布图
图3.1-1T89C51单片机引脚分布图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.2温度传感器
这里我们用到温度芯片DS18B20。
DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器
，具有3引脚TO－92小体积封装形式。
测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。
其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。
CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，而且它体积更小、适用电压更宽、更经济，DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点，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。
它的测量温度范围为-55°
C～+125°
C，在-10～+85°
C范围内,精度为±
0.5°
C。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量
，如：
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。
而且新一代产品更便宜，体积更小。
DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±
可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。
分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。
其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
DS18B20的性能是新一代产品中最好的，性能价格比也非常出色。
继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。
DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统
总的来说DS18B20的主要特征即：
全数字温度转换及输出。
先进的单总线数据通信。
最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为–55°
C～+125°
C（–67°
F～+257°
F）
内置EEPROM，限温报警功能。
64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
多样封装形式，适应不同硬件系统
DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：
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。
测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为-55°
在使用中不需要任何外围元件。
持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。
供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。
因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9~12位。
负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值
DS18B20的内部结构如图3.2-1所示。
图3.2-1DS18B20内部结构图
DS18B20的管脚排列如下图3.2-2
图3.2-2DS18B20的管脚排列
DS18B20引脚功能：
GND电压地
DQ单数据总线
VDD电源电压
NC空引脚
18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。
数据在出产时设置不由用户更改。
DS18B20共64位ROM。
RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9字节RAM，每个字节为8位。
第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。
在上电复位时其值将被刷新。
第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。
第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。
第9个字节为前8个字节的CRC码。
EEPROM非易失性记忆体用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
DS18B20有4个主要的数据部件：
①64位激光ROM。
64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序号和8位家族代码（28H）组成。
②温度灵敏元件。
③非易失性温度报警触发器TH和TL。
可通过软件写入用户报警上下限值。
④配置寄存器。
配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。
DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图3.2-3所示。
TM
R1
R0
1
MSB
LSB
图3.2-3DS18B20配置寄存器结构图
其中，TM：
测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；
R0、R1：
温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：
R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。
配置寄存器与分辨率关系如表3.2-1所示：
表3.2-1配置寄存器与分辨率关系
温度计分辨率/bit
最大转换时间/us
9
93.75
10
187.5
11
375
12
750
高速暂存存储器
高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如图3.5所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的
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