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1、河南理工大学微机原理与单片机接口技术课程设计报告题目：多机温度检测系统设计姓 名： 蒋大雄/李堂庚 学 号：311008000712/311008000714专业班级： 电气10-03 指导老师： 王 莉 所在学院： 电气工程与自动化学院 2013年04月10日30摘要本设计是以 AT89S52单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器 DS18B20测量温度值，实现环境温度的检测和报警。系统测温范围为-40+85，测量精度为 0.5。用户可以自定义报警上、下限，一旦温度超过极限值，单片机便启动声光报警。该系统精度高、测温范围广、报警及时，可广泛应用于基于单片机的测温报警场合。系统抗干扰性强、
2、设计灵活方便，适合在恶劣的环境下进行温度测量。系统硬件电路包括传感器数据采集、温度显示、模式选择、上、下限报警主电路等。整个装置的控制核心是 AT89S52单片机。温度传感器 DS18B20采用外部电源供电，传感器输出引脚直接和单片机相连。电路支持模式选择功能，可以选择设定报警极限值或显示当前温度值。当被测温度越限时，报警主电路产生声光报警。拨动开关可以对设定报警极限值进行写保护。采用2片单片机，组成多机温度检测系统；下位单片机采集温度，通过串行通信传送至上位单片机；上位单片机用数码管显示温度大小；基本范围0100；精度误差小于0.5；可以任意设定温度的上下限报警功能关键字：AT89S52；D
3、S18B20温度传感器；数码管；测温报警目录摘要21.概述41.1课题背景41.2 系统概述42 系统方案设计52.1主控制部分设计52.2 传感器部分设计63 系统总体方案及硬件设计113.1 AT89S52单片机的最小相系统113.2 DS18B20的I/O接线图123.3 数据显示部分123.4整体电路124 软件设计134.1 概述134.2 主程序方案134.3 DS18B20的相处理子程序144.4 各模块工作流程图155 Proteus软件仿真186 课程设计体会187 参考文献181. 概述1.1 设计应用背景在现代社会，不管是在工农业生产还是在人们的日常生活中，对温度的测量及
4、控制都扮演着很重要的角色。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热测。温度检测系统应用十分广阔。单片机的产生，使计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统的分支。温度检测系统的应用遍布社会生活的各个层面。1.2 系统概述本设计运用主从分布式思想，由上位机，下位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。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过上位机控制下位机进行现场温度采集。温度值由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进
5、行控制。上位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。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
6、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 系统方案设计2.1主控制部分设计方案一：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
7、不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！方案二：此方案采用AT89S52八位单片机实现。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，下位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AT89S52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 2.1.1 对STC功能的认识AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。89C51产品指
8、令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡
9、器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图 1 AT89S522.2 传感器部分设计方案一：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：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行A
10、D转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。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0100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AT89S52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AT89S52可以带多个DSB1820,因
11、此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20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快。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。综上所述,温度传感器以及主控部分都采用第二方案。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯的标准，通过上位机进行现场的温度采集，温度数据既可
12、以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。2.2.1 对数字温度传感器DS18B20功能的认识DS18B20一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92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少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20的主要特性适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要
13、一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。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。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。温范围55125，在-10+85时精度为0.5。可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。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。DS18B20的外形 图1 DS18B20的外形 DS18B20内部结构主要由四部分
14、组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如上图。 DS18B20引脚定义： DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图2： DS18B20内部结构图DS18B20有4个主要的数据部件：、光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使
15、每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。、DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。表1: 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。表2: DS18B20温度数据表例如+125的数字输出为07D0H(0x7D)，+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FC90H。、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
