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1、学士学位毕业设计（论文）基于DS18B20的数字温度计设计学生姓名：指导教师：所在学院：专 业：摘要摘要温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生活中的更加广泛应用，利用新型数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发，本文设计了一种基于AT89S51的温度检测及报警系统。该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工作、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。该系统设计和布线简单，结构紧凑，抗干扰能
2、力强，在大型仓库、工厂、智能化建筑等领域的温度检测中有广泛的应用前景。关键词： 单片机 DS18B20温度传感器 智能化 19ABSTRACTABSTRACTTemperature measurement and control of industrial process is one of the typical applications, as sensors have more extensive application in today, to use the new digital temperature sensors for temperature testing and con
3、trolling get fast development, this paper design a system based on AT89S51 for temperature testing and alarming. The system is easy to realize the temperature gathering and displaying, and can according to need set temperature for arming, it is very convenient to use it, It has the advantages of hig
4、h precision, ranging wide, high sensitivity, small volume, low power, it suits our daily life work and agriculture temperature testing, also can be used as temperature processing modules in other systems as auxiliary part in other main system. The system design and wiring simple, compact structure,
5、strong anti-jamming capability, it has broad application protest in large warehouse, factories, intelligent building and other areas of temperature testing.Keywords: Microcontroller Temperature sensor DS18B20 Intelligent 目录目录摘要IABSTRACTII前言IV1 绪论11.1多功能数字温度计设计的背景11.2课程设计的目的和意义12 总体设计方案22.1整体功能说明22.2
6、硬件功能模块组成22.3软件功能组成模块22.4测试计划32.5本章小结33 系统硬件电路的设计43.1整体功能说明43.2硬件功能模块组成43.3本章小结154 系统的软件设计164.1主程序164.2读出温度子程序174.3温度转换命令子程序174.4计算温度子程序184.5显示数据刷新子程序184.6本章小结19参考文献21致谢23附录24附录25附录31前言前言当今社会，温度检测系统被广泛应用到社会生产、生活等各个领域中。在工业、环境检测、医疗、家庭等多方面都有应用。日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，在冶金、食品加工、化工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉
7、、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。在日常生活中，电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。而采用单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便，简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。并且单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向发展。随着温度检测理论与技术的不断更新，温度传感器的种类也越来越多，在测温电路中，可以使用热敏电阻
8、之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，先进行A/D转换，然后用单片机进行数据的处理，再在显示电路上，将被测温度显示出来。这种设计需要用到A/D转换电路，因此感温电路的设计比较复杂。在微机系统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热电偶传感器、热电阻传感器和单导体传感器等，每种传感器根据其自身特性，都有它自己的应用领域。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温准确、其输出温度采用数字显示等优点，主要用于对温度要求比较精确的场所或科研实验室。该设计控制器使用单片机AT89S51，温度传感器使用DS18B20，用
9、4位共阴极LED数码管以串口显示数据，实现温度显示。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，与传统的温度计相比，本数字温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。DS18B20温度计还可以在高温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发，具有很好的发展前景。1 绪论1.1多功能数字温度计设计的背景温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、粮食储存、酒类生产等领域，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。传统的水银或酒精温度计来测量温度，不仅测量时间长、读数不方便、而且功
10、能单一，已经不能满足人们在数字化时代的要求。本文提出了一种新型的数字式温度测量电路的设计方案，该方案集成了温度测量电路。在此利用集成温度传感器DS18B20设计并制作了一款基于AT89S51的四位LED数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。还采用了24MHz的晶振作为AT89S51的时钟源和4位的共阴极数码管作为温度的显示设备，通过编程的方式来实现实温度的显示、修改等功能，使产品更具实用性。1.2课程设计的目的和意义通过课程设计使我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤，通过学习MCS51单片机，了解单片机在自动化装置中的作用
11、以及掌握单片机的编程和调试方法，通过一个简单的实际应用输入控制以及显示系统，掌握protel和keil软件的使用。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它最重要的组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和应用领域等。传感器应用及其广泛，目前已经研制出多种传感器。但是，作为系统的设计人员需要根据系统的实际情况选用适宜的传感器，并与自己设计的系统相适应。2 总体设计方案方案一：由于本设计是测量电路，可以使用热电阻类的器件利用其感温效应，在将随时测得的温度转变为电压或电流采集过来，进
12、行A/D转换后，就可以用单片机进行数据处理，在显示在电路上就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二：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，所以可采用温度传感器DS18B20，这种传感器可以很容易直接读取被测量的温度值，用起来非常方便，进行转换后，就可以满足设计要求1。从以上两种方案很容易看出，方案二电路比较简单，软件设计也相对简单，故本设计采用方案二。2.1整体功能说明以51单片机为主控制器，以数字式温度传感器DS18B20为传感元件，以LED数码管作为显示器件实时显示测量温度（十进制数）。数字式温度计测温范围在55125，误差在0
13、.5以内。温度测量间隔时间选择1s。通过键盘扩展，实现温度上下限值的设定及温度报警功能。对温度采样值实现数字滤波。通过硬件或软件方法实现时间显示。2.2硬件功能模块组成温度计的控制器使用单片机AT89S51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阴极LED数码管以动态扫描法实现温度显示。主控制器: 单片机AT89S51具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好满足电路系统的设计需要。显示电路：显示电路采用4位共阴极LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P3.0P3.3口来实现，列驱动用74LS04来驱动数码管2。2.3软件功能组成模块系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序
14、、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等3。主程序：主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1s进行一次。读出温度子程序：主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。温度转换命令子程序：主要是发温度转换开始命令。计算温度子程序：将RAM中读取值进行BCD码的转换运行，并进行温度值正负的判定。显示数据刷新子程序：主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。2.4测试计划（1）硬件测试：主要测试各部分硬件是否能正常工作，每部分通过简单程序来检测。（2）软件测试：测试软件
15、是否符合设计要求、是否存在BUG。2.5本章小结本章主要介绍了硬件电路的整体设计方案以及对整个设计的构思。主要上包括硬件组成模块、软件组成模块两大部分。3 系统硬件电路的设计3.1整体功能说明硬件总体框图如图1所示。以51单片机为主控制器，以数字式温度传感器DS18B20为传感元件，以LED数码管作为显示器件实时显示测量温度（十进制数）。数字式温度计测温范围在55125，误差在0.5以内。温度测量间隔时间选择1s 4。单片机AT89S51测温复位电路时钟晶振显示显示驱动按键报警图 1硬件总体框图3.2硬件功能模块组成温度计硬件电路设计原理图见附录，温度计的控制器使用单片机AT89S51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阴极LED数码管以动态扫描法来实现温度显示。图中有3个独立式按键可以分别调整温度的上下限报警设置，图中蜂鸣器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度显示，这时可以调整上下限，从而测出被测的温度值。3.2.1主控制器1.单片机的选择单片机具有低电压供电和
