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1、基于单片机的温度检测和光照强度指示系统设计学生姓名：姜高阳 学号：20075043006物理电子工程学院 电子科学与技术专业指导教师：余大庆 职称：讲师摘 要：温度和光照强度的检测被广泛应用仓储、工业生产及日常生活中。对于温度的检测可以使用DS18B20进行，使用光敏电阻再辅以电压比较电路可以实现对于光照强度的指示功能。对于温度检测，由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度并将结果送入单片机，然后通过单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入四位八段码数码管，由四位八段码数码管将温度显示出来。而对于光照强度检测，光敏电阻阻值由于光照强度影响而变化从而产生电压改变，通过电压比较电路LM
2、339将这一变化的电压与基准电压相比较产生输出电压变化，将这一变化的电压信号传送至单片机中进而实现光照强度的检测。关键词：温度检测；光照强度指示；DS18B20温度传感器；单片机Abstract：Temperature and light intensity detection is widely application storage, industrial production and daily life. For temperature detection can use DS18B20, using photoconductive resistance again complemen
3、tary with voltage circuit can realize compared to light intensity instruction function. For temperature testing by DS18B20, measuring current temperature and chip microcontroller, then the results into through the monolithic integrated circuit to the temperature calculation and brought the transform
4、ation and the results into four paragraphs yards by four paragraphs digital tube, digital tube will temperature display code out. For light intensity detection, photoconductive resistance value because of light intensity and changes resulting voltage change, through the voltage LM339 will compare ci
5、rcuit voltage and the change in the benchmark voltage compared to produce output voltage change, will this change in voltage signals to SCM realize light intensity detection. Keywords：temperature testing；Light intensity instructions；The temperature sensor DS18B20；microcontroller引言伴随着科技的发展和现代工业技术的需要，
6、温度测量技术也在不断地改进与提高。由于测温范围越来越广、测温条件越来越复杂，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。而出于节能和方便控制的考虑，对于光照强度的检测或者说基于光照强度改变而实现的控制系统也应运而生。1 温度检测技术和光照强度控制技术概述1.1 温度检测技术介绍随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法：1、利用物体热胀冷缩的物理原理制成的温度计。如体温表，温度计等。2、利用热电效应技术制成的温度检测元件利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶是发展较早、比较成熟、应用最广泛的检测元件
7、，其具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。3、利用热阻效应技术制成的温度计用此技术制成的温度计大致都是利用测温元件或者热敏元件的由于温度变化引起的阻值变化从而实现温度测量的功能。4利用其他测温原理制成的温度计这其中包括利用热辐射原理及红外测温技术制成的高温计在温度检测技术领域，新的检测技术的层出不穷取得了重大进展，产生了一些比较成熟的测温元件。本设计主要介绍以DS18B20为基础的温度测量方法。1.2 光照强度控制技术介绍光照强度控制是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光敏元件由于周围环境光照强度的变化而引起自身阻值的变化，将这一阻值的变化转化为电压的变化
8、再通过电压比较等方式后经过单片机处理达到光照强度控制的目的。本设计主要介绍通过光敏电阻实现光照强度控制的方法。1.3电路总体方案设计本文的主要工作是研究与设计一种基于AT89S51的温度检测系统，该温度测量系统可以实现对温度的实时测量、显示以及对于光照强度高低的指示作用。系统含硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分包括单片机控制芯片，温度测量电路，温度显示电路，光照强度测试电路。软件设计部分包括相应信号采集与处理程序等，实现实时测温、显示与光照强度的指示。系统原理框图如图1图1 原理框图2 设计思路单片机的接口信号是数字信号。要想用单片机获取温度或者是光照强度这类非电信号的信息，对于温度测量必
9、须使用温度传感器，对于光照强度测量需要使用光敏电阻，将温度信息和光照强度转换为电压或电流输出。如果转换后的电流或电压输出是模拟信号还必须通过一些手段将其转化成数字信号，以满足单片机要求。本文介绍的是采用DS18B20温度传感器和光敏电阻做成的温度测量与光照指示电路。2.1 处理芯片AT89S51AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机。片内含4k字节的可系统编程的Flash只读程序存储器，128字节内部RAM，32个IO 口线，看门狗，两个数据指针，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。器件采用ATMEL公
10、司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚亦可使用C语言进行编程设计。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。AT89S51可以很好的完成设计所需的处理功能。AT89S51引脚图如图2。图2 AT89S51引脚图2.2 温度传感器DS18B20本设计选用的是DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一款数字化单总线器件，是新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。DS18B20温度传感器可以直接读出被测温度，无需A/D转换模块就可以根据实际要求经简单编程实现9到12位的温度读数。信息
11、经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需连接一条信号线，这就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。另外每片DS18B20都设有唯一的产品序列号，存存放在它的内部ROM中，单片机通过简单的协议就能识别这个序列号。DS18B20测量温度范围为-55125，在-1085范围内精度可以达到。引脚图如图3所示。图3 DS18B20管脚图DS18B20有六条控制命令，如表3-2所示：表3-2 DS18B20控制命令指令 约定代码 操作说明 温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容 写暂存器 4E
12、H 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。2.3 光敏电阻本设计选择的是普通常见的两引脚光敏电阻。在黑暗的环境下，它的阻值很高；当受到光照并且光辐射能量足够大时，光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度Eg 的光子激发，由价带越过禁带而跃迁到导带，使其导带的电子和价带的空穴增加，电阻率变小。光敏电阻如图4所示。图4 光敏电阻3 硬件设计3.1 温度传感器接线电路DS18B20只有三个引脚，外形类似于三极管，其接线方式极为简便VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机相连。I/O口线接一个4.7K的电阻。如图5所示。图5 3.2 光强测量电路4 软件设计5 电路板制作6 总结
