多功能多点温度采集设计与实现毕业设计

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1、华南师范大学增城学院2007级本科生毕业论文答辩,设计者：唐庆良,基于单总线DS18B20温度传感器的多点温度采集系统的设计与制作多功能多点温度采集设计与实现,系 别：计算机系专业班级：07信息管理（1）班指导老师：,简 介 Synopsis,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,本课题主要研究基于STC89C52单片机与单总线温度传感器DS18B20的多点温度测量系统。它是以STC89C52单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现多路温度的检测,测量精度可以达到0.5。该系统采用了LED16x64点阵显示模块，该模块用于提示当前的操作情况与显示温度，运用单片

2、机与PC机通信技术实现对DS18B20的序列号读取；通过红外遥控器控制读取某一点的温度，实现无线通信。,基于单总线DS18B20温度传感器的多点温度采集系统的设计与制作,第一章 背景及研究意义,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，具有功能单一、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单,它的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，需配相应的微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平,它将非电模拟量温度值转

3、换为数字信号输出，能够直接读取被测物体的温度值。它体积小，电压适用范围宽 3 V5 V，用户还可以通过编程实现 912 位的温度读数，即具有可调的温度分辨率,第一章 背景及研究意义,在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1C。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625C。,主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便,目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)

4、总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第一章 背景及研究意义,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,本文介绍一种基于数字温度传感器DS18B20的主从分布式多路测温系统、该系统以单片机为主机，数字温度传感器通过与单片机P3.7连接，系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控、酒窖等领域,选题背景和研究意义,第二章 方案论证比较与选择,引言 温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成

5、传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第二章 方案论证比较与选择,方案设计,设计方案一 采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管等非线形元件，实现多点温度的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大,设计方案二 本方案采用STC89C52单片机为核心，通过温度传感器AD590采集温度信号，经信号放大器放大后，送到A/D转换芯片，最终经单片机检测处理温度信号 ，该方案技术已经成熟，AD转换电路设计较烦琐，而且使用AD590进行温度检测必须对冷

6、端进行补偿，以减小误差,方案二系统框图,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,方案设计,方案三系统框图,设计方案三 本设计运用主从分布式思想，由一个单片机控制点阵实现，另一个单片机实现多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。温度传感器采用DS18B20。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,第二章 方案论证比较与选择,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,方案论证,基于数字式温度计DS18B20的温度测量仪的硬软件开发过

7、程是将DS18B20温度信号直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理电路。该仪器电路简单、功能可靠、测量效率高，很好地弥补了传统温度测量方法的不足。相对与方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。相对与方案2，硬件电路简单，易于操作，具有更高的性价比，更大的市场。所以我采用方案3完成本设计,第二章 方案论证比较与选择,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,总体设计思想,STC89C52 单片机,基于单总线DS18B20温度传感器的多点温度采集系统的设计与制作,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,DS18B20,读取序列号,

8、单片机与PC通信,计算机显示序列号,控制 DS18B20 单片机,红外遥控传输数据,控制LED点阵 单片机,双机通信,LED点阵模块提示操作,传输序列号到单总线上,查找与传输的序列号匹配的DS18B20,多个DS18B20,数码管显示,系统设计分工,唐庆良：主要负责总体电路设计与电路板制作，红外线遥控解码，DS18B20多点温度读取,陈维明：主要负责DS18B20的序列号读取，主机与从之间的通信实现,陈倍思：主要负责LED16x64点阵的控制，提示当前的操作情况,基于单总线DS18B20温度传感器的多点温度采集系统的设计与制作,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,本课题研究

9、的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器DS18B20为核心，充分利用单片机优越的内部和外部资源及数字温度传感器DS18B20的优越性能构成一个完备的测温系统，实现对温度的多点测量。本课题设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点， 本课题的整个系统的电路是由单片机应用系统、显示电路、红外遥控接收、DS18B20驱动电路，串口通信等构成,第三章 硬件设计,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,单片机最小应用系统电路,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班

10、唐庆良,第三章 硬件设计,单片机最小应用系统由复位电路与时钟电路组成，复位电路有上电自动复位与手动复位，如果将P0口作为I/O口，还必须接上上拉电阻,红外线接收电路,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第三章 硬件设计,红外遥控器是电子设备常见的输入装置，作为人们与电子设备交流的重要途径，一旦出错，将影响到电子设备的整体使用，所以接收电路虽然简单，但接收电路的稳定性、可靠性，应引起足够的重视,温度传感器应用电路设计,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第三章 硬件设计,DS18B20温度传感器的主要特点就是单总线，电路接法简单，不用别的复杂的辅助电路只要

11、一个10K的上拉电阻，一个I/O口就可以将多个18B20接在一条总线下，就实现多点温度采集系统的功能了，一条总线上最多可以接2的64次方个18B20，这里我们只用到了8温度传感器，电路简单并节省资源,红外线接收电路,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第三章 硬件设计,本系统的温度显示主要是用到四位共阳极数码管，电路应用简单方便,单片机应用软件系统设计包括功能模块划分、程序流程确立、模块接口设计以及程序代码编写。我们依据系统的功能要求，将整体软件系统分割成若干个独立的程序模块。这些程序模块可以是几条语句的集合、功能函数或程序文件。随后，根据各程序模块的实现功能写出流程，一般

12、需要写出具体的实现功能描述。程序代码通常采用汇编语言或高级语言（C语言）编写，本系统采用的是C语言,第四章 软件系统设计,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,系统软件设计步骤主要包括系统程序和流程图，根据整个系统的要求，完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤：单片机接受传感器的温度信号，通过数码管将其显示出来，并向主机（另一个控制LED点阵的单片机）接收一个提示信号，实现读取某一点的温度,系统框架图,第四章 软件系统设计 软件实现思路,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,第四章 软件系统设计 系统

13、主程序流程图,DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂多这样的数字温度传感器，十分方便,第四章 软件系统设计 DS18B20传感器程序实现,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,DS18B20简介,第四章 软件系统设计 DS18B20传感器程序实现,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,DS18B20产品特点,只要求一个端口即可实现通信,在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号,测量温度范围在55.C到125.C之间,实际

14、应用中不需要外部任何元器件即可实现测温,内部有温度上、下限告警设置,数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择,DS18B20的引脚及其其引脚功能,DS18B20的内部结构,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,DS18B20的内部框图如左图所示。暂存器包含两字节（0和1字节）的温度寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。可以使用寄生电源为DS18B20供电；当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供；高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电，CPP在总线低电平时为器件供电,第四章 软件系统设计 DS18B20传感器程序实现,DS18B20的指令集,华南师范大

15、学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,前面提及单总线器件的ROM命令，在主机检测到应答脉冲后，就可以发出ROM命令。这些命令与各个DS18B20设备的唯一64位ROM代码相关。允许主机在单总线上连接多个从机设备时，指定操作某个DS18B20设备。这些命令还允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备，每种命令长度为8位。主机在发出功能命令之前，必须发送合适的ROM命令,第四章 软件系统设计 DS18B20传感器程序实现,华南师范大学增城学院 07级 信息管理（1）班 唐庆良,DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求，只有严格遵守通讯协议才能保证数据传输的正确性和完整性。每次数据的传输均从主机启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，则在写命令后，主机需启动读时序完成数据接收，数据和命令的传输都是低位在先,第四章 软件系统设计 DS18B20传感器程序实现,DS18B20软件驱动实现流程图,