基于单片机的多点温度采集设计论文

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1、检测技术检测技术课程设计课程设计基于单片机的多点温度采集设计基于单片机的多点温度采集设计班级：测控班级：测控 1301卢文博卢文博 27资料收集，修改论文资料收集，修改论文陈坚涛陈坚涛 28资料收集，修改论文资料收集，修改论文顾赫男顾赫男 29PPT 制作及其讲述制作及其讲述胡新阳胡新阳 30多点温度采集系统设计及论文撰写多点温度采集系统设计及论文撰写张莲涛张莲涛 31资料收集，修改论文资料收集，修改论文2016 年年 5 月月1目录目录目录目录 1 摘要摘要 .2一、一、引言引言 .3二、二、设计任务及要求设计任务及要求3三、总体方案三、总体方案 .3 四、多点温度采集系统的硬件设计四、多点

2、温度采集系统的硬件设计.4 五、多点温度采集系统的硬件设计五、多点温度采集系统的硬件设计.17六、多点温度采集系统的仿真与总结六、多点温度采集系统的仿真与总结19参考文献参考文献 21附录一附录一.22 附录二附录二 .292基于单片机的多点温度采集设计基于单片机的多点温度采集设计摘要摘要温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过 程中，为了高效地进行生产；必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进 行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控 制的基础，技术已比较成熟。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和 热电阻测出的一般都是电压，再转换成对

3、应的温度，这些方法相对比较复杂， 需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。我们采 用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件，温度范围-55125，最高分辨率可达 0.0625。51 单片机温度采集应用系统场用于环境变量的采集，并对应用系统中的其他变量 或动作进行控制，例如采集冷库的温度来决定是否开启或关闭制冷，采集温室 内的温度决定是否要开启窗户进行通风。而在实际应用中，这些工作往往不是 只使用一个点的温度数据作为参考量，需要同时参考多个点的温度数据，此时 需要一个多点的温度采集系统来完成相应的工作

4、。关键词：关键词：数字控制；51 单片机; DS18B20; 1602 液晶模块 3一、一、 引言引言随着信息时代的到来，作为获取信息的手段-传感器技术取得了显 著进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。 传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因 此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使 得可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是他们都不 同程度地存在温漂和非线性等影响因素。因此，不仅需要掌握各类传感 器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适

5、当的接口电路 调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器 应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通 信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一 方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生 产了、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种 类繁多的新型传感器系统不断涌现。温度传感器是其中一类传感器。其 发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感 器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究及其用途的发掘，本 文结合单片机技术来设计这一温度监控系统。该系统只是记录多点数据， 没有对相

6、关量进行控制的功能。二、二、 设计任务及要求设计任务及要求1. 设计任务设计任务本系统需要对 8 个距离在 10m 范围内的点数据进行采集，其温度范围 在-3050区间，采集精度 0.5。2. 设计要求设计要求需要一个能将温度数据转换为采集数据的传感器，其相关指标必须符合 采集系统的需求； 需要一个能显示温度数据的显示模块； 51 单片机通过何种方式来和传感器进行数据交互； 需要设计合适的单片机软件。三、总体方案三、总体方案单片机应用系统对于温度信号采集有两种常见的方法： 数字温度传感器采集。通常利用两个不同温度系数的晶振控制两个计数 器进行计数，利用温度对晶振精度影响的差异测量温度。 PT

7、铂电阻采集。利用金属在不同温度下的电阻值和不同的原理来测量温 度。 两种采集方法比较如下表：PT 铂电阻数字温度传感器温度精度 高，很容易达到 0.1 低，0.5左右测量范围 几乎没有限制 有相当的限制4采样速度 快，受到模数字转换器件的限制慢，几十至几百毫秒体积 小，但是需要额外的器件 较大和 51 单片机的接 口需要通过电压调理电路和模数字转换器件 数字接口电路安装位置 任意位置 有限制需要注意的是 PT 铂电阻根据温度变化的只是其点阻值，所以在实际使用过 程中，需要额外的辅助器件将其转换为电压信号，并通过调整后送到模数字转 换器件才能让单片机进行处理。在多点温度采集系统中，选择使用 1-

8、wire 总线 接口和温度传感器 DS18B20 来测量温度，这是因为系统对采集精度要求不高， 而且温度传感器额外的附加器件，比较方便和 51 单片机连接。四、多点温度采集系统的硬件设计四、多点温度采集系统的硬件设计（一）（一）AT89C511、AT89C51 简介简介 AT89C51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。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

9、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，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。 2、AT89C51 主要特性：主要特性： 与 MSC51 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AT89C51 管脚图53、AT89C51 管脚说明：管脚说明： V

10、CC：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 P1 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

11、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

12、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：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 （外部中断 0） P3.3 （外部中断 1）0INT1INTP3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 （外部数WR 据存储器写选通） P3.7（外部数据存储器读选

13、通）P3 口同时为闪烁编程和编RD 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: 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

14、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。 ：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PSEN 个机器周期两次 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。 PSEN ：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不EAEA 管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，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EA 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。6XTAL2

15、：来自反向振荡器的输出。 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。 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。 （二）温度传感器（二）温度传感器 DS18B201、DS18B20 的外形和内部结构的外形和内部结构DS18B20 内部结构主要由 4 部分组成：64 位 ROM、温度传感器、非挥发 的温度报警触