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1、天津理工大学理学院 专业设计（论文） 专 业: 班级 设计题目: 基于单片机的温度检测 学生姓名: 学号: 指导教师: 2012 年 12 月 13 日 1 1、摘要、摘要 本文介绍了一种基于本文介绍了一种基于 AT89C51AT89C51 单片机与单片机与 PCPC 机串口通信的温度控制系统，用机串口通信的温度控制系统，用 单片机作下位机完成温度数据的采集和执行单片机作下位机完成温度数据的采集和执行 PCPC 机发出的控制执行命令机发出的控制执行命令; ;用用 PCPC 机机 作上位机接收单片机发送的数据作上位机接收单片机发送的数据, ,进行数据处理进行数据处理, ,向单片机发送控制命令，四
2、位向单片机发送控制命令，四位 一体共阴数码管实时显示当前温度。一体共阴数码管实时显示当前温度。 PCPC 机与单片机采甪串行通信机与单片机采甪串行通信, ,可实现温度可实现温度 检测和采集并处理数据的人机友好界面。创新之处采用虚拟仪器技术，利用检测和采集并处理数据的人机友好界面。创新之处采用虚拟仪器技术，利用 LabVIEWLabVIEW 软件编写相应上位机软件，控制各采集模块进行温度采集，串口的数软件编写相应上位机软件，控制各采集模块进行温度采集，串口的数 据传输，然后对数据处理和现实。据传输，然后对数据处理和现实。 关键词：关键词：AT89C51AT89C51 单片机单片机,PC,PC 机
3、机, ,串行通信，串行通信，LabVIEW,LabVIEW,数据采集数据采集 3 目录 一、引论5 二、设计目的6 2.1、设计目的6 2.2、系统实现功能6 三、系统总体方案设计7 3.1、系统总体设计框图7 3.2、系统硬件设计方案7 3.3、系统软件设计方案8 四、系统各个模块设计8 4.2、显示电路8 4.3、串行通信电路9 4.4、DS18B20 温度传感器电 路9 4.5、电源电 路11 4.6、 单片机与 PC 机串口连接电 路11 五、系统软件设 计12 5.1、 单片机软件设计13 5.2、上位机软件设 计15 六、系统调试17 七、结论17 八、参考文献18 九、附录19
4、附录一、温度测试子程序流程图19 附录二、 系统总体电路 图20 附录三、单片机程序20 5 一、引论 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、 各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。温度是工业生产中主要的被控参数 之一，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。许多化学反 应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不 同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适 的温度环境，许多电子设备就不能正常工作。还有比如在观察用药剂前后病人 体温随时间的变化情况，临床一般都采用水银或电子温度计，隔一段时间测量 一次并手工
5、记录结果。这种传统方式给病人带来了很多不便，也加大了护理工 作量。更为欠缺的是测量时间间隔不够短，在体温变化率较高的情况下，容易 造成处理不当或不足，达不到最理想的疾病控制与治疗效果。 传统的温度记录仪通常采用的是人工记录或普通记录仪用墨水在记录纸上 绘制曲线，其体积庞大、精度低、墨水易堵塞、费时费力。无纸温度记录仪产 生，并因为其更准确地数据记录、更方便的数据存储、更便捷的数据分析功能， 所占市场份额逐年猛增；近年来推出的带 usb 接口的无纸记录仪更是极大的方 便了数据的下载和保存。 因此可见，设计出一款测量温度并自动记录下数据的温度记录仪是多么重 要。用单片机做成的产品外围元件很少，能实
6、现的功能却很广，广泛应用于工 业，农业等。兼于此，特用单片机设计此电路。 单片机发展的三个阶段： （1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以 Intel 公司的 MCS 48 为代表。MCS 48 的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有 Motorola 、Zilog 等，都取得了满意的效果。这就是 SCM 的诞生年代， “单机 片”一词即由此而来。 （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel 公司在 MCS 48 基 础上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS 51。它在以下几个方面奠定了典 型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MC
7、S-51 设置了经典的 8 位单片机的总线结构，包括 8 位数 据总线、16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU 外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（1982-1990）：8 位单片机的巩固发展及 16 位单片机的推出阶 段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的 MCS 96 系列单 片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳。 在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件 来使用，仅单片
8、机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体 应用对象特点的软件结合，加以完善。DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的数字 温度传感器芯片，具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用方便 等优点。本文设计的一种温度控制系统，用 STC89C51 单片机作为温控器，选用 DS18B20 数字温度传感器，单片机与上位机之间通过 MAX232 串口进行通信，对 测试点温度采集，实时显示，数据处理。 本文使用 AT89S52 单片机作为温度测量和传输的主控芯片，温度传感器采 用单总线方式的集成数字温度传感 DS18B20，由 AT89S52 和 DS18B20 组成温度 测量
9、单元，一个模块放置在一个位置实现单点测量。采集得到的数据利用单片 机经串口通讯的方式传输至计算机的串口。计算机上位机软件采用基于图形化 编辑语言的 LabVIEW 的串口单点温度测量。 二、设计目的 2.1 设计目的： （1)了解电子系统的设计方法，巩固和提高学过的基础理论和专业知识； (2)学习 DS18B20 数字温度传感器的测温原理， (3) 掌握串口通信协议及其编程方法， (4)增强对单片机的认识，掌握分析处理问题的方法，进行调试、计算等基本 技能的训练，达到具有一定程度的实际工作能力。 (5) 学会用 Protel 进行电路原理图和 PCB 图的绘制。 (6) 学习用 Proteus
10、 仿真软件进行电路设计和仿真。 2.2.系统实现功能： 7 1.内容及要求： 研究基于单片机的低功耗温度记录仪，可以以一定的时间间隔连续记录系 统温度，并提供通讯接口将温度数据上传到 PC 机。利用 labview 编制 PC 示例 程序。 2.主要技术指标： （1） 、温度测量范围 0-70，系统实现低功耗运行； （2） 、温度记录数不少于 200 条； （3） 、提供 PC 机通讯接口； （4） 、PC 机软件实现对温度数据分析、统计和处理； 三、系统总体方案设计 3.1.系统总体构成框图如下： AT89C51 PC 机 RS232 数码管显示恒压电源 晶振电路 复位电路 DS18B20
11、温度传感器 图 1：系统总体构成框图 3.2 系统硬件设计方案： 1.利用 AT89C51 自身强大的功能和优异的可扩展性，配上四位一体数码管 和按键等少量外围电路，就能搭建合适本次实验的小系统。从而大大缩短设计 流程，把设计的重点放在温度探测单元，串行通信协议两个部分。 2.现在 PC 机提供的 COM1、COM2 是采用 RS-232 借口标准的。而 RS-232 是 用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平来表示逻辑状态的规定不同。 因此，为了能够同计算机借口或终端的 TTL 器件（如单片机）连接，必须在 RS-232 与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换，变换电路选用有
12、德州仪器 公司（TL）推出的一款兼容 RS-232 标准的芯片 MAX232.该器件包含 2 个驱动器、 2 个接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。 3.3 系统软件设计方案： 单片机软件设计 单片机程序由主程序和中断子程序组成的。主程序负责对来自上位机的命 令进行解析并执行读温度值、存储温度值、输出控制等等，中断服务程序只负 责单片机和上位机之间的数据发送与接收。 上位机程序设计 由单片机采集的测试点实时温度，通过 MAX232 传输到上位机 PC
13、，实现与 单片机串行通信，在上位机中，完成温度传感器 64 位激光 ROM 读取并显示、实 时温度数据显示、数据存储、曲线绘制、历史数据查询，其中在数据查询功能 中，设计了时间查询、温度查询等功能。 四、系统各个模块设计 4.1 显示电路 数码管显示电路部分如图： 9 图 2 4.2 串行通信电路 图 3：MAX232 串口通信电路图（9 孔串口接头） 4.3 DS18B20 温度传感器电路 其引脚排列及内部结构框图以及测温原理图如下所示： 图 4：引脚排列 数字温度传感器 DS18B20 内部结构 图 5 电路连接如下图： 11 图 6 4.4 恒压电源电路 图 7 4.5 单片机与 PC
14、机串口连接电路： 图8： RS232引脚图 图 9：上位机和下位机的接线方法 五、系统软件设计 5.1 单片机软件设计： 13 初始化 向 DS1820 读一字节 向 DS1820 写一字节 读取温度及转换 显示温度 图 10：DS18B20 存储器映像图 图 11：DS18B20 存储器映像图 暂存存贮器是按 8 位字节存储器来组织的：头两个字节包含测得温度信息； 第三和第四个字节是 TH 和 TL 的易失性拷贝 ，在每一次上电复位时被刷新 ；接着的一个字节是芯片配置字节；第六到第八个字节是保留字节；第九个字 节 它可用 Read Scratchpad（ 读暂存存贮器 命令读出 ） ，该字节包含一个 循环冗余校验 CRC 字节，它是前面所有 8 个字节的 CRC 值。总线 CRC 可以 使用一个移位寄存器和 异或 （XOR） 门组成的多项式产生器来产生。 DS18B20 中 SEARCH ROM 命令的搜索算法 一、ROM 搜索原理搜索原理 根据单线总线协议，当主机发出搜索 R
