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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 一 引言1.1 选题的背景随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，
2、温度传感器的发展经历了三个发展阶段：传统的分立式温度传感器模拟集成温度传感器智能集成温度传感器。目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。1.2课题的主要工作本课题的研究重点是设计一种基于MCS-51系列单片机的数字温度计控制系统。利用数字温度传感器DS18B20，此传感器可读取被测量温度值，进行转换。主要工作如下：1设计单片机最小系统（电路包括复位、晶振电路、外扩3个2764共24KROM、3个6264共24KRAM等）2设计键盘/显示
3、器接口电路。3设计温度测量接口电路4通过软件编程实现环境温度的测量和显示（温度显示：25.8）5通过键盘可预置温度报警值，实现温度越限报警功能。1.3 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这类非电信号的信息，必须使用温度传感器，将温度信息转换为电流或电压输出。如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还必须进行AD转换，以满足单片机接口的需要。二、系统概述该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。2.1方案选择方案一采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的
4、异金属导线所组成（热电偶的构成如图 3.1），热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。图 3.1热电偶电路图方案二采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，
5、输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并
6、可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。系统框图如图 所示DS18B20温度测温系统框图从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。2.2系统设计原理利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与
7、设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LED中显示。2.3 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3-3 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。【2】当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三
8、态的。 图2.3 DS18B20与单片机的接口电路三 系统硬件设计3.1 89C52单片机 89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52单片机管脚图 图3.1 89C52单片机管脚图3.2 DS18B20介绍DS18B20
9、引脚如图3.2所示。图3.2 DS18B20引脚图DS18B20数字温度传感器是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。图4-7
10、DS18B20内部结构四 软件设计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，计算温度子程序，显示数据刷新子程序显示子程序等。主程序的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。读出温度子程序可以读出RAM中的9字节，然后通过温度转换命令子程序发出温度转换开始命令，计算温度子程序进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，最后显示数据刷新子程序对显示数据进行刷新。DS18B20复位命令令发跳过ROM命令 发读取温度命令 读取操作，CRC校验 9字节完？ CRC校验正？确？移入温度暂存器 结束 4.1主程序开始 初始化 示化获取温度值 与温度上下限比较 报警 转换并显示 YES Y Y N Y N
