多路温度采集系统

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1、绪论1课题的意义单片机是一种集 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中断系统等部分于一体的器件，只需 要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。单片机由于其微小的体积和极低 的成本，而广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。多路温度采集系统是利用温度 传感器 DS18B20 检测温度，并由单片机处理显示。本设计利用 AT89C51 单片机为处理器，结合温度采集电路、键盘电路、显示电路、 报警电路等实现对多路温度的实时检测与显示。通过设计实物并调试，对系统存在的问 题进行了分析和总结，并提出了改进措施。2课题的目的多路温度采集报警系统设计，要求具有多路温度的采集、显示温度、上下限报警等

2、功能。课程设计目的：通过设计和实践,培养学生综合运用所学的理论知识、实践操作及 独立解决实际问题的能力。使学生牢固掌握课堂中学到的电子线路的工作原理、分析方 法和设计方法。学会电路的一般设计方法和设计流程 ,并应用这些方法进行一个实际的 电子线路的系统设计。3技术要求：(1) 利用温度传感器(DS18B20)测量某三路的环境温度。(2) 测量范围为0C+ 100C，精度为0.1C。(3) 用液晶进行实际温度值显示。( 4)当达到报警温度后，能够自动发出报警声。4要解决的问题：(1) 精确的测量温度，提高上下限报警的范围。(2) 当LCD液晶显示器接收到来自AT89C51单片机传送来的温度信息后

3、，分别显示 了当前的温度。一、实验方案的拟定根据系统的设计要求，当温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单 片机上，经 AT89C51 处理，将把温度在显示电路上显示。当开机后，显示屏和计时器 进行初始化设置。同时，本系统能够设置报警温度，在到达报警时间后能够通过 LED 发光二极管以及发音器提示报警。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。系统框图如图1：图 1 系统框图选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器，选择单片机 AT89C51 为测控系统的核心来 完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温

4、度传感器DS18B20,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，省却了采样 保持电路、运放、数模转换电路以及进行长距离传输时的串并转换电路，简化了电 路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。当 LCD 液晶显示器接收到来自 AT89C51 单片机传送来的温度信息后，分别显示了当 前的温度。二、基本概念和理论基础（一）、器件的选用1、单片机 AT89C51AT89C51 作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是 INTEL 公司生产的 MCS5l 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的 CMOS 工艺制造技术。具有高性能的 8 位单片 机，属于标准的 M

5、CS-51 的 CMOS 产品。片内含 8Kbytes 的可擦写的只读程序存储器 （EPROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件兼容标准的MCS-51指令系 统。片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。结合了 HMOS的高速和高密 度技术及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性质：（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写Flash闪烁存储器。（3）寿命：1000写/擦循环。（4）数据保留时间：10年。（5）全静态工作：0Hz-24Hz。（ 6）三级程序存储器锁定。（7）128 *8位内部 RAM。（8）32可编程I/O线。（ 9）两个1

6、6位定时器/计数器。（ 10 ） 8 个中断源。（11）可编程串行通道。（ 12 ）低功耗的闲置和掉电模式。（ 13）片内振荡器和时钟电路。AT89C51单片机提供以下标准功能：4k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线， 看门狗定时器， 2 个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构， 全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C51可降至OHz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串 口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工 作停止，直到下一个中断或硬件

7、复位为止。2、温度传感器 DS18B20DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只 三极管的集成电路内。其具有9条特点：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供 电。（2）温范围一55C+ 125C，在-10+85C时精度为土 0.5C。（ 3）零待机功耗。（4）可编程的分辨率为912 位,对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125C 和0.0625C，可实现高精度测温。(5) 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。(

8、6) 用户可定义报警设置。(7) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。(8) 结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。DS18B20作为新型的一线器件，能够方便的和中心处理器进行连接，并具有很大的 扩展空间。温度范围较广，使得整体的测温范围能大幅度的上升，零待机消耗更是起到 了节能的作用。利用用户能自定义报警设置这一特点，能够在实现报警功能上得到很大 的便利，同时极强的抗干扰性能使得温度的检测更加准确，作为温度计最基本的要求， 准确必须满足。这些好处使得DS18B2 0最终被选择。3、1602LCD 显示屏由于设计中要

9、求显示测试温度，因此显示屏首先要能够一次性容纳这些字符。工作 电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。本设计中采用的是1 60 2 型 LCD液晶屏能够很好的满足这些要求。此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 LCD 液晶显示器 是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是 任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线， 比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了 广泛的应用。1602 拥有很多出色的优点：(1) 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到

10、信号后就一直保持那种色彩和亮度 恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。(2) 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。(3) 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗 电量比其他器件要小很多。(二)、模块的设计1、温度采集电路温度控制电路主要运用到了 DS18B20和AT89C51。如何使两者连接实现功能是温度 控制电路的主要设计目的。在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地， I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单 片机I/O。内部寄

11、生电源I/O 口线要接5KQ左右的上拉电阻。这里采用的是第一种连接方法,如图2 所示: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，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。XTAL1PO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5RSTP0.6/AD6F0.7/ADiP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13DO R/A

12、d JiP2.7/A15P1 .0P3.0/RXDF1.1P3.1 /TXDF1.2P3.2yiNT0P1.3P3.3 胴 T1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P1.7P3.6W?P3.7/RCT图 2 温度采集电路传感器数据采集电路主要指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考虑到实际应用中寄生电源供电方式 适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，I/O 口接单片机的P2.4 口。2、显示电路液晶显示器是一种将液晶显

13、示器件,连接器件，集成电路,PCB线路板，背光源，结构 器件装配在一起的组件。在显示电路中，VSS接地，VDD接5V正电源，VEE为液晶显示器对比度调整端，接 正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，为了获得最佳对比度，VEE接地。RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 R/W 为读 写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可 以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电 平R/W为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液 晶模块执行命令。RS和R/W选用不同的高

14、低电平，将影响寄存器的选择。RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag （DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据表 1 寄存器选择控制表由于液晶显示器的功能是显示各字符，所以RS置高电平，R/W接地。8位双向数 据线D0-D7与双向I/O 口相连。3、报警系统 利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过获高于所预设的温 度时，数据口相应拉高电平，报警输出。而两个发光二极管直接和单片机的 P3.6 和 P3.7 相接，当温度大于 100 度时 D1 发亮，蜂鸣器报警，反之黄灯 D2 发亮

15、。至于报警电路，连接方式图 3所示。图 3 报警电路4、总体电路如图 4 为总体电路图图 4 总体电路图三、结论 在本次课程设计中，本人就采用了这种已经相当普及的方法设计了一个基于单片机 和温度传感器的多路温度采集系统，并通过了软件仿真，最后得出了设计结果的可行性， 设计过程中，首先，要对DS18B20做一个详细的了解，作为设计中一个重要的元件，要 知道它的一般流程：初始化一ROM操作指令一存储器操作指令一数据传输。然后必须掌 握它的每个端口的作用，并用单片机通过高低电平来控制它的工作过程，不一样的模块 它的工作时序是不同，这里要通过软件正确的编写出读写时序，才能确保在测量温度的 环节中不出问题。一个完整的系统同样也需要一个人机界面才能便于使用者读出数据， 所以这里用到了 lcdl602液晶屏，这个液晶屏的优点在于自带字库，且易于控制显示位 置，基本上达到了