温度传感器设计报告

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1、目录摘要11 单片机简介 12 基于单片机和温度传感器设计数字温度计的发展现状 13 基于单片机的温度传感器设计数字温度计的技术现状24 选择的意义 .3第一部分单片机的温度计设计制作准备1电路介绍42制作所需电子元件及其功能介绍43制作焊接要求及注意事项54 安装完成调试说明及其使用说明 7第二部分单片机的温度计设计各个部分工作及其相关性能介绍1 温度计的总体设计81.1 总体论述 81.2设计思路92硬件说明102.1 测量输入模块 102.1.1 传感器选择 102.1.2 DS18B20 的介绍112.2 键盘输入模块 122.3 显示模块 132.4 报警模块 132.5 低功耗设计

2、 162.5.1 设计思路 162.5.2 20C51 的低功耗措施 . . 173软件和功能说明183.1数据的读取193.2 DS18B20 的软件设计19第三部分设计制作心得体会21参考文献22附表附表 1-电路图附表 2-单片机控制程序摘要1.1 单片机简介 单片机全称为单片微型计算机。单片机发展始于70 年代，经过30 多年的发展，由于其具有高集成度、低功耗、工作电压范围宽、价格 便宜、使用方便等诸多优点而在广泛使用。到目前为止将单片机发展 阶段分为三个阶段，分别为初级阶段、高性能阶段、以及高位单片机 的推出。通常单片机内部含有中央处理部件(CPU)、数据存储器(RAM)、 程序存储

3、器(ROM、EPROM、Flash ROM)、定时器、计数器和各种输 入输出接口等。目前8位单片机是目前品种最丰富、应用最广泛的单 片机。今天我所使用的就其中比较典型的一种8位单片机AT89C51。1.2 基于单片机和温度传感器设计数字温度计的发展现状 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的 目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就 是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、 科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手， 一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。数字温度计与传统的温 度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准

4、确，其输出温度采用 数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。检 测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则 无从实现控制的精度要求。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门， 可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检 测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏 度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时， 科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了 新的前提手段。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展 到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计 等等。目前的温度计中

5、传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度 基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应 用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。1.3 基于单片机的温度传感器设计数字温度计的技术现状目前基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各 种精度很高的温度计不断推出。数字温度计要求检测的精度必须高于 控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数 字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温度计的一 个目标。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科 学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是 密切相关的。现代化的检测手段能达

6、到的精度、灵敏度及测量范围等， 在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达 到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目 前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精 度越来越高。数字温度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更 多贡献。1.4 选择设计的意义随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目 标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是 一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科 研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一 切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所

7、介绍的数字温度 计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其 输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实 验室使用。现代测温应用中，温度计向数字化方向发展。传统的机遇物理 方法的温度计功能单一，而数字温度计以其便携，检测精度高，功能 多等优点应用的越来越广泛。随着技术的发展，一些环境比较恶劣的 场合中也能觅得数字温度计的踪迹。在本文中，主要从功能组合，硬 件组合，软件算法和降低功耗等几个方面探讨温度计的设计。第一部分单片机温度设计制作准备1、电路介绍该电路是由18B20温度传感器作为温度传感元件，并由AT89C2051 单片机进行数据处理输出，显示模块是由 0

8、.56 寸大的三位共阳极数 码管显示温度值。此电路可由外接5V-12V的直流电电源提供。温度显示和控制的范围为：-55 C 125C之间，精确度到达 1C,即数码管显示温度为整数。如果设定的报警温度为30C,则当 温度到达30C的时候，报警发光二极管发光同时蜂鸣器发出响声， 此时继电器发生动作。如果不需要对温度控制报警，可以将报警温度 设置提高。如果是为了控制局部温度，可以把I8B20用引线引出，但 是距离不宜过大，注意引脚要绝缘。2、制作所需电子元件及其功能介绍电子元件名称规格编号主要功能与作用按钮6X6X5AN1、 AN2、 AN3调节报警温度和控制温度上、下限电容30PCl、C2单片机的

9、时钟振荡电容10UFC3单片机复位电容470UFC4电源滤波电容104UFC5电源滤波单片机AT89C2051IC1把操作数据处理输出温度传感器DS18B20IC2感应外界温度稳压块L7805IC3控制工作电压为5v-12v接线柱2P5.0J1外接电源USB电源插座USBJ2外接电源晶体12MJZ单片机的时钟振荡一位共阳数码管0.56LED1摄氏温度符号显示二位共阳数码管0.56LED2温度值显示发光二极管3MMLED3报警发光指示和Q1偏置三极管8550Q1、 Q2、 Q3、 Q4Q1：报警时驱动继电器；其他数码管驱 动电阻10KR1单片机复位电阻220K、470KR7R8R9R10R11R

10、12R13R14数码管限流电阻4.7KR2R3R4R6三极管基极和温度传感器偏置电阻2KR5三极管Q1基极偏置二极管1N4148V1保护Q1跳线细铜线连接电路继电器5V2AJDQ温度到达报警极限触点动作万能板120MMX160MM电源5VUSB 开 关电源开关电源发光二极管1N4149V2按钮操作指示灯3、制作焊接要求及注意事项1、形成“C”摄氏度符号的单个数码管应倒置焊接，否则形成的 摄氏度符号是反方向的。2、7850 稳压块，应该贴板安装，节约空间，同时散热较好，常温 下， 7850 稳压块温度不会很高。3、DS18B20、1N4148、LED、三极管、发光二极管和电容不能接反， 一旦接反

11、都不能实现功能。4、电阻为卧式安放焊接。5、进行焊接的时候尽量保证焊锡不能过多，以免元件二个引脚短 路。4、安装完成调试说明及使用说明1 、调试之前，复查电路确保焊接无误，各个引脚没有短路，才可以外接电源进行试验调试。2、调试的时候要让电路板在常温和干燥环境下工作，在此环境下 才可以更加容易调试。3、继电器控制输出接线柱，为一个常开，一个为常闭，中间是公 共端，通电调试之前要用万用表测试一下。4 各个按钮操作说明1.1如果电路正常，接通电源后，只是显示“C”摄氏度符号，没有 温度显示。1.2按下AN3,先显示上次存储下来的设定温度（报警温度值），然后 再显示环境温度值，并随环境温度变化而变化。

12、1.3再按AN3，温度数字闪烁，待调节。1.4接着AN1或者AN2:按AN1为报警温度值增大，最大为125C；按AN2为报警温度值减小，最小为-55C。1.5调好温度值后按一下AN3,调好的报警温度值被保存，此时数码 管又显示当前环境温度值。当温度达到被保存的报警温度值时，电路 发出报警信号和动作。第二部分单片机的温度计设计各个部分工作及其相关性能介绍1 温度计的总体设计1.1 总体论述此次所讨论的数字温度计，除了完成基本的温度测量外，还能够 满足最高最低温度设置及报警，在不同的环境中，所要求的最高温度 和最低温度是不同的，因此最高温度和最低温度应能够根据环境不同 而设置成不同的数值。还有些场

13、合要求每隔一定得时间段进行读取一 次数值，当相隔的时间比较长而所需要读取的数据又比较多时，认为 的读取就比较麻烦，因此应具备自动读取和存储若干组温度值的功 能。另外，在野外工作时能够选择其工作模式以降低功耗。1.2 设计思路由论述可知，所设计的这种温度计的功能是传统的物理温度计无 法完成的。在分析之后决定采用以单片机AT89C51为核心的系统进行 设计。主要有以下几个模块：测量输入模块，键盘设置模块，运算处 理模块，显示模块和报警模块。有这几个模块组成的系统框图如图一 所示：2硬件说明2.1 测量输入模块2.1.1 传感器选择设计单片机数字温度计需要考虑以下3个方面温度传感器的选择；单片机和温

14、度传感器的接口电路；控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件。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A/D转换， 以满足单片机接口的需要。传统的温度检测大多以热敏电阻作为温度 传感器。但是, 热敏电阻的可靠性较差、测量温度准确率低, 而且还必 须经专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。 20 世纪 90 年代中期出现了智能温度传感器（亦称数字温度传感器）。智 能温度传感器的内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、 存储器（或寄存器）和接口电路,其特点是能直接输出数字化的温度数 据及相关的温度控制量适配各种微控制器（MCU）。其中DS18B20就是 一种应用相当广泛的单总线数字温度传感器,它结构简单、不需外接 元件，采用一根I/O数