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1、基于DS18B20的温度场可视化测绘系统 基于DS18B20的温度场可视化测绘系统专业班级：电气工程及其自动化3班 姓 名： 黄 锦 指导教师： 李 啸 轮机工程学院摘 要本文介绍了基于DS18B20和STC89C52RC单片机的多点温度测量的方法和原理，以及利用matlab软件运用插值法对数据进行处理，实现温度的可视化。首先，利用DSI8B20温度传感器和单片机与其它外围硬件结合在一起，实现温度的测量和显示；然后，通过MATLAB对数据进行处理绘图，模拟温度场的可视。该设计主要分为以下几个部分：硬件设计、软件设计、系统的调试与实现以及matlab对温度场的模拟测绘。其中硬件设计主要是由Pro
2、teus软件进行电路的设计和仿真，软件设计采用C语言编写实现，绘图通过matlab进行。采用这种解决方案，实现了基于DS18B20进行的各项软硬件软件的设计，实现了多点温度测量和显示以及温度场的模拟可视化。关键词：温度测量；温度传感器DS18B20；STC89C52RC单片机；MATLABAbstractThis article describes the multi-point temperature measurement method and principle based on DS18B20 and STC89C52RC，To make the temperature field v
3、isual ,interpolation method and matlab software are used for data processingFirst,combine DS18B20 and the MCU and other peripheral equiphments to make the measuring temperature is displayed. Then using matlab plot it.The design is mainly divided into the several parts as follows：the hardware design，
4、the software design and the debugging and implementation of the entire system and the matlab plottingAmong the design，the hardware design and circuits drawing by means of Proteus software and the software design is realized by using C language programming,picture drawing by matlabThe DS18B20 based d
5、esign，debugging and dispose of the all software and hardware items and even the multi-point temperature measuring and displaying have been realized by adopting the solutionKeywords: Temperature Measurement; Temperature sensor DS18B20; STC89C52RC; MATLAB目 录第1章 绪论11.1概述1 1.1.1选题背景及意义11.1.2温度检测技术的研究现状及
6、发展趋势11.2 系统方案论证2第2章 硬件基础介绍32.1 DS18B20温度传感器介绍32.1.1 DS18B20温度传感器概述32.1.2 DS18B20接口电路52.1.3 DS18B20工作原理62.1.4 DS18B20工作时序92.2 STC89C52RC单片机简介112.3 LCD1602液晶显示屏简介12第3章 硬件电路设计133.1单片机驱动电路设计133.2 温度测量模块电路设计143.3 温度显示模块电路设计143.4温度报警电路设计153.5系统硬件电路设计163.6小结17第4章 软件程序设计17主要讨论温度显示、测量、及报警子程序的设计和调试174.1 DS18B
7、20的测量温度程序设计174.2 LCD1602的显示程序设计184.3 报警控制电路软件设计204.4系统软件程序设计214.5本章小结22第5章 利用matlab实现温度场数据可视化235.1可视化的方法235.2 数据的采集和处理235.3 本章小结30结 论30参 考 文 献31致 谢32附 录1附录1 测温系统实物图1附录2 本设计测温系统电路图（基于proteus）1附录3 本设计的系统总程序源代码（基于Keil Vison4）2- 1 -第1章 绪论1.1概述 本章讨论的主要是本课题的选题背景意义，还有研究现状和发展趋势以及测温系统方案设计。 1.1.1 选题背景及意义温度是我们
8、每天都能感受到的一个物理量，冷了要多穿衣服，热了就少穿点。它也是一种在科技生产中需要准确测量和适当控制的物理量。同时它又是环境的一个基本参数。温度对人民生活生产的影响无处不在，在许多科学领域的研究也都离不开温度这个参数。例如，许多物理和化学的反应过程必须在合适的温度范围下才能进行；在石油的分离过程中，原油必须在适当的不同的温度范围内和压力等条件下才能进行分流得到汽油、柴油、煤油等不同产品；在环境恶劣条件下，温度过高或过低，许多电子设备是不能正常工作的；没有合适的温度，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的发酵过程和品质也会没有保障等等。由此可见，温度的检测与控制对产品的质量，生产的效率，操作的安全，能
9、源的节约等许多方面都有很大的影响。对国民经济的发展更是起到至关重要的作用。所以对温度检测进行研究，具有很重要的社会生产意义和推广应用的价值。1.1.2 国内外研究现状及发展趋势国外对温度的检测技术早在20世纪70年代就开始了。刚开始采用的是组合仪表式的模拟方式，采集记录现场的数据，然后再进行指示和控制，自动化程度比较低。后来到了80年代末期有了分布式的控制系统。目前一些国家正开发和研制一种基于计算机采集数据和控制的多因子综合控制系统。现在一些发达国家的温度检测技术发展很迅速，在实现自动化的同时，有向着完全自动化、无人化的方向发展趋势。我国对温度检测技术的研究始于20世纪80年代，与国外相比属于
10、起步较晚的状况。所以总体上我国是靠引进吸收国外的技术为前提，从消化吸收，到简单应用，然后过渡到综合应用和发展。与此同时，我国也积极研究开发拥有自主知识产权的温度检测系统。目前，我们国家的温度测监控设施还是以单片机控制的单参数单回路为主，真正意义上的多参数的综合控制系统还没有实现。由于工业水平的限制，在实际生产中仍然有许多问题困扰着我们。例如环境控制水平落后，软硬件资源技术不足，系统可靠性差等缺点使得我们与发达国家相比，还存在较大的差距。随着近些年来电子技术、计算机技术等软硬件技术的快速发展，现场温度的检测和控制也由过去的模拟化手动化向现在的数字化智能化发展。并且，温度测量的精度也越来越高。下面
11、就温度检测的发展趋势做下简单介绍。第一，检测范围扩大。在工业上温度的检测范围一般为-2003000，今后要求还要能对超低温和超高温进行检测。例如，液化气体的极低温度检测。第二，测温对象扩大。温度检测技术已经由点测温发展到线、面，今后就会要求到立体的测量了。应用范围也已经从工业发展到了家用电器。第三，新材料及工艺的开发。近些年来已经开发的厚膜、薄膜铂电阻温度传感器，炭化硅薄膜热敏电阻温度传感器，硅单晶热敏电阻温度传感器等都是新型的温度检测传感器。第四，向智能化方向的发展。新材料也意味着新技术。新型产品不仅具有检测功能，而且还具有逻辑判断和指令执行等诸多功能。采用微机控制，向智能化、机电一体化方向
12、发展的趋势。1.2 系统方案论证本课题研究的是基于DS18B20的温度场可视化测绘，涉及到的主要理论知识有单片机原理，DS18B20温度传感器的多点温度测量技术，LCD1602的显示原理以及matlab对数据可视化处理的方法。经过论证，在实现设计要求的前提下，控制器选取STC89C52RC单片机，这款单片机功能灵活，焊接件简单，内存空间也足够，价格还便宜。电路系统的可行性设计采用Proteus 软件进行仿真，程序编程采用可读性较强的C语言来进行编写，程序编程的开发环境在Keil Vison4界面上进行。系统的组成框图如图1.1所示。它主要由五部分组成：Matlab实现可视化多点温度测量温度值显
13、示单片机驱动温度报警图1.1 系统的组成框图第2章 硬件基础介绍2.1 DS18B20温度传感器介绍本节主要讨论DS18B20的接线方式、运行原理及工作时序。2.1.1 DS18B20温度传感器概述DS18B20是达拉斯（Dallas）公司出品的数字温度传感器，其使用1-wire总线接口，DS18B20的主要技术特点如下：（1） 工作电压范围广。33.5V，并且可以使用寄生电容供电方式。（2） 集成度高。所有的应用模块都集中在一个和普通三极管大小相同的芯片内，应用的过程中不需要任何外围器件，使用1-wire总线接口和51单片机进行数据通讯。（3） 温度测量范围大。可测温区间为-55125。其中
14、-1085的区间内测量精度为0.5。（4） 测量分辨率可变。测量分辨率可设置为912位。对应的最小刻度为0.5、0.25、0.125和0.0625。（5） 转换速度快。在9位精度时最快，耗时93.75ms。在12位精度时则为750ms。（6） 支持多个设备。支持在同一条1-wire总线上接多个DS18B20器件形成多点测试，在数据传输过程中可以跟随CRC校验。因为Dallas公司生产的温度传感器DS18B20具有以上的技术特点，加上价格便宜，电路接线简单等优点，所以本课题的设计决定选用数支DS18B20温度传感器来完成多点温度的测量。图2.1是DS18B20芯片的封装结构。表2.1是DS18B20的
