多路温度采集系统教材

1、多路温度采集报警系统设计绪论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佥测温度，并由单片机处理显示。本设计利用AT89C5仲片机为处理器，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、

2、上下限报警等 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，精度为土 0.1 C。(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

3、片机传送来的温度信息后，分别显示 了当前的温度。-9 -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乍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

4、。选用数字温度传感器 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MC51 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的 CMO工艺制造技术。具有高性能的8位单片 机，属于标准的 MCS

5、-51的CMOS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 HMO的高速和高密 度技术及CHMO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16位定时器/计数器。（10）8个中

6、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0Hz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亭止工作，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复位为止。2、温度传感器DS18B20DS18B2C在使用

7、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55E+ 125C，在-10+85C时精度为土 0.5 C。（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0.5 C、0.25 C、0.125 C 和0.0625 C,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。(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

8、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。DS18B2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最终被选择。3、1602LCD显示屏由于设计中要求显示测试温度，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，

9、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1602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，

10、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

11、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血lonau丄23-3UXTAL2RS7POOMDO P0.1XW1 P0.2WD2 PgP0.4/AD4 P0.SMD5 P0&AD6 P07JWD7P2.1/A9P2 加TO 匚话T 卩加脚12 P2.5M13 P2JSA14P2.7AA15m.1/TXDP32JNTCT psjrfJrrrax/TDP3血 P3&/ARP3.7JTO393?6三g21 DQDtSThE

12、DiliXL 121111迂IRESPACW*0GW.1：期GWDU2QND VCCGNDU9DSlEe20 口 TEX-vcs： GWK1ES2D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。DS18B2C可 以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20勺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

13、。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

14、读busy flag（ DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6值10与入数据寄存器（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 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:IdFZtRPip IILCD

15、1pormPUVAtlTCI2AIJnuAis-F砂尺LWTS rz1nLii ；1BpzufjmF7F32W.IDP2JM.I I 仏川沖 吃 11：! rzjaxiH F2JM.ICraoiiiD pj-vryfr pjsTmr 刑 M7F7 riLTD num 口 P3TIRP-jiE-jTra1 ： 1 二 JHTRilb-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故一个详细的了解，作为设计中一个重要的元件，要 知道它

16、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 lcd1602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，基本上达到了设计的要求。同时，在做整个课程设计的过程中，也遇到了诸多问题：第一，液晶无法正常显示，会出现“鬼影”，通过改变3脚连接的电位器，和检查 RS、RW、E三根引脚，解决了液晶显示问题。第二，温度上下限报警范围在 0C+ 50C，难以继续扩大。参考文献1 李光飞单片机课程设计实例指导北京：北京航空航天大学出版社，2004:105-106.2 余永权.ATMEL系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002:25- 26 .3 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2004: 31