基于单片机的智能温度计的设计

1、基于单片机的智能温度计的设计摘 要随着时代的进步和发展，智能仪表已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系

2、统的辅助扩展。DS18B20与STC89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：温度测量；DS18B20；STC89C51目录1 智能仪器仪表的简介11.1智能仪器仪表简介11.2智能仪器仪表的作用21.3本课题的背景和意义22 系统设计简介32.1 数字温度计简介32.2 设计要求32.3 设计方案论证33.系统硬件设计53.1主控制器选择53.2显示电路53.3温度传感器简介63.4蜂鸣器模块电路73.6电源模块84 设计语言及软件介绍84.1 C51语言介绍84.2 keil uvision4软件介绍95

3、系统软件设计105.1 概述105.2 系统程序设计模块105.2.1主程序105.2.2 LCD写指令子函数115.2.3 LCD写数据子函数115.2.4 LCD 写字符串子函数125.2.5 LCD初始化子函数135.2.6 DS18B20复位子函数145.2.7 DS18B20读数据子函数155.2.8 DS18B20写数据子函数165.2.9 读取温度值并转换子函数175.2.10 显示温度子函数185.2.11 设置报警值子函数185.2.12报警子程序195.3 控制源程序195.3.1 C51程序195.3.2程序清单265.4 调试及仿真265.4.1温度计功能仿真275.4

4、.2设置报警功能仿真27431 智能仪器仪表的简介1.1智能仪器仪表简介1. LCD1602液晶显示器工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶

5、大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。2. 蜂鸣器 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器采用直流电压供电，其能发出单调的或者某个固定频率的声音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型，通常在计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件使用。3. DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹

6、式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。4. STC89C51STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统

7、及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。1.2智能仪器仪表的作用1. LCD1602液晶显示器：显示传感器当前所感受到的温度2. 蜂鸣器：当当前温度超过或低于所固定温度时工作，即发出警报3. STC89C51：储存用户程序实现程序功能4.

8、DS18B20：感受温度，用于获取温度1.3本课题的背景和意义2 系统设计简介2.1 数字温度计简介数字温度计可以准确的判断和测量温度，以数字显示，而非指针或水银显示。故称数字温度计或数字温度表。数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，

9、如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED，LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。2.2 设计要求1、利用温度传感器（DS18B20）测量所接触物体的温度。2、测量范围在050内可以随意规定，精度为±0.5。3、测量温度由LCD1602液晶显示器直读显示。4、超过规定范围发出警报。2.3 设计方案论证根据系统的设计要求，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、显示等功能。选用数字温度传感器DS18B20，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

10、，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。该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现。检测范围-55摄氏度到125摄氏度。按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。本课题以是89C51单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，单片机主板电路等组成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。数字温度计总体电路结构框

11、图如图2.3所示。STC89C51主控制器按键模块液晶模块 电源模块蜂鸣器模块传感器模块 图2.3 数字温度计总体电路结构框图3.系统硬件设计3.1主控制器选择图3-1STC89C51引脚图3.2显示电路 显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，只用P0和P3口,串口的发送和接收，采用4位共阳LED数码管,，此处选择型号为7SEG-MPX4-CA红灯共阳数码管，从主控制器AT89C51芯片P0口输出段码，列扫描用P3.0P3.3口来实现，列驱动用74HC04六反相器。如图所示： 图3-2显示电路3.3温度传感器简介 由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转

12、换成对应的温度，要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。图3-3 DS18B20的测温原理图 3.4蜂鸣器模块电路图3-4蜂鸣器原理图3.5按键模块电路图3-5按键模块原理图3.6电源模块图3-6电源模块原理图4 设计语言及软件介绍4.1 C51语言介绍单片机C51语言是由C语言继承而来的。和C语言不同的是，C51语言运行于单片机平台，而C语言则运行于普通的桌面平台。C51语言具有C语言结构清晰的优点，便于学习，同时具有汇编语言的硬件操作能力。对于具有C语言编程基础的读者，能够轻松地掌握单片机C51语言的程序

13、设计。单片机C51语言兼备高级语言与低级语言的优点。语法结构和标准C语言基本一致，语言简洁，便于学习。 运行于单片机平台，支持的微处理器种类繁多，可移植性好。对于兼容的8051系列单片机，只要将一个硬件型号下的程序稍加修改，甚至不加改变，就可移植到另一个不同型号的单片机中运行。 其具有高级语言的特点，尽量减少底层硬件寄存器的操作。 单片机C51语言提供了完备的数据类型、运算符及函数供使用。 C51语言是一种结构化程序设计语言，可以使用一对花括号“”将一系列语句组合成一个复合语句，程序结构清晰明了。C51语言代码执行的效率方面十分接近汇编语言，且比汇编语言的程序易于理解，便于代码共享。4.2 k

14、eil uvision4软件介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。2009年2月发布Keil Vision4，Keil Vision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全

15、控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。5 系统软件设计5.1 概述5.2 系统程序设计模块系统程序主要包括主函数，LCD写指令子函数，LCD写数据子函数，LCD 写字符串子函数，LCD初始化子函数，DS18B20复位子函数，DS18B20读数据子函数，DS18B20写数据子函数，读取温度值并转换子函数，显示温度子程序，设置报警值子程序和报警子程序等。5.2.1主程序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。

16、图5.2.1 主程序流程图5.2.2 LCD写指令子函数图5.2.2 LCD写指令子函数流程图5.2.3 LCD写数据子函数图5.2.3 LCD写数据子函数流程图 5.2.4 LCD 写字符串子函数图5.2.4 LCD写字符串子函数流程图5.2.5 LCD初始化子函数图5.2.5 LCD初始化子函数流程图5.2.6 DS18B20复位子函数图5.2.6 DS18B20复位子函数流程图5.2.7 DS18B20读数据子函数图5.2.7 DS18B20读数据子函数流程图5.2.8 DS18B20写数据子函数图5.2.8 DS18B20写数据子函数流程图5.2.9 读取温度值并转换子函数图5.2.9

17、 读取温度值并转换子函数流程图5.2.10 显示温度子函数图5.2.10 显示温度子函数流程图5.2.11 设置报警值子函数图5.2.11 设置报警值子函数流程图 5.2.12报警子程序图5.2.3 报警子程序图 5.3 控制源程序5.3.1 C51程序#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DQ=P37;/ds18b20与单片机连接口unsigned char code str1="Current T= &qu

18、ot;unsigned char code str2=" H=38C L=16C "uchar data disdata5;uint tvalue,CurrentT=0;/温度值uchar tflag;/温度正负标志#define LCD_BUS P0sbit RS=P11;sbit RW=P12;sbit EN=P14;sbit SetKey = P10;sbit UpKey = P13;sbit DnKey = P16;sbit BEEP = P23;unsigned char AlarmTempLow=10,AlarmTempTop=40,Set=0,NG=0;uch

19、ar Current_Temp_Display_Buffer=" TEMP: "uchar code df_Table= 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;uchar Temp_Value=0x00,0x00;uchar Display_Digit=0,0,0,0;bit DS18B20_IS_OK = 1;void delayms(uint ms) /延时xx毫秒 uchar i;while(ms-) for(i=0;i<120;i+);void command(uint com) /LCD写指令 RS=0; /RS为0 LCD_BUS

20、=com; /装载指令 delayms(5); /延时5ms EN=1; /LCD使能 delayms(5);/延时5ms EN=0;/LCD不使能void write_dat(uchar dat) /LCD写数据 RS=1;/RS为1 LCD_BUS=dat;/装载数据 delayms(5); /延时5ms EN=1; /LCD使能 delayms(5); /延时5ms EN=0; /LCD不使能void writestring(uchar x,uchar y,uchar *s) /LCD 写字符串 if (y = 0) command(0x80 + x); /表示第一行 else comm

21、and(0xC0 + x); /表示第二行while (*s) /判断是否字符串的结尾 write_dat( *s); /显示当前字符 s +; /字符串地址加1 void writeChar(uchar x,uchar y,uchar s) /LCD 写字符串 if (y = 0) command(0x80 + x); /表示第一行 else command(0xC0 + x); /表示第二行 write_dat( s); /显示当前字符 void LCD_Initial()/LCD初始化 EN=0; /LCD不使能 RW=0; /RW为0 command(0x38);/发送初始化指令 co

22、mmand(0x0c);/发送初始化指令 command(0x06); /发送初始化指令 command(0x01); /发送初始化指令 command(0x80+0x02);/发送LCD初始位置/*DS1820程序*/void delay_18B20(unsigned int i)/延时1微秒 while(i-);void ds1820rst(void)/*ds1820复位*/ unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ复位delay_18B20(4); /延时DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100); /精确延时大于480usDQ = 1; /拉高dela

23、y_18B20(40); uchar ds1820rd(void)/*读数据*/ unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; /给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; /给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*写数据*/unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0;DQ = wdata&0x01;delay_18B20

24、(10);DQ = 1;wdata>>=1; unsigned int Read_Temperature(void)/*读取温度值并转换*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ds1820wr(0x44);/*启动温度转换*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳过读序列号*/ ds1820wr(0xbe);/*读取温度*/ a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a; if(tvalue<0x0fff

25、) tflag=0; else tvalue=tvalue+1;tflag=1;tvalue=tvalue*(0.625);/温度值扩大10倍，精确到1位小数CurrentT=tvalue;return(tvalue);void Display_Temperature()/显示温度uchar flagdat; disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位数 disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位数 disdata2=tvalue%100/10+0x30;/个位数 disdata3=tvalue%10+0x30;/小数位 if(tflag=0) flag

26、dat=43;/正温度不显示符号 else flagdat=0x2d;/负温度显示负号:-if(tflag=1)writeChar(10,0,flagdat);/显示符号位writeChar(11,0,disdata0);/显示百位writeChar(12,0,disdata1);/显示十位 writeChar(13,0,disdata2);/显示个位 writeChar(14,0,0X2E);/显示小数点 writeChar(15,0,disdata3);/显示小数位elsewriteChar(10,0,disdata0);/显示百位writeChar(11,0,disdata1);/显示十

27、位 writeChar(12,0,disdata2);/显示个位 writeChar(13,0,0X2e);/显示小数点 writeChar(14,0,disdata3);/显示小数位 writeChar(15,0,' ');/显示小数位 void SetFun(void)unsigned char i1=0,i2=0,i3=0,i4=0,i5=0,i6=0;if(SetKey=0)delayms(20); /延时防抖if(SetKey=0) /Set按键按下if(Set<2)Set+; /设置项加1else Set=0;switch(Set) /根据设置项，在设置项前显

28、示指示符合case 0: writestring(0,1," ");writestring(8,1," ");break;case 1:writestring(0,1,">");writestring(8,1," ");break;case 2:writestring(0,1," ");writestring(8,1,">");break;while(SetKey=0);if(UpKey=0)&&(Set!=0) /设置项参数递减delayms(2

29、0);if(UpKey=0)switch(Set)case 1:if(AlarmTempLow<125) AlarmTempLow+;else AlarmTempLow=125; break;case 2:if(AlarmTempTop<125) AlarmTempTop+;else AlarmTempTop=125; break;i1 = AlarmTempLow/100; /获得温度值的百位 i2 = AlarmTempLow%100/10; /获得温度值的十位i3 = AlarmTempLow%10; /获得温度值的个位i4 = AlarmTempTop/100; /获得温度

30、值的百位 i5 = AlarmTempTop%100/10; /获得温度值的十位i6 = AlarmTempTop%10; /获得温度值的个位writestring(5,1," "); /清除显示writestring(13,1," ");/清除显示if(i1!=0)writeChar(5,1,i1+'0'); /显示百位if(i1=0)&&(i2!=0) writeChar(5,1,i2+'0');/显示十位，消隐百位0if(i1!=0) writeChar(6,1,i2+'0');/显示

31、十位if(i1=0)&&(i2=0)writeChar(5,1,i3+'0');/显示个位else if(i1=0)&&(i2!=0)writeChar(6,1,i3+'0');/显示个位，消隐十位0if(i1!=0) writeChar(7,1,i3+'0');/显示个位if(i4!=0)writeChar(13,1,i4+'0');if(i4=0)&&(i5!=0) writeChar(13,1,i5+'0');if(i4!=0) writeChar(14,1,i

32、5+'0');if(i4=0)&&(i5=0)writeChar(13,1,i6+'0');else if(i4=0)&&(i5!=0)writeChar(14,1,i6+'0');if(i4!=0) writeChar(15,1,i6+'0');while(UpKey=0);if(DnKey=0)&&(Set!=0)/设置项参数递增delayms(20);if(DnKey=0)switch(Set)case 1:if(AlarmTempLow>0) AlarmTempLow-

33、;else AlarmTempLow=0; break;case 2:if(AlarmTempTop>0) AlarmTempTop-;else AlarmTempTop=0; break;i1 = AlarmTempLow/100; /获得温度值的百位 i2 = AlarmTempLow%100/10; /获得温度值的十位i3 = AlarmTempLow%10; /获得温度值的个位i4 = AlarmTempTop/100; /获得温度值的百位 i5 = AlarmTempTop%100/10; /获得温度值的十位i6 = AlarmTempTop%10; /获得温度值的个位writ

34、estring(5,1," ");writestring(13,1," ");if(i1!=0)writeChar(5,1,i1+'0');if(i1=0)&&(i2!=0) writeChar(5,1,i2+'0');if(i1!=0) writeChar(6,1,i2+'0');if(i1=0)&&(i2=0)writeChar(5,1,i3+'0');else if(i1=0)&&(i2!=0)writeChar(6,1,i3+'

35、0');if(i1!=0) writeChar(7,1,i3+'0');if(i4!=0)writeChar(13,1,i4+'0');if(i4=0)&&(i5!=0) writeChar(13,1,i5+'0');if(i4!=0) writeChar(14,1,i5+'0');if(i4=0)&&(i5=0)writeChar(13,1,i6+'0');else if(i4=0)&&(i5!=0)writeChar(14,1,i6+'0'

36、);if(i4!=0) writeChar(15,1,i6+'0');while(DnKey=0);void Alarm(void) /报警子函数if(CurrentT>(AlarmTempTop*10)|(CurrentT<(AlarmTempLow*10)|(tflag=1) /判断是否超出设定范围BEEP=0; /超出报警else BEEP=1; /取消报警void main(void)unsigned char i=0;P2=0xef;BEEP=1; LCD_Initial(); /LCD 初始化Read_Temperature(); /读取温度值write

37、string(1,0,"DS18B20 Alarmer"); /显示“DS18B20 Tester”delayms(1000);/延时1Swritestring(0,0,"Current T= "); /显示“Current T= ”writestring(0,1," Low=10 Top=40 "); /显示“Low=10 Top=40”NG=0;while(1) Read_Temperature();/读取温度值Display_Temperature();/显示温度值SetFun(); / 按键功能子函数Alarm();/ 报警功能子函数5.3.2程序清单HEX输出文件5.4 调试及仿真经软件调试