智能型多路温度巡检仪设计-毕业设计

本科毕业设计(论文)智能型多路温度巡检仪设计〔硬件局部〕Designofintelligentmulti-channeltemperatureinspectioninstrument(hardware)学院：专业班级：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师：2015年6月目录摘要…………IABSTRACT……………………II目录…………III1绪论………………………11.1课题背景……………11.2温度控制的开展概况………………11.3课题研究内容………22方案设计与硬件选择………32.1系统整体方案设计…………………32.2硬件总体结构………32.3系统硬件的选择……………………32.4单片机概述及选择…………………42.5温度传感器的简介及选型…………92.6显示模块的比照选择………………102.7键盘的设计…………143系统硬件设计及调试……………………153.1硬件设计方框图……………………153.2STC90C516RD+最小系统及工作电路……………153.3温度信号采集模块的设计…………163.4液晶显示原理简介…………………213.5按键设计……………223.6报警控制模块………233.7系统主程序流程图…………………233.8电路仿真实验………243.9四路温度巡检仪的适用……………244系统的软件仿真与调试……………………254.1温度显示……………254.2报警控制……………264.3电路仿真设计………304.4仿真分析……………335巡检系统的实物调试………35结论…………34致谢…………36参考文献………………………35附录A系统总的仿真电路图…………………37附录B初始化完成图…………38附录C仿真结果图……………38附录D元器件清单……………39毕业设计〔论文〕中文摘要智能型多路温度巡检仪设计〔硬件局部〕摘要：本设计系统采用多路数字式温度传感器DS18B20和STC90C516RC+单片机为核心构成多路温度巡检仪，对4路温度信号进行实时在线智能巡回检测，同时该系统具有告警温度限值设定、温度报警与数据显示等功能。该仪表的工作原理主要是：四路DS18B20温度传感器从不同点测量实时温度，并将转换后的数字量传送到单片机，由单片机对温度信号进行处理，并与系统设置好的警戒温度值进行比拟，同时送到液晶显示屏LCD1602进行实时显示，当检测到的温度高于或低于设置的温度上下限时，发出声光警报。本设计的软件局部，主要对硬件电路各局部的程序进行模块化设计，从而通过与硬件系统的结合完成温度的实时测量与控制。关键词：DS18B2；LCD1602；温度设定报警；智能温度巡检仪；单片机毕业设计〔论文〕外文摘要Designofintelligentmulti-channeltemperatureinspectioninstrument(hardware)Abstract:Thedesignofthesystemusingmulti-channeldigitaltemperaturesensorDS18B20andSTC90C516RC+microcontrollerformthecoreofthemulti-channeltemperatureinspectioninstrument,intelligentreal-timeon-lineinspectiontourof4roadtemperaturesignals,alsothesystemhasalarmtemperaturelimitvaluesetting,temperaturealarmanddatadisplayandotherfunctions.Theworkingprincipleoftheinstrumentismainly:fourDS18B20temperaturesensorfromthedifferentreal-timetemperaturemeasurement,andconvertedthedigitaltransmissiontothemicrocontroller,bythemonolithicintegratedcircuittothetemperaturesignalprocessing,andsystemandsetthealerttemperaturevaluesarecompared,andsenttotheLCDLCD1602displayinrealtime,whenthedetectedtemperatureishigherorlowerthanthesettemperatureoftheupperandlowerlimits,thealarmsoundandlight.Thesoftwarepartofthedesign,themainhardwarecircuitpartsoftheprogramforthemodulardesign,soastocompletethetemperaturemeasurementandcontrolthroughthecombinationofthehardwaresystem.Keywords:DS18B2;LCD1602;temperaturesettingalarm;intelligenttemperaturepatrolinstrument;MCU1绪论1.1课题背景在当今工业化大生产日趋扩张的过程中，检测生产过程温度变化的智能温度巡检仪也被赋予了发挥更大作用的潜力，在生产工业生产中起着不可替代的作用。目前温度巡检仪的设计技术已根本成熟，设计方案也各种各样，许多心的设计方案也层出不穷，当然随着当今电子技术的不断进步，温度巡检仪的设计也只能是越来越自动化、智能化，在生产中所发挥的作用也会更加的高效。随着社会的开展和超大规模集成电路的出现，与其他独立的电子元件相比，单片机具有体积小，价钱廉价，控制能力强等优点，在工业、消费品、军事、通讯等领域的应用越来越广泛，利用单片机来设计的新产品实现不同程度的智能化将是历史开展的趋势，各种各样的设备也将会随着单片机的开展而不断的推陈出新。在实际生产和生活等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一局部，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。温度是科学技术中最根本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。众所周知，温度信号的采集与控制逐渐成为现代工业生产中的常见问题，在生产过程中常常需要对具体场合的温度进行实时采集和实时监控。随着生产力的开展，生产规模的扩大和对生产管理的自动化水平的要求越来越高，在很多场合，诸如电机、锅炉、饮料、食品、中频热处理行业的水路温度保护，变电所各电节点的温度检测等，要求温度巡检仪能自动巡检，以到达无人看守，温度自动巡检的目的。智能温度巡检仪首先要进行数据采集就是将一般的物理量通过传感器转换成数字量供应CPU进行处理。具体的来说，就是通过特有的温度传感器采集某一处的温度信号，将温度信号以数字量或者模拟量的形式传出，本设计采用的是能够传到数字量信息的DS18B20传感器，在此传感器的根底上进行设计。诚然，现在传感器技术的开展正在经受着微电子技术的深刻影响，从而进一步促使传感器技术继续开展。有许多的国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。1.2温度控制的开展概况1.2.1国内温度控制的开展概况在我国温度传感与温度控制技术开展情况来看，温度传感与温度控制技术大致经历了三个开展阶段：手动控制，自动控制和智能化控制。生产者采用手动控制方式，对生产环境温度作出直接、迅速、有效的控制。计算机自动控制的温度控制技术实现了生产自动化，通过改变温室环境的设定目标值，可以自动地对生产环境温度进行调节。目前我国绝大局部工业生产都采用这种控制方式。特别是随着计算机技术的迅猛开展，以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。智能控制仪表在引入单片机之后，已经降低了对某些硬件电路的要求，但是测试电路仍然占有很重要的位置，尤其是直接获取被测信号的传感器局部仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器性能的关键仍然是在于测试电路尤其是传感器的改良。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断开展变化。由许多的国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。在国内工业电子技术的开展阶段，对相关信号的数据采集和巡回检测已经成为十分实用的应用技术，并广泛应用于工农业中需要实时检测温度、湿度和压力等信号的场合。在工业控制系统中，常常需要对相关信号或数据进行采集，这些数据的获取与利用是整个工业控制系统的根底环节。而获取这些数据信号，通常是通过一些相对独立的单片机系统来完成的。本篇论文从生产的实际需要出发，采用了较低本钱的DS18B20构成多路数据采集巡检系统。因此，这种数字式的智能多路温度巡检装置的设计与应用更具有开展的优势。1.2.2国外温度控制的开展概况国外对温度传感与温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。在国外，上世纪八十年代末开始出现分布式控制系统，该系统是由中央控制装置、终端控制设备和相关的传感器等组成。通过计算机结合相关的程序确定生产环境温度的具体参数，并将系统指令传递给终端控制系统；同时作为系统的终端的设备实时的发送监测数据到中央控制装置，从而系统根据中央控制装置的指令通过计算机处理做出反响，并将最终的输出控制信号，作用到执行终端来保证处理信号的有效执行，从而实现生产环境中温度的监测与调节。目前，国外正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在智能的温度巡检仪的设计，我国比起国外国家，仍处于起步较晚，技术层面高度较低，综合的创新能力缺乏等状况。就单片机的开展现况而言，以欧美和日韩的技术最为成熟，他们几乎霸占了整个智能控制的市场，并制定了相关的行业标准，通过不断的技术方面的推陈出新，使得其相应的产品能够不断的更新换代，从而使之功能、精度、平安性等都得到不断的提升。然而在这方面我们做的还有差距，需要努力提升的方面还是有很多。所以我们在研究新技术的同时还要加强相关产业结构的规划与调整，在产品的科技含量上做功课，并不断地提升本国产品的科技附加值，使产品向着更加智能化的方向开展，努力缩小同兴旺国家之间的差距。1.3课题研究内容本设计所介绍的温度循环采集与控制技术相比传统的温度采集，可以更加方便的显示温度的读数，同时由于DS18B20传感器可以监测-55~+125℃的温度范围，所以本设计内容兼具了测量范围的广泛性，测量温度的准确性，由于传感器内集成了数模转换的电路，所以可以实现直接数字显示具体温度的要求。该项设计的目的是对实际工业生产过程中的温度获取并由检测系统进行数据监测以及单片机系统同步对温度数据进行处理，以及显示对应的温度数据，同时学习单片机相关温度信号的获取与相关的控制技术。本次设计主要解决以下内容：1．对4处不同的测试点巡回检测其温度，进行集中管理，集中控制。2．在测量范围内可以正常显示。3．采用单片机为中心的处理方式，可以对温度信号监测和告警。4.实时温度不位于警戒温度范围时，扬声器和LED灯告警。5．系统有较强的抗干扰性能。6．有较高的分辨率，极好的可维护

2方案设计与硬件选择2.1系统整体方案设计本设计采用4路输入，由4个不同序列号的温度传感器组成采集电路，可采集测量温度的范围是-55~+125℃,同时采用3个设置操作按钮，可以分别设置不同传感器的上下温上下限值，并通过lcd1602巡检显示。对每个通道，传感器参数与工程参数都可以通过键盘设定。通常情况下，仪表自动显示多路数据，也可通过键盘固定显示任一路数据。2.2硬件总体结构硬件局部是对系统进行设计的首要局部，硬件系统结构优化程度将关系到整个温度监测与控制方面的应用表现。本次设计围绕STC90C516RD+单片机进行设计。整个硬件系统分为以下几个局部：DS18B20传感器采集并处理输出局部，键盘扫描及液晶显示局部，单片机接口设计局部以及温度实时监控局部。报警电路报警电路液晶显示温度采集键盘输入单片机系统图2.1硬件总体结构2.3系统硬件的选择根据以上系统方案进行硬件的选择，硬件选择的过程中应注意的是：1、充分考虑常用的电路作为单片机最小系统电路。2、在满足功能要求根底上，尽可能的保存系统扩展的空间便于进一步开发。3、硬件局部要考虑到软件方案的实现，使得两者协调发挥作用。4、选择元器件要尽量做到性能匹配。5、充分考虑系统的可靠性。包括元件选择、PCB板中设计通道间相互隔离等。本次设计将根据以上原那么来选择所需元器件，并按照一定的顺序表达元件的选择，顺序如下：单片机系统、温度传感器、LCD显示模块、LED报警模块、扬声器模块、按键模块。2.4单片机概述及选择单片机，即单片微型计算机〔singlechipmicrocomputer〕。在国际上将其命名为微控制器〔MicroControllerUnit,MCU〕。2.4.1STC90C516RD+的封装及引脚说明STC90C516RD+封装形式及管脚图如2.2所示。图2.2STC90C516RD+RC引脚图STC90C516RD+RC内部局部结构说明：该系单片机由微处理器、片内存储器RAM/ROM、P0~P3组成的I/O端口、各种存储器组成的特殊功能存放器SFR、串行接口、定时/计数器等所构成。内部数据存储器RAM：片内的256个字节RAM单元，其中高位128个字节单元被SFR占用，可以供用户使用的只是低128个字节，其地址范围00H~7FH用于存放用户数据。内部程序存储器ROM：芯片中共有4KBROM，地址范围是0000H~0FFFH,用来存储程序、原始数据或表格。并行I/O端口：芯片内共有4个8位的端口〔P0、P1、P2、P3〕，以实现数据的并行输入/输出。STC90C516局部引脚功能说明：〔1〕主电源引脚Vss和Vcc。Vss〔20脚〕：负电源端，接地脚，0V基准〔有时也记为GND〕。Vcc〔40脚〕：正电源端〔+5V〕。〔2〕输入、输出端口引脚P0、P1、P2、P3的介绍。P0端口〔P0.0～P0.7，39～32引脚〕是一个8位可以实现并行通讯的I/O数据端口，它是分时传送的低字节地址和数据总线，在对片载EPROM或FLASH烧写或校验时，提供8位数据输入输出通道。P1端口〔P0.0～P0.7，39～32引脚〕是一个带有内部提升电阻的8位准双向并行I/O端口，在对片载EPROM或FLASH烧写或校验时，作为低8位地址输入通道。P2端口〔P2.0～P2.7，21～28引脚〕：是内部自身带有提升电阻的8位可实现双向数据通讯的I/O端口。在访问外部存储器时，它输出高8位地址，在对片载EPROM或FLASH烧写或校验时，用于输入高位地址或控制信号。P3端口〔P3.0～P3.7，10～17引脚〕：是内部自身带有提升电阻的8位可实现双向数据通讯I/O端口。P3端口除了作为一般的准双向端口使用外，每个引脚还有特殊功能。表2.2P3口引脚复用功能引脚号复用功能P3.0RXD〔串行输入口〕P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2QUOTE〔外部中断0〕P3.3QUOTE〔外部中断1〕P3.4T0P3.5T1P3.6QUOTE〔外部数据存储器写选通〕P3.7QUOTE〔外部数据存储器读选通〕2.4.2STC90C516RD+单片机的性能及特点主要特性及参数：●与MCS-51兼容●8K字节可编程闪烁存储器●寿命：1000写/擦循环●数据保存时间：10年●全静态工作：0Hz-40Hz●三级程序存储器锁定●512B内部RAM●32可编程I/O线●两个16位定时器/计数器●5个中断源●可编程串行通道●低功耗的闲置和掉电模式●片内振荡器和时钟电路STC90C516RD+采用40引脚的双列直插式封装(DIP)形式，内部由CPU，8KB的ROM，512B的RAM，3个16位的定时、计数器T0和T1和T2，4个8位的I／O端口和一个全双工串行通信口等局部组成。综上所述STC90C516RD+单片机以其高性价的特点，特别适合于仪器仪表的应用。所以本设计依托STC90C516RD+型单片机，进行系统的设计，并利用多个DS18B20温度传感器进行该温度巡检仪表的设计。2.5温度传感器的简介及选型本文讨论温度传感器对温度信号的采集控制系统，并结合STC90C516RD+单片机提取DS18B20数据值并由液晶显示电路将测定的数据显示出来。数字式温度传感器可以通过内部电路进行转换，并把模拟的温度数据通过转换电路以数字型数据进行输出，从而构成了具有数字输出能力的温度传感器，如图2.3所示。图2.3DS18B20内部结构与封装图DS18B20数字传感器，具有如下性能优势：单总线专用技术，微处理器仅需一条端口线即可实现与DS18B20双向通信。不需要外部器件。内含寄生电源，电压范围：3.0~5.5V。测温范围：-55~125℃。用户可自定义的警戒值。DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。综上所述，采用DS18B20数字式温度传感器作为本设计的温度采集与处理的核心器件，既满足了设计的低功耗特性，同时兼具了更换器件简单便于维护等特点，在设计上也更加简便直观，有利于实物的应用化的推广。2.6显示模块的比照选择液晶显示的设计与应用是整个检测装置的根底之一。因此，选择显示器的类别，对显示器的比照选择也是该设计的重要组成局部。LED是发光频率和颜色是由制造材料决定的，通常用红色，但也有黄色或绿色的发光二极管。也是智能化测量控制仪表中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。具有耗电低，寿命长，接口方便，价格低廉等优势，故而在智能化监测与控制仪表被广泛的应用。LCD是材质为液晶的显示元件。具有功耗极低，显示质量高，无电磁辐射等优点，因此在仪器仪表中常被作为显示器件的考虑对象。本论文对液晶的选择，主要考虑常用两种液晶LCD1602和LCD12864。2.6.1LCD16021602是最常用的液晶显示，其引脚图如图2.6所示。图2.61602管脚图对于1602我们已经很熟悉，其管脚说明如表2.3所示。表2.4LCD1602管脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9DB2数据2VDD电源正极10DB3数据3VEE液晶显示偏压11DB4数据4RS数据/命令12DB5数据5R/W读/写选择13DB6数据6E使能信号输入14DB7数据7DBO数据15+LED背光源正极8DB1数据16-LED背光源负极1602的管脚信息下：第1脚：VSS为电源。第2脚：VDD接3.3V电源。第3脚：VEE为其比照度的调整端。第4脚：RS为1602显示器对存放器进行选择的管脚。第5脚：R/W为1602显示器对读写信号进行操作的线。第6脚：E端为1602显示器使能信号的作用端。第7-14脚:DB0-DB7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.6.2LCD1286412864汉字液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字〔16X16点阵〕、128个字符〔8X16点阵〕及64X256点阵显示RAM〔GDRAM〕。主要技术参数和显示特性:电源：VDD3.3V-+5V(内置升压电路，无需负压)；显示内容：128列×64行与MCU接口：8位或4位并行/3位串行其引脚图如图2.7所示。图2.7LCD12864管脚图其引脚说明如下表2.5所示：12864各个管脚的功能以及定义如表2.5所示，管脚说明如下所示：

具体指令介绍：〔1〕去除显示CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLLLLH功能：去除显示屏幕，把DDRAM位址计数器调整为“00H”。〔2〕位址归位CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLLHI/DS功能：将在操作的行在屏幕上首行显示。表2.5LCD12864引脚说明引脚引脚名称方向功能说明1VSS模块的电源地2VDD模块的电源正端3V0LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令信号/数据信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行使能端；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口的选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RETH/L复位18NC空脚19LED＿A背光源正极〔LED+5V〕20LED＿K背光源负极〔LED-0V〕〔3〕显示状态开/关CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLHDCB功能：D=1；整体显示ONC=1；游标ONB=1；游标位置ON〔4〕游标或显示移位控制CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLHS/CR/LXX功能：设定游标的移动和游标的显示移位控制位。〔5〕功能设定CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLHDLX0REXX功能：DL=1〔必须设为1〕RE=1；〔6〕读取忙碌状态〔BF〕和位址CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LHBFAC6AC5AC4AC3AC2AC1C0功能：判忙。读出AC值。2.6.3液晶的比拟选择考虑到本系统对显示器的要求，由表2.4与表2.5的比拟，根据两种显示器技术指标的比拟以及测试系统对液晶的显示要求来看，可发现LCD1602更具有优势。LCD1602液晶的主要特点:功耗相对不高，符合数据显示需要，而且硬件电路简单，占用I/O 口相对较少，软件编辑也叫简单，结合定制的德飞莱开发板LCD1602液晶更具优势，采用简单的直插式安装也为此系统设计安装带来了方便。相比照下LCD12864占用的单片机的I/O口相对较多，而且其显示过程中功耗也更大，其优势是屏幕上可以显示更多行的中文或其他文字，由于本设计用到的显示模块只是简单的温度警戒值设置和巡检多路温度的显示，不用显示太多的汉语文字，用普通的英文标示即可。故而LCD1602更具有优势，因此本论文选用LCD1602型液晶。2.7键盘的设计键盘是有编码式键盘和非编码式键盘两类。编码式键盘除了按键之外，还包括了产生键码的硬件电路等。当外部机械操作按下一个键，编码式键盘能自动产生相对应的键码，并产生一个脉冲信号传递给CPU。其特点是接口程序简单，方便使用，但对硬件电路要求较高，相对本钱也较高，所以一般很少应用在单片机系统中。非编码式键盘仅由排成行、列矩阵形式的按键组成，其作用只是实现接点的简单接通或断开，其按键去抖、键编码的形成和键识别等均由软件来完成。综合对不同键盘功能特点的描述，由于本设计键盘的用途只是简单的实现接通或断开，通过软件采集他的动作，相对软件的处理按键的去抖动、按键的编码的形成和按键识别等更方面处理，所以从经济实用方面，在本单片机设计应用系统中非编码式键盘更加适宜。经过以上比照，可以采用非编码式键盘。

3系统硬件设计及调试3.1硬件设计方框图上面已对系需要的器件已选定，本节对于系统的硬件设计图做了相应的完善，如图3.1所示。此图包括了DS18B20多路温度获取局部、预定义初始化按键局部、1602显示局部及报警控制局部。更清晰的呈现出多路温度巡检仪的工作原理。报警控制模块报警控制模块LCD显示键盘单片机系统四路温度传感器图3.1系统方框图本节将详细的说明在四路温度巡检仪中所涉及到的各电路模块的设计思路及方法。本设计的思路是以单片机和温度采集以及显示模块为核心，围绕这个核心，增加必要的外围电路来辅助和完善本次设计，是系统能够正常工作，实现所期望的各种功能。3.2STC90C516RD+最小系统及工作电路STC89C516RD+单片机正常工作，需要搭建根本工作电路，如图3.2所示。1.晶振电路本设计所采用的是内部时钟方式。单片机的XTAL1和XTAL2引脚通过外部接入晶振的方式，可在单片机内部产生系统正常工作必须的时钟信号脉冲。C8和C9可以稳定振荡频率，并使快速起振。本电路选用晶振12MHz，C8=C9=22pF。2.复位电路为使单片机初始化时固定的处于某种既定的状态，这就充分验证了该电路的有效作用。从而使其从复位开始工作。实现复位操作的方式有上电复位和按键复位。本设计采用了两者结合的复位操作电路方式。如果单片机RST/VPD引脚接口得到高的电平信号，那么22μF的复位动作电容C3开始进行充电动作，此时RST引脚电平将被拉低。假设该电平可以保持适当的周期，便起到到复位作用。本设计选择C3=22µF，R7=1KΩ[7]作为复位电路的参数。图3.2STC89C52最小系统图3.3温度信号采集模块的设计本设计温度信号获取模块采用了数字式温度传感器DS18B20，对现场温度信号进行收集获取并处理，选择该传感器的具体原因见2.5节中相关说明。3.3.1数字温度传感器DS18B20DS18B20的应用范围：1.该传感器适用于冷冻仓，储罐等温度采集和相关的控制领域。2.轴瓦、缸体、纺机、空调等狭小空间工业设备测温和控制。3.汽车空调、冰箱、冷柜以及中低温枯燥箱等。接线说明：DS18B20接线特点，采用了独特的单线总线，它用一根线实现信号的双向传输，具有接口简单、容易扩展等优点，并且可以同时挂接多个从机，适用于单主机多从基工程的系统。可编程的温度转换分辨率，可根据需要在9~12bit只见选取。12位数字〔测温分辨率达0.0625℃〕可以在750ms内把模拟量的温度数据转换为数字量的值。由于每一个DS18B20有自己的一个唯一对应的序列号，故而多个DS18B20即使同时在于一条单总线上交换温度数据，也不会对温度信号造成误读或干扰。这使得DS18B20可应用于更多领域成为可能。DS18B20是美国DALLAS公司生产的新型单总线数字温度传感器。通常DS18B20传感器采用3脚封装，当然也有的采用8脚的形式，从图3-3中看到，DS18B20读写数据都是在单一的总线上进行的，其与微控制器的通信方式是以串行通信的方式进行的。图3-3DS18B20管脚图DS18B20温度传感器将各种器件不同局部封装在同一半导体器件中，它包括温敏局部、A／D转换局部、存储器局部等，从而使得DS18B20最终的输出数据以数字值的形式传出温度信号。其信号传输的单总线结构通常采用两芯(或三芯)电缆的形式。一条单总线电缆上可以挂接假设干个数字温度传感器，每个传感器有一个唯一的地址编码。微控制器通过对器件的寻址，就可以读取某一个传感器的温度值，从而简化了信号采集系统的电路结构。采集端口的连接线减少了50倍，既节省了造价，又给现场施工带来极大的方便。3.3.2DS18B20封装结构和功能特点DS18B20是实现单总线测控网络的关键器件，它的内部结构如图3-4所示。图3-4DS18B20内部结构框图RAM中EEROM用于存储TH、TL和配置存放器的值。数据先写人RAM，经校验后再传给E2ROM。通过DS18B20功能命令对RAM进行操作。当主机传入温度转换命令(44H)时，即开启温度转换。主机通过读暂存器功能命令(BEH)，将温度值读出。通过写暂存器功能命令，改变分辨率的设置。3.3.3DS18B20的存储特性DS18B20内部存储器的内部封装结构，如表3.2所示。表3-1存储特性表字节ROMRAM其他0产品代号(28H)温度低8位148位温度高8位E2ROM2器件序号THTH3TLTL4配置存放器配置存放器5—6保存7CRC保存8CRCRAM中包含9个字节的高速暂存器和非易失性电擦写E2ROM。RAM中EEROM用于存储TH、TL和配置存放器的值。数据先写人RAM，经校验后再传给E2ROM。通过DS18B20功能命令对RAM进行操作。表3-2温度存储格式与配置存放器控制字格3.3.4温度传感模块连接图本设计实物的protel电路原理图中温度传感模块连接局部如图3-5所示。图3-5温度传感模块连接图3.4液晶显示简介LCD1602管脚说明：第1脚：VSS为电源地第2脚：VDD接5V电源正极第3脚：VEE为液晶比照度调整端。第4脚：RS为存放器选择。第5脚：RW为读写信号线。第6脚：E〔或EN〕端为液晶的使能信号端口。第7～14脚：双向数据端。此处为P0口输出，因为P0口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动LCD液晶显示屏。温度显示模块的电路图如图3.6所示：图3.61602液晶屏显示局部3.5按键设计本设计共采用三个按键对系统报警上下限等数据进行预设。当系统启动时〔或复位时〕能进入温度上下限设定界面，温度设定完毕并确定后进入温度显示界面，如下列图3.7所示。图3.7按键设计表3.5介绍了各按键功能，也是图3.7中按键功能的详细表述。本系统的输入控制简单，采用独立式键盘及接口电路。输入电路由3个按钮开关、3个10欧的限流电阻组成；键扫描识别采用软件查询的方法。表3.5按键功能表按键键名功能S1功能设定键切换设定功能S2上限设定键温度告警〔减〕S3下限设定键温度告警〔加〕3.6报警控制模块日常生活中通常为了平安生产，常常需要系统做出紧急告警的反响，Von个人提醒工作人员注意相关设备的工作状态等信息。3.6.1报警控制电路结构报警控制电路由单片机STC90C516的P2.7端作输出，三极管发射极连接压电扬声器的一端。扬声器的另一端直接与单片机通讯。报警控制电路如下列图所示。图3.8报警工作电路3.6.2报警控制电路工作过程报警控制信号由单片机STC90C516的P2.7端输出，报警控制结构中三极管的基极接一4.7k的限流电阻。当P2.7端的输出置位时，三极管在截止、饱和状态交替工作从而形成一上下电平的脉冲波，使扬声器发出报警信号。3.7系统主程序流程图以上是对系统的硬件设计,要想使单片机正常工作,还必须有相应的软件与之相配合。程序运行开始后首先对系统进行初始化，然后依次从第一路到第四路采集温度信号，并通过传感器内部的转换电路将温度信号送给单片机。单片机经过运算处理，根据设定的温度上下限判断温度是否超出设定的报警值，假设超出警戒线就启动扬声器报警。与此同时单片机将采集到的温度值送给LCD1602显示。系统主程序流程图，如图3-9所示。开始开始LED灯报警系统初始化设置温度限值DS18B20初始化显示当前温度超过上限低于下限LED灯报警YNYN图3.9系统的主程序流程图3.8电路仿真实验仿真软件选择的是Proteus软件，按本次设计的原理图画出电路仿真图，根据元件属性设置相应元件参数。系统电路仿真结果详见附录B。3.9四路温度巡检仪的适用本次设计的是基于单片机STC89C52和DS18B20的四路温度巡检仪,具有精度高、测温范围广、系统稳定等特点。可同时对四处不同的温度进行同步测量，并可以通过LCD602进行显示。并当温度超过警戒时报警。基于以上特点，多路温度巡检仪可用于工业生产过程中的多处温度检测与报警，以及炉温检测控制的场所。系统具有可扩展性，可把温度采集电路更换成湿度、亮度的采集电路，就可以进行多点湿度、亮度的采集。本设计系统主要包括DS18B20获取温度信息并转换输出数字量信息局部、温度1602显示局部、按键控制3个部；LCD1602显示程序将DS18B20采集传出的数据针对显示屏具体标示进行具体的显示，由于温度数据的采集与处理都是在循环进行，所以通过不断刷新的实时显示可以到达循环检测实时反响的目的；本设计的控制局部主要是系统初始化时针对每个DS18B20工作环境的不同对各个传感器进行相应的温度警戒值得设定，到达了循环检测、独立报警的目的。4系统的软件仿真与调试4.1温度显示数据的显示环节更是单片机控制系统的一个重要局部，也是人机交互的途径，可以用于显示各种适时地监测参数的数值，方便了现场工作人员实时准确的掌握生产过程的相关的数据参数。以上章节已经将温度检测并计算出，存储到方便LCD显示的单元。每路显示的格式为：A：000.0℃，每次显示四路输入信号，不必循环显示就可以做到实时显示各路数据。温度显示程序：/*液晶显示环节，1602屏幕显示*/voiddisplay_lcd1602(ucharz){ if(z==1) { write_com(0x80); write_date(0x41); /*对应LCD上“B”*/ write_date(0x3a); /*对应LCD上“:”*/ if(fg==1) { write_date(0xb0); /*fg=1表示无负号，b0对应空格*/ } if(fg==0) { write_date(0x20); } write_date(value/100+0x30); write_date(value%100/10+0x30); write_date(0x2e); /*温度的小数点*/ write_date(value%10+0x30); } if(z==2) { write_com(0x80+9); write_date(0x42); /*对应LCD上“B”*/ write_date(0x3a); /*对应LCD上“:”*/ if(fg==1) { write_date(0xb0); } if(fg==0) { write_date(0x20); } write_date(value/100+0x30); write_date(value%100/10+0x30); write_date(0x2e); /*温度的小数点*/ write_date(value%10+0x30); } if(z==3) { write_com(0x80+0x40); write_date(0x43); /*对应LCD上“C”*/ write_date(0x3a); /*对应LCD上“:”*/ if(fg==1) { write_date(0xb0); } if(fg==0) { write_date(0x20); } write_date(value/100+0x30); write_date(value%100/10+0x30); write_date(0x2e); /*温度的小数点*/ write_date(value%10+0x30); } if(z==4) { write_com(0x80+0x40+9); write_date(0x44); /*对应LCD上“D”*/ write_date(0x3a); /*对应LCD上“:”*/ if(fg==1) { write_date(0xb0); } if(fg==0) { write_date(0x20); } write_date(value/100+0x30); write_date(value%100/10+0x30); write_date(0x2e); /*温度的小数点*/ write_date(value%10+0x30); }}4.2报警控制4.2.1温度上、下限设定首先，假设要设定上限值，那么按按键P3^2进入设定上限值程序中，再按P3^4或P3^5进行加、减上限值。假设要设定下限值，那么按按键P3^3进入设定下限值程序中，再按P3^4或P3^5进行加、减下限值。在此设计中，对按键做了消抖处理。具体程序如下：uintkeyscan(){ucharf;if(a==0)/*a为P2.0按键按下的使能信号，a==0表示按键按下*/{delay(10);/*确定无误操作，延时*/if(a==0) /*确定有按键按下*/{ k++; while(!a);/*判断按键是否松开*/di(); if((k>=1)&&(k<=4)) { write_com(0x80);/*液晶写命令，第一行显示0x80为P0口地址*/f=0; /*定义F=0，使下条语句执行*/while(table9[f]!=0){write_date(table9[f]); /*液晶屏显示"D1=,G1=."*/f++;} write_com(0x80+0x40); /*LED第二行地址*/f=0;while(table10[f]!=0)/*液晶屏显示"D2=,G2=."*/{write_date(table10[f]);f++;}dywd(4,d1);/*调用定义温度函数，dd液晶屏的地址，g1为数据*/dywd(12,g1); /*LED的第一行第12个位置地址*/dywd(4+0x40,d2); /*LED的第二行第四个位置地址*/dywd(12+0x40,g2); /*LED的第二行第12个位置地址*/ }if((k>=5)&&(k<=8)) { write_com(0x80);/*液晶写命令，第一行显示0x80为P0口地址*/f=0; while(table13[f]!=0){write_date(table13[f]); /*液晶屏显示"D3=,G3=."*/f++;}write_com(0x80+0x40); /*LED第二行地址*/f=0;while(table14[f]!=0) /*液晶屏显示"D4=,G4=."*/{write_date(table14[f]);f++;}dywd(4,d3);dywd(12,g3); dywd(4+0x40,d4); dywd(12+0x40,g4); } if(k==1){write_com(0x80+5);write_com(0x0f);/*光标开,光标闪烁开*/}if(k==2){write_com(0x80+13);write_com(0x0f);}if(k==3){write_com(0x80+0x40+5);/*使第二行的第5个位置写入数据*/write_com(0x0f); /*光标开,光标闪烁开*/}if(k==4){write_com(0x80+0x40+13);/*使第二行的第13个位置写入数据*/write_com(0x0f); }if(k==5){write_com(0x80+5);write_com(0x0f);/*光标开,光标闪烁开*/ } if(k==6){write_com(0x80+13);/*使第一行的第13个位置写入数据*/write_com(0x0f);/*光标开,光标闪烁开*/}if(k==7){write_com(0x80+0x40+5);/*使第一行的第5个位置写入数据*/write_com(0x0f); /*光标开,光标闪烁开*/}if(k==8){write_com(0x80+0x40+13);/*使第二行的第13个位置写入数据*/write_com(0x0f); /*光标开,光标闪烁开*/}if(k==9){ok();//温度传感器存在程序；} if(k==10){init();/*液晶初始化状态*/ write_com(0x0c); /*显示开及光标设置*/ }}}if(k!=0){if(b==0){delay(10); /*确定无误操作，延时*/if(b==0) {while(!b);/*判断按键是否松开*/di();if(k==1){d1--;if(d1==0)g1=60;dywd(4,d1);write_com(0x80+5); return(d1); }if(k==2){g1--;if(g1==0)g2=60;dywd(12,g1);write_com(0x80+13);return(g1); }if(k==3){d2--;if(d2==0)d1=60;dywd(4+0x40,d2);write_com(0x80+0x40+5);return(d2); }if(k==4){g2--;if(g2==0)d2=60;dywd(12+0x40,g2);write_com(0x80+0x40+13);return(g2);}if(k==5){d3--;if(d3==0)g1=60;dywd(4,d3);write_com(0x80+5); return(d3);}if(k==6){g3--;if(g3==0)g2=60;dywd(12,g3);write_com(0x80+13);return(g3); }if(k==7){d4--;if(d4==0)d1=60;dywd(4+0x40,d4);write_com(0x80+0x40+5);return(d4); }if(k==8){g4--;if(g4==0)d2=60;dywd(12+0x40,g4);write_com(0x80+0x40+13);return(g4); } } } if(c==0){delay(10); /*确定无误操作，延时*/if(c==0) {while(!c);/*判断按键是否松开*/di();if(k==1){d1++;if(d1==0)g1=60;dywd(4,d1);write_com(0x80+5);}if(k==2){g1++;if(g1==0)g2=60;dywd(12,g1);write_com(0x80+13);}if(k==3){d2++;if(d2==0)d1=60;dywd(4+0x40,d2);write_com(0x80+0x40+5);}if(k==4){g2++;if(g2==0)d2=60;dywd(12+0x40,g2);write_com(0x80+0x40+13); } if(k==5){d3++;if(d3==0)g1=60;dywd(4,d3);write_com(0x80+5); }if(k==6){g3++;if(g3==0)g2=60;dywd(12,g3);write_com(0x80+13);}if(k==7){d4++;if(d4==0)d1=60;dywd(4+0x40,d4);write_com(0x80+0x40+5);}if(k==8){g4++;if(g4==0)d2=60;dywd(12+0x40,g4);write_com(0x80+0x40+13); }}}}return(d1); return(g1); return(d2); return(g2); return(d3); return(g3); return(d4); return(g4);}4.2.2越限报警假设测得的温度超过正常范围时，巡检仪报警。程序如下所示：/***********************扬声器响一声*************************/voidBEEP() //扬声器响一声函数；{unsignedchari;beep=0;for(i=0;i<300;i++){delay1ms(1);beep=!beep;//BEEP取反；}beep=0;//关闭扬声器；delay1ms(250);//延时；}4.3电路仿真设计启动Proteus软件，按本次设计的原理图画出电路仿真图，详见附录A。根据元件属性设置相应元件参数。系统电路仿真结果图附录B。4.4仿真分析4.4.1电路仿真设计分析Proteus软件的仿真首先是工作仿真电路的创立，接着应该是对仿真电路中的单片机中导入C语言