基于单片机的温度检测系统毕业论文

PAGE毕业设计设计题目：基于单片机的温度检测系统设计系别：机电工程系班级：06测控技术与仪器（2）班姓名：指导教师：2010年6月10基于单片机的温度检测系统设计摘要在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。该设计介绍了一种利用单片机AT89S51组成的高精度温度控制系统，从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控制系统的设计思路。着重介绍了硬件原理图和程序框图。阐述了系统的工作原理、设计及实现。由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后通过AT89S51单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。最后，由1602液晶显示器将温度显示出来。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制，当温度值超出上、下限时自动报警，实现了系统结构简单、性能可靠、控制精度高。同时系统具有扩展性好，分辨率高，测量范围宽，抗干扰性强等特点。关键词：AT89S51单片机DS18B20温度传感器温度检测DesignofTemperatureDetectionSystemBasedOnSCMAbstractThedetectionandcontroloftemperatureisoftenusedindailylifeandindustrialproductionprocess,temperatureisoneoftheimportantphysicalparametersoftheproductionprocessandscientificexperimentsgenerally.Duringtheproductionprocess,inordertocarryouttheproductionefficiently,wemustcontrolitsmainparameterswell,suchastemperature,pressureandsoon.Temperaturecontrolintheproductionprocessesalargeproportion.Temperaturemeasurementisthebasisoftemperature-controllingandamorematuretechnology.AprecisiontemperaturecontrolsystemusedAT89S51SCMandthehardwarecircuitandsoftwareofthissystemareintroduced.Schematicdiagramofthehardwareandproceduresisrelatedinemphasis.Workingprinciple,designandimplementationiselaborated.ThecurrenttemperatureismeasuredbyDS18b20temperaturesensorandtheresultsistransportedintoSCM.Then,thetemperatureiscalculatedandtheconversionresultsistransportedintotheliquidcrystaldisplaymodules1602onshow.Itcandisplaycurrenttemperaturewhichissetrandomlyandcontrolledflexibility,andthetemperaturecontrol.Whenthetemperatureisbeyondtheupperandlowerlimitsoftemperature,thealarmsystemstartsautomatically.Whatisrealizedinthissystemissimplestructure,reliableperformanceandhighprecisioncontrol.Thesystemisingoodscalability，high-resolution，widerange，anti-interferenceperformanceandsoon．KeyWords：AT89S51SCM；DS18B20Temperaturesensor；Temperaturedetection目录1绪论 11.1国内外温度检测技术概述 11.1.1温度检测技术简介 11.1.2温度检测技术的发展 41.2单片机技术的发展及应用 51.2.1单片机技术的发展 51.2.2单片机技术的应用 62方案论证 82.1题目分析 82.2温度传感器的选择 82.2.1采用模拟集成温度传感器 82.2.2采用数字单片智能温度传感器 92.3显示器的选择 102.3.1LED显示器 102.3.2LCD液晶屏 102.4单片机的选择 112.4.1凌阳单片机 112.4.2AT89S51单片机 112.4.3单片机选型 123温度检测系统的硬件设计 163.1复位电路 163.2时钟(晶振)电路 163.3温度测量电路设计 173.3.1DS18B20总体简介 173.3.2DS18B20接口电路 223.4键盘电路的设计 223.4.1键盘接口电路 223.4.2键盘使用说明 233.5温度控制电路和报警电路的设计 243.6显示电路的设计 253.6.1LCD1602显示原理 253.6.2LCD1602引脚定义 263.6.3LCD显示电路 273.7PCB板设计 283.7.1PCB元件布局 283.7.2布线 283.7.3硬件抗干扰措施 294温度检测系统软件设计 304.1系统的主程序设计 304.2DS18B20模块程序 304.31602液晶模块程序 314.4键盘模块程序 325全文总结 345.1经济效益分析 345.2社会效益分析 34谢辞 35参考文献 36附录I系统电路原理图 38附录IIPCB板 39附录Ⅲ程序清单 40外文资料 58唐山学院毕业设计PAGE671绪论随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也在不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器．现实社会发展的许多情况下需要测量温度参数。1.1国内外温度检测技术概述1.1.1温度检测技术简介一、随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法[1]：1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计利用此原理制成的温度计大致分成三大类。（1）玻璃温度计，它是利用玻璃感温包内的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的；（2）双金属温度计，它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在上一起制成的双金属片作为感温元件，当温度变化时，一端固定的双金属片，由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度；（3）压力式温度计，它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度变化，压力发生相应变化，用弹簧管压力表测出它的压力值，经换算得出被测物质的温度值。2)利用热电效应技术制成的温度检测元件利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。常用的热电偶有以下几种。（1）镍铬-镍硅，型号为WRN，分度号为K，测温范围0-900℃，短期可测1200（2）镍铬-康铜，型号为WRK，分度号为F，测温范围0-600℃，短期可测800（3）铂铑-铂，型号为WRP，分度号为S，在1300℃以下的温度可长期使用，短期可测1600（4）铂铑30—铂铐6，型号为WRR，分度号为B，测温范围300-1600℃，短期可测18003）利用热阻效应技术制成的温度计用此技术制成的温度计大致可分成以下几种。（1）电阻测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。目前常用的有铂热电阻(分度号为Pt100、Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50、Cu100两种)。（2）导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。（3）陶瓷热敏元件，它的实质是利用半导体电阻的正温特性，用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。突变型PCT元件的温阻特性是当温度达到顶点时，它的阻值突然变大，有限流功能，多数用于保护电器。缓变型PCT元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大，起温度补偿作用。NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反，即随温度升高，它的阻值减小。4）利用热辐射原理制成的高温计热辐射高温计通常分为两种。一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的。5）利用声学原理进行温度测量声学发温度检测技术是近年来发展起来的一项新技术，利用该技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布在线检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制，声学温度检测技术的基本原理是通过测量声波传感器间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。6）利用红外测温技术红外测温技术是通过检测物体表面能量来检测物体温度的。二、近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。1）晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大1~2个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。2）集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。3）核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。4）热噪声温度检测器它的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性。其特点是：（1）输出噪声电压大小与温度是比例关系；（2）不受压力影响；（3）感温元件的阻值几乎不影响测量精确度；所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。5）石英晶体温度检测器它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的特性来制作的。它利用'uP技术，自动补偿石英晶片的非线性，测量精度较高，一般可检测到0.001℃6）光纤温度检测器光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器，检测精度在±1℃以内，测温范围可以从绝对0℃到7）激光温度检测器激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氮氖激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1％；用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000℃8）微波温度检测器采用微波测温可以达到快速测量高温的目的。它是利用在不同温度下，温度与控制电压成线性关系的原理制成的。这种检测器的灵敏度为250kHZ/℃,精度为1％左右，检测范围为20~1400℃9)纯贵金属热电偶的研究由两种纯金属组成的热电偶，因其材料均匀性远优于合金材料，因而稳定性很好。在铂铑合金热电偶(S、R型)的不确定度已很难提高之后，人们开始寻找由纯贵金属组成的热电偶，以代替S和R型热电偶，作为传递的标准。10)信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代的工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一代的自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。所有的现场仪表（温度检测仪表是其中一种）均接到现场总线上。在这样的系统中，通常不应使用各种不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样“温度计”就变成了“温度变送器”。在现场总线控制系统中的温度变送器主要是热电偶变送器和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。1.1.2温度检测技术的发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。无论是在电子产品的生产、食品加工、其它工业生产，还是在医疗器械生产方面，只要在生产过程中温度是重要的控制指标，温度检测（也称追踪）技术就具有非常广阔的应用前景。1)国内外温度检测技术动向(1)扩展检测范围现在工业上通用的温度检测范围为-200~3000℃(2)扩大测温对象温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。(3)发展新型产品利用以前的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。(4)适应特殊环境下的测温对许多场合中的温度检测器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。(5)显示数字化温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无读数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。(6)标定自动化应用计算机技术，快速、准确、自动地标定温度检测器。2）国内外温度检测发展趋势根据上述要求，国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展：(1)继续生产量大面广的传统的温度检测元件，如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。(2)加强新原理、新材料、新加工工艺的开发。如近来已经开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。(3)向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展，向机电一体化方向发展。1.2单片机技术的发展及应用1.2.1单片机技术的发展所谓单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机（即单片微型计算机）。美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008，特别是1976年MCS-48单片机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域[2]。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当数Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以Intel的MCS-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型[3]。1.2.2单片机技术的应用随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。如MCS-51系列单片机控制的“船舶航行状态自动记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。其应用大致可分为以下几方面[3]：（1）机电一体化设备的控制核心机电一体化是机械设备发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其自身优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个关节或动作部位都是一个单片机控制系统。（2）数据采集系统的现场采集单元大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到主计算机中进行处理。如有些气象部门、油田采油部门以及电厂等均可采用这样的系统。（3）分布控制系统的前端控制器在直接控制级的计算机分布控制系统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应协调工作。（4）智能化仪表的机芯自动化仪表的智能化程度越来越高。采用单片机的智能化仪表可具有自整定、自校正、自动补偿和自适应功能，还可进行数字PID调节，软件消除电流热噪声等等，解决传统仪表所不能解决的难题。单片机的应用使这种性能如虎添翼，如自动计费电度表、燃气表中已有这方面的应用。许多工业仪表中的智能流量计，气体分析仪、成分分析仪等也采用了这项技术。甚至有的保健治疗仪中也采用了单片机控制[5]。（5）消费类电子产品控制该应用主要反映在家电领域，如洗衣机、空调器、保安系统、VCD视盘机、电子秤、IC卡、手机、BP机等。这些设备中使用了单片机机芯后，大大提高了其控制功能和性能，并实现了智能化、最优化控制。（6）终端及外围设备控制计算机网络终端设备，如银行终端、商业POS（自动收款机）以及计算机外围设备如打印机、通信终端和智能化UPS等。在这些设备中使用单片机，使其具有计算、存储、显示、输入等功能，具有和计算机连接的接口，使计算机的能力及应用范围大大提高。1.2电路的总体方案设计本文的主要工作是研究与设计一种基于AT89S51的温度检测系统，使之应用于大棚及其它工农业生产等方面，在实用中具有非常广阔的应用前景。该温度测量系统，实现对温度的实时测量与显示，具有温度超限报警功能等。系统包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分包括单片机控制芯片，温度测量电路，温度显示电路，报警电路和温度控制电路，软件设计部分包括相应信号采集与处理程序及单片机接口子程序等，实现实时测温、显示、控制与报警功能。温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4个键把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。系统框图如图1.1。温度测量电路温度测量电路单片机电源电路时钟电路复位电路键盘显示报警电路制冷电路制热电路图1.1基于单片机的温度检测系统框图2方案论证本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。2.1题目分析本设计是一个数字温度控制系统，能测量并实时显示温度，并能在超限的情况下进行控制、调整并报警。即以单片机为基础，实现温室大棚温度的自动检测。根据设计的要求，要利用温度传感器实时检测温度。当温度高于设定的报警上限温度时，打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内；当温度低于设定的报警下限温度时，打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。同时一方面由LCD显示信息，并发出警报声。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测、控制和报警。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的采集电路，键盘显示电路，温控电路，报警电路等几个部分。要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理和应用，及键盘和显示电路的设计等。2.2温度传感器的选择2.2.1采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。图2-1是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器，使=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制[4]。图2.1基于AD590测温基本应用电路2.2.2采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器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。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS18B20，智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内,精度为0.5℃。DS18B20的精度较差为±0.2℃。现场温度直接以“DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的“DS1820”体积更小、更经济、更灵活。使您可以充分发挥“一线总线”的长处。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器[6]。研究了以上温度传感器的特性以及信号传输方式,应该选择单总线数字温度传感器DS18B20比较合适。传统的温度检测系统以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性较差,测量温度的准确度低，检测系统的精度差。如果采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底解决，当传感器与数据采集器距离较远,信号线周围存在电磁干扰源时，该问题显得尤为突出。另外，模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得十分困难。从温度传感器信号传输方式考虑，多点检测时多线制用线量大，施工困难，成本高，系统的整休可靠性差；总线制由于不能采用寄生供电,传感器数量较多时，也会使整个系统结构变得复杂起来。单总线数字温度传感器克服了上述不足。用单总线温度传感器设计冷库温度检测系统具有如下特点：较高的性能价格比;监测对象越多越能显示其优越性；硬件施工工作量少；系统维修方便;抗千扰性能好；有CRC校验，可靠性高；系统简明直观。由于大棚温度巡检的速度并不要求太快，所以单总线速率较慢的问题不会对系统造成明显的不良影响。2.3显示器的选择2.3.1LED显示器采用传统的七段数码LED显示器。LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。2.3.2LCD液晶屏采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3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。优点为[7]：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，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）体积小、重量轻,液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4）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。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD作为显示器。2.4单片机的选择2.4.1凌阳单片机随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，DigitalSignalProcessing）等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的µ’nSP™（MicrocontrollerandSignalProcessor）16位微处理器芯片（以下简称µ’nSP™）。围绕µ’nSP™所形成的16位µ’nSP™系列单片机（以下简称µ’nSP™家族）采用的是模块式集成结构，它以µ’nSP™内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。µ’nSP™内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。[8]利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89S51昂贵一些，因此我们并没有将其作为首选。2.4.2AT89S51单片机由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑。[9]由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。51的优点是价钱便宜,I/O口多，程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能，所以用AT89S51。2.4.3虽然凌阳单片机的硬件性能好，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于接触单片机不深的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89S51昂贵一些。又因为在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。故选择AT89S51单片机。（1）AT89S51功能特性概述[10]AT89S51方框图如下图2.2，AT89S51提供一下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及诊断系统工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图2.2AT89S51方框图（2）AT89S51引脚功能介绍AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图2.3所示。各引脚功能简单介绍如下：●VCC：供电电压●GND：接地●P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0●P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。●P2口：P2口为一个内部上拉电阻的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。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在图2.3AT89S51引脚图●P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外部中断0)P3.3INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。●RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。●ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。●PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。●EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。●XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。●XTAL2：来自反向振荡器的输出。3温度检测系统的硬件设计温度检测系统的硬件设计部分包括单片机控制芯片，温度测量电路，温度显示电路，报警电路和温度控制电路。以AT89S51单片机为控制核心，温度测量电路由DS18B20数字传感器构成，用来采集实时温度，并由单片机计算、转换，传输给由LCD1602构成的显示电路，同时控制报警电路和温度控制电路。3.1复位电路RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效。高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。若时钟频率为6MHz，则复位信号至少应持续4微秒以上，才可以使单片机复位。本次设计中采用按键复位的方法进行复位操作。如下图3-1所示。按键复位是利用开关按钮来实现的，即通电后，按下开关，使得瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容上储能增加，电容电压也增大，充电电流减少，RESET端的电位逐渐下降。这样在RST端就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲持续的时间进行调节。3.2时钟(晶振)电路时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件(如触发器寄存器存储器等)构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序.时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路,没有时钟电路单片机就无法工作。此次设计中，我们采用由内部方式产生时钟的方法形成时钟电路，具体如图3.1所示。图3.1时钟复位电路内部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率fosc＝6MHz，则时钟频率＝3MH2，因此，时钟是一个双向信号，由P1相和P2相构成。fosc可在2MHZ-12MHZ选择。小电容可以取30PF左右。3.3温度测量电路设计3.3.1DS18B20总体简介1)DS18B20的性能特点[11]：图3.2DS18B20管脚图(1)采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值；(2)测温范围为-55℃～257℃（-67～+(3)每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中；(4)用户可定义非易失性温度报警上、下限；(5)简单的多点分布式测温应用；(6)温度计分辨率可以被使用者选择为9～12位；(7)可通过数据线供电，供电范围为3.0V到5.5V；(8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图3.2所示。表3-1详细的引脚说明8引脚SOIC封装TO-9封装符号说明51GND接地42DQ数据输入/输出引脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式时用来提供电源33VDD可选的VDD引脚。工作与寄生电源模式时VDD必须接地。2)DS18B20简述[12]图3.3是表示DS18B20的方框图，表3-1已经给出了引脚说明。64位只读存储器存储器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11或12位。TH、TL和配置寄存器是非易失性的可擦除的程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。DS18B20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯。当全部器件经由一个3态端口（DQ引脚在DS18B20上的情况下）与总线连接的时候，控制线需要连接一个上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的64位片序列码辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址。由于每个装置有一个独特的片序列码，总线可以连接的器件数码事实上是无限的。单总线协议，包括指令的详细解释和“时序”。图3.3DS18B20方框图3）DS18B20存储器[13]DS18B20的存储器结构示于图3.4。存储器有一个暂存SRAM和一个存储高低报警上、下限值TH和TL的非易失性电可擦除EEPROM组成。注意当报警功能不使用时，TH和TL寄存器可以被当作普通寄存器使用。所有的存储器指令不再详述。位0和位1为测得温度信息的LSB和MSB。这两个字节是只读的。第2和第3字节是TH和TL的拷贝。位4包含配置寄存器数据。位5，6和7被器件保留，禁止写入；这些数据在读回时全部表现为逻辑1。高速暂存器的位8是只读的，包含以上八个字节的CRC码，CRC的执行方式不再详述。数据通过写暂存器指令[4Eh]写入高速暂存器的2,3和4位；数据必须以位2为最低有效位开始传送。为了完整的验证数据，高速暂存器能够在数据写入后被读取（使用读暂存器[BEh]）。在读暂存器时，数据以位0为最低有效位从单总线移出。总线控制器传递从暂存器到EEPROMTH,TL和配置数据必须发出拷贝暂存器指令[48h]。EEPROM寄存器中的数据在器件掉电时仍然保存；上电时，数据被载入暂存器。数据也可以通过召回EEPROM命令从暂存器载入EEPROM。总线控制器在发出这条命令后发出读时序，DS18B20返回0表示正在召回中，返回1表示操作结束。图3.4DS18B20存储器图4）DS18B20初始化和读/写时序由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。从而，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。(1)DS18B20的初始化时序图3.5DS18B20的初始化时序图(2)DS18B20的读/写时序[14]控制器在写时序写数据到DS18B20，在读时序从DS18B20中读取数据。每一总线时序传送一位数据。①读流程时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60μs才能完成。②写流程时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60μs，保证DS18B20能够在15μs到45μs之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15μs之内就得释放单总线。图3.6DS18B20的/读写时序5）DS18B20的功能指令[15]DS18B20有六条控制命令，如表3-2所示：表3-2DS18B20控制命令指令约定代码操作说明温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPUCPU对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。3.3.2DS18B20接口电路在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，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。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。我们采用的是第一种连接方法，如图3.5所示，把DS18B20的数据线与单片机的13管脚连接,再加上上拉电阻。图3.7温度传感电路图3.4键盘电路的设计3.4.1键盘接口电路本系统有重新设定上下限的功能，故需要键盘来键入。我们采用4个键的键盘通过按下不同的按键可实现实时显示温度和刷新温度限值。如图3.9所示，用AT89S51的P2口接4个键键盘，以P2.1－P2.4接K1-K4键，无按键按下时，P2.1-P2.4处于高电平状态，有键按下时，与K1-K4对应P2.1-P2.4的电平状态为低。键盘输入的信息主要进程是：1)CPU判断是否有键按下。单片机通过中断查询的方式检查P2.0-P2.4是否有处于低电平状态的，若有，则判断为有键按下；2)确定是按下的是哪个键。由于单片机端口与4个按键有对应关系，故通过判断哪个端口处于低电平状态，则说明相应的键是按下的；3)把此键所代表的信息翻译成计算机可以识别的代码或者其他的特征符号。具体各个键的功能见键盘使用说明。图3.8键盘硬件电路图3.4.2键盘使用说明键盘共有4个按键，用于方便设定温度。1）按K1键则显示设定好的报警上下限值（在不按下K2键的前提下），按K3键返回；2）按K2键用于刷新报警上下限值，在按下K2键后，K1-K4键分别实现以下功能；UP/DOWNUP/DOWN设置步进方向键，控制上下限的增和减；THTH，设置上限，使其值按步进方向变化；TLTL设置下限，使其值按步进方向变化；OKOK设置的确认，修改设置好温度时进行确认；3）除以上情况下，按K3和K4键则无意义，返回主程序。对应的按键的序号排列如下所示：表3-3键盘的按键分布端口按键功能P2.1K1显示上下限值P2.2K2刷新上下限值P2.3K3调小上下限值P2.4K4确定3.5温度控制电路和报警电路的设计温度检测系统由DS18B20采集的温度信号，转换输出与某温度值相对应的二进制8位BCD码，传输给AT89S51单片机，经其计算、转换出的实测温度值与设定上下限值比较，若温度值超限，则单片机控制蜂鸣器，使它发出报警声，若是低于下限就启动制热器，若是高于上限值就启动制冷器，使温度恢复到正常范围，从而实现了报警、控制功能。实际电路如图3.8所示,把实际测量的温度和设定的报警温度上、下限进行比较,来控制P0.0、P0.1、P3.4端口的高低电平。把P0.0、P0.1、P3.4端口分别与三极管的基极连接来启动温度控制电路和超限报警功能。当测量的温度超过了设定的最高温度，P0.1由高电平变成低电平，就相当于基极输入为“0”，这时三极管导通推动制冷器和控制电路工作，反之,当基极输入为“1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。只要控制单片机的P0.0、P0.1、P3.4口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。图3.9温度控制报警电路3.6显示电路的设计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。根据显示内容和方式的不同可以分为,数显LCD,点阵字符LCD,点阵图形LCD在此设计中我们采用点阵字符LCD，这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块。3.6.1LCD1602显示原理DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表[10]：表3-4显示地址显示位置1234567……40DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H……27H第二行40H41H42H43H44H45H46H……67H也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个"A"字,就要向DDRAM的00H地址写入“A”字的代码就行了。但具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的。那么一行有40个地址，但在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如下[16]：DDRAM地址与显示位置的对应关系从下图可以看出，“A”字的对应上面高位代码为0100，对应左边低位代码为0001，合起来就是01000001，也就是41H。可见它的代码与我们PC中的字符代码是基本一致的。因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1＝'A'这样的方法。PC在编译时就把“A”先转为41H代码了。3.6.2LCD1602引脚定义1602采用标准的16脚接口，其中[17]：第1脚：VSS为电源地；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：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，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；第4脚：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；第5脚：RW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RW为高电平时可以读指令，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；第6脚：E端为使能端，当E端为高电平时读取信息，由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线；第15脚：LCD背光电源正极；第16脚：LCD背光电源负极。3.6.3LCD显示电路LCD1602与单片机的连接如图3.10所示[18]。温度检测系统中，AT89S51单片机的并口P0与LCD1602的8位双向数据线相连接，通过并口输入或输出数据或指令，从而实现温度显示功能，基本操作时序如下。图3.10液晶显示电路图读状态输入：RS=L，RW=H，E=H输出：DB0～DB7=状态字写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码输出：无读数据输入：RS=H，RW=H，E=H输出：DB0～DB7=数据写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据输出：无把8根数据线和P1口连接，把3根控制线和P3.5、P3.6、P3.7连接。给VCC端加上+5V的电压，GND端接地。VEE端的驱动电压不要过大，要调节滑动变阻器使VEE在0.7伏以下显示器才能工作。3.7PCB板设计3.7.1PCB元件布局设计PCB板时布局是十分重要的，合理的布局，能给布线工作带来方便。对PCB板布局，首先要考虑PCB尺寸大小，当PCB尺寸过大时，布线则相对容易，散热也好，但材料增加，成本也增加，且影响工艺要求；过小，布线则较难，散热也不好，可靠性降低。因此本设计PCB尺寸大小为150mm×100mm。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时应遵守以下原则[19]：(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。时钟晶振特别容易受到外界干扰，所以应该将时钟晶振靠近IC时钟输入端。(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外的短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。(3)重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大有重，发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机底板上，且考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。电源电路的三端稳压器7805是一个发热元件，因为它所带电路电流较大，所以要加散热片。(4)对于电位器，可调电感线圈，可变电容器，微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱板上的位置相适应。(5)应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则[19]：(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀，整齐，紧凑地排列在PCB板上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。(3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。3.7.2布线布线是的一个重要的组成部分，是完成电子产品设计的重要步骤。基于EDA开发板电路复杂，焊盘较多。若制作单面板布线可能飞线过多，影响PCB板工艺，可靠性也会降低，因此，该设计采用双面板制作EDA开发板的PCB板，而用单面板制作下载部分的PCB板。为了使布线的可靠性高，干扰小，工艺好，具体在布线上应该遵循以下原则[20]：(1)当输入输出端的信号频率较高时，导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1～15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃。因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.2~0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能要宽线。尤其是电源线和地址线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，只要工艺允许，可使间距小至5～8mm(3)印制导线拐弯处一般取钝角，而直角或锐角在会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状。这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。3.7.3硬件抗干扰措施硬件抗干扰是应用系统最基本和最主要的抗干扰手段，一般从防和抗两方面入手来抑制干扰。其总的原则是:抑制或消除干扰源，切断干扰对系统的藕合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。对于本系统，硬件抗干扰设计具体措施有：隔离、接地、滤波等常用方法[21]。(l)隔离主要用于过程通道的隔离。光电耦合器能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，提高信噪比。在输入、输出通道采用光电藕合器将控制系统与外围接口隔离；(2)接地接地应遵循的基本原则是:数字地、模拟地、屏蔽地应该合理接地，不能混用。要尽可能地使接地电路各自形成回路，减少电路与地线之间的电流祸合。合理布置地线使电流局限在尽可能小的范围内，并根据地电流的大小和频率设计相应宽度的印刷电路和接地方式。模拟电源和数字电源各自并接0.lμF的陶瓷电容(去藕电容)；(3)滤波电源系统干扰源主要是高次谐波。无源滤波器是一个简单的、有效的低通滤波器，它只让电网中基波通过，而对高次谐波有急剧的衰减作用，对串模干扰和共模干扰信号具有很强的双向抑制作用。4温度检测系统软件设计4.1系统的主程序设计主程序是系统的监控程序，在程序运行的过程中必须先经过初始化，包括键盘程序，中断程序，以及各个控制端口的初始化工作。系统在初始化完成后就进入温度测量程序，实时的测量当前的温度，并与设定的报警温度上、下限值进行比较，信息通过LCD显示出来。程序中以查询的方式来重新设定温度的上下限。根据硬件设计完成对温度的控制。按下4个键键盘上的K1键可以显示设定好的温度上、下限，按下K2键可以重新设定温度下限。系统软件设计的总体流程图如图4.1。NNN温度超上下限？读取温度数据按键扫描结束转换、显示显示OKNY温度达到上限？报警开启制冷开启制冷温度达到下限？报警YYU开始LCD初始化写入报警上下限值复位显示ERROMDS18B20存在否？NY图4.1系统软件流程图4.2DS18B20模块程序首先DS18B20初始化，复位DS18B20，然后单片机等待DS18B20的应答脉冲。一旦单片机检测到应答脉冲，便发起跳过ROM匹配操作命令。成功执行了ROM操作命令后，就可以使用内存操作命令，启动温度转换，延时一段时间后，等待温度转换完成。再发起跳过ROM匹配操作命令，然后读暂存器，将转换结果读出，并转为显示码，送到液晶显示。DS18B20模块程序流程图如图4.2所示。启动温度转换启动温度转换读取温度温度处理跳过ROM匹配DS18B20复位跳过ROM匹配DS18B20复位图4.2DS18B20模块程序流程图4.31602液晶模块程序首先对1602液晶显示器进行初始化，按键复位后，延时15ms，进行初始化设置，依次为显示关闭、显示清屏、显示光标移动设置，最后进行写操作。1602液晶驱动程序流程图如图4.3所示。延时15ms延时15ms显示模式设置延时5ms显示关闭显示清屏延时5ms延时5ms显示光标移动设置延时5ms显示开及光标设置显示位置设置延时显示温度各位数值1602初始化图4.31602液晶驱动程序流程图4.4键盘模块程序首先对控制芯片进行初始化，开中断，扫描与K1-K4键对应连接的P2.1-P2.4口的电平，若为低则相应按键按下，进行相应处理，最后显示操作。按键扫描子程序流程图如图4.4所示。YY开始系统初始化开中断扫描键盘调用液晶显示程序有键按下？切换步进调整上限显示限值确认处理刷新限值调整下限NK1键K2键K1键K2键K3键K4键其他图4.4键盘查询程序流程图5全文总结5.1经济效益分析本系统的设计，是为了保证温室大棚温度维持在设定的范围内，以保证工作系统在稳定的状态下工作。本系统的设计成本很低，如果采用大批量生产的话，生产成本会更低。在市场上的温度自动控制系统的价格在百元人民币以上。对于本系统的使用者来说，本系统能够很稳定的控制温度而且稳定性很高。只要配上适当的温度传感器，这个系统便还可以实现很多领域的温度自动控制。这对于提高系统的利用率，避免重复设计有很大的帮助的。在本系统的作用下，可以为工作系统提供一个良好的环境，使产品的数量和质量有很大的提高。使得产品的生产成本降低，从而使系统的使用者获得的利润提高了。通过分析表明：本系统是一个性价比比较好的系统，不论对于生产者还是使用者来说，它都可以带来好的经济效益。5.2社会效益分析本设计是以AT89S51为核心，利用软硬件相结合的自动控制的典型例子。在单片机自动控制已经广泛的应用于人们的生产和生活的今天，传统用模拟电路来控制温度的做法，已经逐渐被淘汰。这个系统的实现，改变了传统的温度控制方法，为温度的控制开辟了一条新的道路。根据我国的科技和工业水平，这个系统的设计是符合工业生产的需要。实现我国的工业化，自动控制是其中的一个重要目标，自动控制系统正广泛的应用于工业生产和人们的日常生活。本系统的设计成功知识实现自动控制的“冰山一角”，但它为以后更加智能化、人性化的自动控制系统的设计，作了铺垫。因此这种系统的设计具有比较好的社会效益。经过三个多月的方案论证、系统的硬件和软件的设计、系统的调试。查阅了大量的关于传感器、单片机及其接口电路、以及控制方面的理论。经过了一番特殊的体验后，经历了失败的痛苦，也尝到了成功的喜悦。第一次靠用所学的专业知识来解决问题。检查了自己的知识水平，使我对自己有一个全新的认识。通过这次毕业设计，不仅锻炼自己分析问题、处理问题的能力，还提高了自己的动手能力。这些培养和锻炼对于我们这些将继续学习、深造的大学生来说，是很重要的。这次毕业设计基本的完成了任务书的要求，实现了温度的控制。但是由于设计者的设计经验和知识水平有限，系统还存在许多不足和缺陷。谢辞在本次毕业设计中，不仅自己付出了很多心血，也得到了很多老师和同学的支持，为我创造了很多有利条件，在这里，我要特别感谢我的指导老师安久伏老师，在毕业设计的开始，安老师给了我很多帮助，指导我了解了很多单片机的相关知识，并在当我设计遇到困难时，及时的给予帮助和鼓励，同时，对我其他学科的鼓励也渗透在毕业设计的同时，给了我莫大的信心，为我顺利完成毕业设计起到了非常重要的作用。大学时代的老师们治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了对待知识，走向社会的思考方式。同时。我还要感谢实验楼机房的所有老师，为我的毕业设计提供了非常便利的条件。最后还要感谢帮助我的同学，在我遇到困难时给予我耐心的帮助。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中给予我帮助的老师和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。参考文献[1]乐嘉华，温度检测技术的现状和未来，煤油化工自动化[J].1998（3），36-38.[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计，第一版，北京航空航天大学出版社，1993，19-24.[3]张君谟.单片机中级教程，第一版，北京航空航天大学出版社，2000，25-43.[4]沙占友.集成温度传感器原理与应用.北京：机械工业出版社，2002，84~95.[5]刘川来，李康康，刘成才，徐健，一种组合式温度传感器的研究[J].仪器仪表学报,2007,28（31）：888-892.[6]余威明.DS18B20高精度多点温度检测显示系统[J].仪表技术,2007,03：37-39.[7]李长春，刘利民.温度检测电路设计[J].有色冶金设计与研究,2008,(06)：36-37.[8]余国卫.基于H8单片机的通用温度检测系统设计[J]．应用科技，2008，33(6)：159-161.[9]孙剑涛，崔明礼.基于AT89S51单片机的温度测控系统设计[J].传感检测技术,2008,(08)：36-37.[10]杨金红,林咏海.AT89S51及其在温度检测中的应用[J].科技风,2008,(21)：109-111.[11]郑惟晖.单片机智能温度控制系统的设计[J].黄山学院学报,2008,10(05)：23-25.[12]蔡成涛，朱齐丹，赵健.实用温度检测系统的设计与实现[J]．应用科技，2006，33(7)：19-21.[13]宋刈非，赵猷肄，林一楠.基DS1820传感器的温度检测系统[J].光电技术应用,2009,24(03)：47-62.[14]黄利君，王选民.分布式多点远程温度检测系统设计[J].仪表技术,2009,07：10-12.[15]房小翠，王金凤.单片机实用系统设计技术，国防工业出版社，1999，63-78.[16]李玉峰，倪虹霞MCS-51系列单片机原理与接口技术.北京：人民邮电出版社，2004，187~216.[17]黄莉萍，齐森，黄选章，倪荣富，刘丹，李洪升.计算机粮仓温度检测的研究[J].粮食加工,2008,33(01)：89-91.[18]王文松，张新军.基于单片机的温度检测系统的设计[J].漯河职业技术学院学报,2009,8(05)：6-7.[19]谈世哲.PProtelDXP2004电路设计基础与典型范例.电子工业出版社,2008.[20]卿燕玲，李蕾.基于单片机的温度测控系统的设计与实现[J].信息技术与信息化,2006,(03)：78-80.[21]胡绍祖，曾连荪.基于单片机的室内温度采集和控制系统[J].电脑知识与技术,2009,5(07)：43-44.[22]为民，王仁丽.温度