基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

12 位选择。 （ 6）内部有温度上、上限告警设置。 基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 6 （ 7）可通过数据线供电。 供电范围为 ～。 （ 8）在 － 10℃～＋ 85℃ 范围内精确度为 177。 5℃ 设计方案三 这个方案使用 STC89C52 单片机作为控制的核心，以数字温度传感器 DS18B20为温度的测量元件，在这个电路中采用 2 个 DS18B20 对各点温度进行检测，通过三个按键对正常温度进行设置，显示电路采用 LCD1602 模块，如图 23 所示。 按键 L C D 显示蜂鸣报警装置温度传感器 1单片机温度传感器 2 图 23 基于数字温度传感器的测量系统方案 这个方案与方案二工作原理相同，只是这个方案选用 STC89C52 单片机作为控制的核心，选用三个按键对测量温度进行设置，电路中采用 2 个 DS18B20 对各点温度进行检测。 优点：毕业设计采用的 STC89C52 单片机作为控制的核心，和 AT89C51 单片机的区别在于： STC89C52 单片机是一种带有 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 COMOS8 的微处理器。 AT89C51 是一种带有 4K 字节的 Flash ROM。 其他的功能基本相同。 这个方案电路简单，容易操作 [7]。 方案的比较与选择 毕业设计采用 2 个 DS18B20 对各点温度进行检测，测温范围为 55 OC～ +128 OC，精度为 177。 OC。 采用 LCD1602 液晶显示器，同时显示路数和温度。 综合模拟温度传感器和数字温度传感器的性能指标，以上三个方案都能达到设计的要求。 方案一采用模拟温度传感器 AD590，转换结果需要经过运算放大器和 A/D 转换器传送给处理器。 它控制虽然简单，成本低，但是后续电路复杂，且需要进行温度标定，集成温度传感器 AD590 输出为电流信号，且输出信号较弱，所以需要后续放大及 A/D 转换电路，如采用普通运放则精度难以保证，而测量放大器价格较高，这样基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 7 会使系统成本升高。 方案二以 DS18B20为传感器和 AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括 电源电路、复位电路、时钟电路、传感器电路、 键盘与 温度显示电路、上限报警电路 等组成部。 采用 美国 Dallas半导体公司推出的数字温度传感器 DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。 它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用 I/0端口即可完成与微处理器的通信。 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 大大提 高了系统的抗干扰能力。 DS18B20 体积小、经济、使用方便灵活，测试精度高，较高的性能价格比，有 CRC 校验，系统简明直观 [8]。 适合于恶劣环境的现场温度测试，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 但是程序设计比较复杂，稍微操作不当，都会造成设计的失败。 方案三以 DS18B20 为传感器和 STC89C52 单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括 电源电路、复位电路、时钟电路、传感器电路、 键盘与 温度显示电路、上限报警电路 等组成部。 方案 三 和方案二工作原理基本相同，这个方案程序设计比较简单，电路也比较简单，操作起来更方便，不易出错，如果操作过程中某个方面出错了，更改起来也比较方便。 综上所述，毕业设计采用方案三对系统进行设计。 本章小结 随着社会经济的发展，电子产品更新换代的速度也随之呈指数的上升，因此，元器件的选择和使用成为了难点。 温度是日常生活和工农业生产中经常需要测试的重要参数。 传统的方式一般采用热电偶或热电阻 ,其输出的模拟信号 ,需经 A/D 转换后才能送入单片机等微处理器 ,这样的硬件电路结构复杂 ,制作成本较高 [9]。 近年来 ,各种 新型温度传感器和测量方法大量出现并成功应用。 单总线数字式智能型传感器技术彻底改变了传统的温度测量方法 ,直接将温度物理量转化为数字信号并以总线方法传送到微处理器进行数据处理。 其中以美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 为代表的数字式智能温度传感器凭借其突出优点广泛使用于各种环境的自动化测量及控制系统中，所以，毕业设计选用了数字温度传感器 DS18B20 作为测温元件。 基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 8 3 系统的硬件设计 毕业设计研究的多点测温系统是以 STC89C52 单片机和单总线 数字温度传感器DS18B20 为核心，充分利用单片机优越的内部 和外部资源及 数字温度传感器DS18B20 的优越性能 构成一个完整的测温系统，实现对温度的测量。 整个系统由STC89C52 单片机控制，能够接收传感器 DS18B20 的温度数据并通过 LCD1602 液晶显示器显示出来，可以从三个按键输入命令，系统根据命令，选择对应的温度传感器，并由 LCD1602 液晶显示器对温度显示。 设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。 由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。 毕业设计的整个系统主要是由 STC89C52 单片机、 LCD1602 液晶显示电路、按键电路、报警电路等构成。 单片机系统设计 在快速发展的时代，今天的新科学和技术的发展，单片机的应用越来越受到人们的重视，它被广泛用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化领域等 [10]。 单片机全名为单片微型计算机，是计算机的一个基本组成部分，使之微型化，可以集成在单片微机上。 目前市场上比较流行的单片机英特尔公司，菲利普公司的 8051 单片机，摩托罗拉的 M6800 系列微控制器，英特尔 MCS96 系列单片机 [11]。 STC89C52 单片机和 AT89C51 相比具有以下优点： （ 1） STC89C52 是 ISP 系列的，在线用串口编程，只需要三四根线就可以，但是AT89C51 要取下来编程比较麻烦。 （ 2） STC89C52 内带 EEPROM，可以断电后保存资料，比如，温度告警的上限，但是 AT89C51 要实现断电保存就得另外扩展存储器。 （ 3） STC89C52 带 ADC 的可以直接接模拟的温度探头，但是 AT89C51 还要外置ADC。 综上所述：毕业设计运用深圳智威（香港）电子有限公司（ WINBOND 代理商）的STC89C52 进行系统控制，运用到了复位电路，时钟电路，串口， I/O 口。 （ 1）复位电路：复位操作完成初始化该芯片的单片机电路，可以使单片机从确定的开始状态运行。 复位操作通常是一个上电和开关复位。 自动上电复位要求接通电源后，自动复位操作。 开关复位是用按钮来控制单片机的复位电路，如果发生死机，单片机基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 9 的复位按钮按下，使单片机复位。 常用的上电复位开关和复位电路如图 31 所示。 由于电容器充电，使复位持续为一段高电平。 当单片机已经投入运行，按复位按钮，以达到复位操作。 单片机复位操作是单片机的初始化过程，包括程序计数器寄存器PC=0000H， P0P3=FFH， SP=07H，其他寄存器是零。 图 31 单片机复位电路 （ 2）时钟电路： STC89C52单片机时钟信号通常是内部振荡器和外部振荡器模式。 XTAL1和 XTAL2引脚连接外部晶体振荡器，可以构成内部振荡器方式。 单片机有高增益反相放大器，当连接外部晶体振荡器后，它构成自激振荡器和产生振荡时钟脉冲。 晶体通常用 6MHZ、 12MHz或 24MHZ。 内部振荡器如图 32所示，电容 C C2稳定振荡频率，快速振动的作用，电容值通常是 5～ 30PF。 内部振荡器模式获得的时钟信号比较稳定。 外部振荡器的时钟信号送入单片机，这种方法适合用于单片机的时钟与外部信号保持统一。 图 32 单片机时钟电路 基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 10 温度传感器 温度传感器的选用 现代传感器的原理和结构有很大差别，如何根据测量的目的，测量对象和测量环境合理选择传感器，是在测量前首先要解决的问题。 当传感器被确定后，一个匹配的测量方法和设备就可以使用在实践当中了。 测量结果的是否可行在很大部分上要取决于所选择的传感器能否满足要求。 据测量对象和环境来确定选择哪种类的传感器，需要一个具体而可行的测量准备工作。 必须首先考虑使用哪种原理的传感器，这就需要去分析各种因素来决定。 因为，即使测量一个相同的物理量，有许多传感器原理是可行的，什么样的原理的传感器更为合适，需要考虑以下具体问题：范围的大小；测量位置对传感器测量体积的限制；方式是接触式或不接触式；有信号线或非接触测量；传感器是国产或进口，价格不能站立，或自行开发 [12]。 考虑到灵敏度、频率响应特性、稳定性、线性范围、精度等这些因素，如果测量目的为定性分析，选择一个重复精度高的传感器就可 以了，不推荐使用绝对精度高的传感器；如若为了得到定量分析，必须获得准确的测量，精度等级应选择满足要求的传感器。 温度传感器 DS18B20 DS18B20 是美国 DALLAS 公司继 DS1820 之后推出的增强型单总线数字温度传感器。 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进 , 给用户带来了更方便的使用 [13]。 采用 DS18B20 数字温度传感器组成的多点温度测量系统 , 克服了传统温度测量系统测量精度低、外围硬件电路复杂、可靠性较低等缺点 , 具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等许多优点 , 为多点温度的测量带来了极大的方便。 DS18B20 是数字温度传感器，它的输入 /输出采用数字量，以单总线技术，接受主机发送的命令，根据 DS18B20 内部的协议进行相应的处理，把转换的温度以串口发给主机。 主机按照通信协议用一个 I/O 口模拟 DS18B20 的时序，发送命令（初始化命令、 ROM 命令、 RAM 命令）给 DA18B20，转换完成之后读取温度值，在内部进行相应的数据处理，用图形液晶模块显示各点的温度。 在系统启动之时，用按键设置各点温度的上限值，当某 点温度超过设置值时，报警器开始报警， LCD1602 液晶基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 11 显示器显示该传感器的路数、设置温度值、实际温度值、从而实现了对各点温度的实时监控。 其 DS18B20 原理图如图 33 所示。 GND1DQ2VDD3U3DS18B20 图 33 DS18B20 原理图 (1) DS18B20 与单片机的接口设计 DS18B20 温度测量系统有一个简单的测温系统，测温精度高，方便连接。 DS18B20与单片机的硬件连接方式有： VDD 连接到一个外部电源， GND 接地，输入 /输出接口和单片机的输入 /输出接口相连；利用寄生供电， VDD 和 GND 接地。 输入 /输出接单片机的输入 /输出接口。 不管是何种电源方式，输入 /输出端口引脚必须连接大约 上拉电阻 [14]。 如图 34 所示，在外部电源供电方式下， DS18B20 工作电源由 VDD 引脚接入，其 VDD 端用 3V～ 5． 5V 电源供电，此时 I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个 DS18B20 传感器，组成多点测温系统。 注意：在外部供电的方式下， DS18B20 的 GND 引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85℃。 图 34 DS18B20 外部电源供电方式 （ 2）报警电路的设计 系统设计中有光电报警电路，如图 35 所示。 基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 12 图 35 声光报警电路 声光报警电路主要有蜂鸣器，发光二极管，三极管组成。 三极管控制蜂鸣器和二极管的电路通断，并且三极管高电平导通。 按键及显示电路设计 毕业设计要将传感器的温度信号和按键输入的控制信号都显示出来，利用单片机STC89C52 传输控制信号。 （ 1）毕业设计中，按键主要是用来设置温度的上限，对其上限加和上限减操作，以达到所要求的温度值。 因此采用三个按键来完成这一功能。 按键与单片机连接电路如图 36 所示。 图 36 按键与单片机连接电路 （ 2）显示电路的设计 毕业设计采用 长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器 显示所测的温度， 一般 1602 字符型液晶显示器的外观和引脚如图 37 所示。 基于单片机的多点温度监测系统设计与仿真 13 图 37 LCD1602 的外观 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 2L M 0 1 6 L 图 37 LCD1602 的引脚 LCD1602 引脚功能的说明： 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口。