多点温度检测系统单片机AT89S51DS18B20总线毕业论文

毕业设计（论文）论文题目 多点温度检测系统 目 录一、绪论 .- 1 -（一）系统背景 .- 1 -(二) 系统概述 .- 1 -(三) 传感器发展趋势 .- 1 -二、方案论证 .- 2 -(一) 方案选择与论证 .- 2 -1、方案一 .- 2 -2、方案二： .- 2 -(二) 本系统方案 .- 3 -三、系统硬件电路构成 .- 4 -(一)整体电路简介 .- 4 -(二)电源电路介绍： .- 4 -1、单相桥式整流电路工作原理: .- 4 -(三)控制单元 AT89S51 单片机 .- 5 -1AT89S51 单片机的基本组成 .- 6 -(四)温度测量单元 DS18B20.- 8 -1、DS18B20 的主要特征： .- 8 -2、DS18B20 的 4 个主要的数据部件： .- 9 -3、DS18B20 工作原理及应用： .- 9 -4、控制器对 18B20 操作流程： .- 10 -5、DS28B20 芯片 ROM 指令表： .- 12 -6、DS18B20 复位及应答关系示意图： .- 12 -（五）按键电路 .- 13 -（六）系统的整体框图 .- 13 -四、系统的软件设计 .- 15 -(一)概述 .- 15 -（二)主程序方案 .- 15 -（三）1Wire 总线接口: .- 16 -（四）1Wire 总线读取数据子程序流程： .- 17 -1Wire 总线读取流程图： .- 17 -2、1Wire 总线对 DS18B20 功能命令集 .- 17 -3、读取子程序： .- 18 -结束语 .- 19 -参考文献 .- 20 -附录 .- 21 -致谢辞 .- 30 -多点温度检测系统内容摘要摘 要：本设计是运用 AD89S51 为控制核心、以 DS18B20 为检测单元、以 C 语言为程序语言的一个多点温度检测系统。DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单。DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点温度测控系统, 可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理, 而且每片 DS18B20 都有唯一的产品号并可存入其 ROM 中, 以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个 DS18B20 芯片。本设计基于 DS18B20 智能温度传感器在温度测量系统的硬件和软件的设计。DS18B20是一种高精度数字式温度传感器，分辩率可达到 0.0625。且其具有 1Wire 总线（单总线）串行数据传输的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，使多点温度测量电路变得简单、可靠，具有组网快、成本低等特点。对于 DS18B20 数字温度传感器实现各点现场温度检测，通过 1Wire 总线传输，再由 AT89S51 单片机进行数据处理，并通过数码管显示温度值，则完成温度检测。其可使用于仓库测温、楼宇空调控制和工业生产过程监控等领域。关键字：温度检测 单总线（1Wire） DS18B20 AT89S51Abstractthis design is to make use of AD89 S51 for control core, take DS18 B20 as to examine unit and take C language as much aer system that order a temperature examination of procedure language.The DS18 B20 is a kind of can the high accuracy number type temperature of set net spread a feeling machine, because it has the special advantage of single total line, can use a door easily the set start to set up to spread a feeling machine network, and can make to order more temperature diagraph the electric circuit become simple.DS18B20 produced by the U.S. DALLAS-wire digital temperature sensor, it has a miniaturized, low power, high performance, anti-dry Long strong, easy with the advantages of microprocessors, particularly suited to constitute a multi-point temperature measurement and control system can be directly the temperature into a serial digital signal for computer processing, and each piece has a unique product number DS18B20 can be stored in its ROM in order to constitute a large-scale temperature measurement and control system mounted on a single line any number of DS18B20 chips.The design is based on DS18B20 Smart temperature sensor in the temperature measurement system hardware and software design. DS18B20 is a high-precision digital temperature sensor resolution up to 0.0625 . And its a 1-Wire bus (single bus) serial data transmission unique advantages, enabling users to easily set up from sensor networks that enable multi-point temperature measurement circuit becomes simple, reliable, fast networking and low cost characteristics.For DS18B20 digital temperature sensor to achieve all the points on-site temperature detection, through the 1-Wire bus transfer, then AT89S51 microcontroller for data processing, and through digital tube display temperature value, then the completion of temperature detection. Its storage temperature can be used, building air-conditioning control, and industrial process monitoring and other fields.Keywords: Temperature testing a single bus (1-Wire) DS18B20 AT89S51- 1 -一、绪论（一）系统背景温度控制是很多企业常见的控制装置。如在啤酒生产领域中，经常需要检测和控制发酵罐中温度，使之能够稳定在一定的温度范围之内，使之得以高效发酵。只有这样，才能得出可靠的、优质的、合格的产品，这就要求系统对温度的检测具有足够的精度和实时性。控制要有足够的精度，并且尽可能具有较低的成本，这样的产品质量等到保证，同时经济效益也大大的提高。则 DS18B20 恰好具有这样的优势，由于其体积小，可用单总线数据传输，可直接输出数字量，不需要 AD 转换，与单片机容易接口，成为新一代广为使用的理想温度传感器。应用于现代工、农业生产和日常生活中的温度检测。随着电子技术以及应用需求的发展，单片机得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机来代替人工测量，这样既省时又省力。(二) 系统概述本系统设计主要是多点温度检测的检测系统。系统由主控单元和检测单元两部份组成，主控与检测单元间是串行数据传输通信方式。主控单元含有微处理器 AT89S51 单片机，其直接通过串行总线数据传输实现对检测单元温度数据的读取、转换以及温度值显示。检测单元主要由 DS18B20 对检测点现场温度采集，为 AT89S51 提供数据信号，再由四位二进制7 段数码管来显示。由于 DS18B20 利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便。则该使用了两个 DS18B20 温度传感器实现对两点的温度进行检测，在主控现场可以通过开关的选择来选举 1 号或是 2 号检测点，由显示器实时显示当前各点的温度值，从而获取该点的实际温度大小，实现该系统的功能。而系统在软件设计上没有需要进行获取各个 DS18B20 的序列号，从而缩短了温度的读取时间。硬件上由于只有两个温度传感器，由拨动开关直接选择各温度检测点，而且不需要经过软件对按键的处理，减少了软件设计的复杂性。同时，起到缩短读取时间，检测更加快捷。(三) 传感器发展趋势现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。- 2 -二、方案论证(一) 方案选择与论证温度检测系统都有共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计关键在于：温度传感器的选择、检测数据的传输和主控单元的控制设计。1、方案一传统上热敏电阻是最常见的温度传感元件,采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测 1 摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如 AD590,LM35 等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过 A/D 转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。2、方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行 AD 转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片 DS18B20 测量温度，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。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线（1Wire）的数据传输，具有体积小，结构简单，操作灵活，检测温度范围为：- 55至 128，温度分辨率可达 0.0625，无须外接电路的优点。由数字温度计 DS1820 和微控制器 AT89C51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于 AT89C51 可以带多个 DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。在使用过程中，可由一根 I/O 数据线既供电又可传输数据，传输上信号相对模拟信号稳定，适用于复杂的环境中。采用温度芯片 DS18B20 测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。综上比较分析，我们选择方案二，以更高的精度、更快点响应时间，实现温度测量。- 3 -(二) 本系统方案系统采用 AT89S51 单片机作为主控机来实现， AT89C2051 为控制核心， DS18B20 传感器实现温度数据采集，四位二进制 7 段数码管来显示温度值。本系统适宜小规模的多点温度检测，单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，可以针对修改内部程序，而实现另外的功能。而且体积小，硬件实现简单，使用灵活，安装方便。既可以单独对多个 DS18B20 控制工作。使得外围电路设计简单，而软件设计相对比较的复杂。系统原理图如图 2-1 所示：主控单元AT89S51显示器按键检测单元DS18B20检测单元DS18B20测温点 2测温点 1图 2-1- 4 -三、系统硬件电路构成(一)整体电路简介电源电路先由 220V 交流电提供主电源，再经降压变压器降压到 9V，再经三端稳压管提供最后电路版所需的 5V 电压源。在主控单元部分，由 AT89S51 单片机连接复位电路与晶震电路构成主控制单元最小模块，控制显示电路和 DS18B20 的数据传输；显示电路由 4位 8 段数码管连接而成，显示两路 DS18B20 的传输数据；温度检测电路由两块 DS18B20 温度传感进行温度检测，经 I/O 接口串行传输温度数据。系统电路的功能主要包括：多点温度测试及其相关处理，实时显示温度信息，单总路线（1Wire）串行传输温度数据。硬件设计主要包括以下几个模块：5V 直流稳压电源电路，按键以及显示电路，温度测试电路，AT89S51 与串口接线电路。下面对电路分模块进行说明(二)电源电路介绍：因为单片机及温度传感器工作电源为+5V 直流电源，且系统电路功耗很小。采用220V/9V 小功率变压器输出 9V 交流低压再通过桥式整流，加上 7805 端稳压片即可满要求。具体电路图如图 3-1 所示：图 3-1 电源原理图图 3-2 电源工作电路图1、单相桥式整流电路工作原理:VCC GND 为单片机提供电源,T 为电源变压器,将 220V 交流电压变成整流电路要求的交流电压 u2,四只整流二极管 VD1-VD4 接成电桥,把交流电转为直流电;4 个整流二极管,电解电容 C1 构成整流滤波电路;7805 为三端稳压管,输出 5V 电压为单片机及 DS18B20 提供电压源;- 5 -C2,C4 用于消除 7805 三端稳压器的自激;C1,C3 是滤波电容,C3 小于 C1 的容量,以免掉电时 C3 通过 7805 向 C1 充电.(三)控制单元 AT89S51单片机单片机又称为单片微型计算机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括 CPU（Central Processing Unit） 、随机存取存储器RAM（Random Access Memory） 、只读存储器 ROM（Read-only Memory） 、基本输入/输出(Input/Output)接口电路、定时器/计数器等部件都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，从而实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图 3-3 所示。C P U存 储 器并行I/O接口定 时 器 / 计 数 器 中 断 系 统P0P3 TXDRXDT INT并行I/O接口图 3-3 单片机内部结构示意图AT89S51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，本系统使用 AT89S51 单片机作为微处理器。AT89S51 引脚图如图 3-4。 XTAL1 XTAL2 0.1F 0.1F AT89S52 P0 P1 P2 P3 8 1.0592 MHz + R 8 8 8 GND VC VC - 6 -图 3-4 AT89S51 管脚图 图 3-5 微处理器电路图它主要具有如下特点：完全兼容 51 全部字系列产品，4K 字节可编程 FLASH 存储器，0Hz- 33 KHz 全静