基于单片机的干燥箱温度监测系统.doc

东华理工大学长江学院毕业设计题 目 基于单片机的干燥箱温度监测系统英文题目 temperature alarm system on mcu学生姓名： 郑 博 洪学 号： 0 9 3 2 3 1 2 0专 业： 信 息 工 程系 别： 信 息 工 程 系指导教师：谌洪茂职称 讲师 二一三年六月东华理工大学长江学院毕业设计 摘要摘 要随着社会科技的不断发展，现代食品与工业物品干燥行业离不开温度监测与控制，本论文在对国内外干燥行业中温度监控技术的分析基础上，针对现代干燥行业中存在的多方因素，将单片机控制与智能传感器相结合，提出基于单片机的温度监测控制系统的理论设计方案，并用对应实际材料进行现实模拟。本监测系统采用模块化、层次化、多元化设计，整个系统的组成部分分为数据采集系统、单片机控制系统和计算机监测系统。系统的核心构成为单片机，并以温度传感器作为测量元件，通过单片机与传感器相连，采集实时数据并进行输出。同时在单片机系统中实现程序的扩展开发、数据的实时输出、上下限超量时的蜂鸣报警和自动复位功能。本设计主要涵盖下述几个方面的工作：1、确定系统的总设计方案，包括原理、功能和组成方面的设计。2、进行温控传感器的硬件电路设计，包括硬件电路的模拟构成；温度传感器的选择；单片机的选择；输入输出的实现方法。3、进行系统上的仿真调试，确定操作代码。4、根据上述结果，采购实际元器件，通过自加工焊接并通过pc端的程序输入，完成实际模型的制作，并实现基本功能。（注：因实际模型受材料及工艺限制，仅能实现设计中的主要功能，部分拓展接口无法完善）关键词：单片机；温度监测；温度控制；越限报警abstractwith the continuous development of social science and technology, modern food and industrial goods of drying industry is inseparable from the temperature detection and control. this thesis based on the analysis of temperature monitoring technology in drying industry in domestic and abroad, for the multiple factors existed in modern drying industry, aims to combine single chip control and intelligent sensor and propose theory approaches based on the theory of single-chip temperature measurement and control system design, and make a reality simulation with the corresponding actual material.this detection system adopt modular, hierarchical and diversified design, and an integral part of the entire system is divided into data acquisition systems, single chip control systems and computer monitoring system. the core of the system is configured to microcontroller, temperature sensor as a measuring element which connected to the microcontroller, acquire real-time data then output. meanwhile, it is also to achieve the expansion and development of the program in the scm system, real-time output of data, and buzzer alarm and automatic reset function on when the lower limit excess.the design mainly covers the following aspects:1. determine the total design of the system, which includes the design of theory, function and composition.2. make the hardware circuit design of temperature sensor, including the constitutes of hardware circuit simulation; temperature sensor selection; mcu selection; method of input and output.3. the simulation debugging on the system to determine the operation code.4. according to the above results, the adoption of components from processing welding and entered through the pc-side program to complete the actual production of the model, and to achieve the basic functions. (note: because the actual model is limited by the material and process, part of the expansion of the interface cant be perfect.)keyword: scm；temperature；monitoring；temperature control limit alarm东华理工大学长江学院毕业设计 目录目 录绪论11.1单片机温度监测系统的选题背景11.2单片机温度监测控制的现实意义11.3国内外研究现状及其发展趋势21.3.1国外干燥设备温度控制21.3.2 国内干燥设备控制技术21.3.3 温度控制技术的三个发展阶段21.4 单片机温度监测系统主要研究的内容32 单片机温度监测控制系统总体设计42.1 单片机温度监测系统的功能需求分析42.2 单片机温度监测控制系统的设计原则42.3 单片机温度监测系统的组成53系统的硬件设计73.1 单片机的设计73.1.1 单片机的选择73.1.2 单片机最小系统的设计73.2 温度传感器的设计93.2.1 温度传感器的类型和原理93.2.2 各类温度传感器的方案93.2.3 ds18b20温度传感器的介绍133.2.4 ds18b20温度传感器的性能特点133.2.5 温度传感器的电路设计143.3 控制与指示灯的设计153.3.1 控制与指示灯的选择153.3.2 控制系统的电路设计153.4 数码显示管的设计153.4.1 数码显示管的选择153.4.2 数码管的电路设计164 系统的软件设计174.1 系统的主程序设计174.2 系统初始化174.3 温度检测程序的开发184.3.1 ds18b20与单片机的连接184.3.2 ds18b20的时序初始化设置184.3.3 ds18b20的时序控制194.3.4 ds18b20的温度读取224.4 显示程序开发234.4.1数码管的驱动类别234.4.2 数码管的接线类别244.4.3 数码管显示程序的设计244.5 操控按键的程序开发254.6 蜂鸣报警器的程序开发275 单片机系统的设计和实物制作295.1 单片机的原理图设计295.1.1 设计软件的选择295.1.2 原理图的绘制295.2 实际制作开发准备315.3 实物展图和实际使用说明325.3.1 模型展示325.3.2 操作过程336 总结35致 谢36参考文献37东华理工大学长江学院毕业设计 绪论绪论1.1 单片机温度监测系统的选题背景众所周知，在干燥行业中，最主要的一个技术指标就是被干燥物和干燥环境内的温度控制。此次参与的项目所开发的新型干燥设备，就是利用高压电场而非以往传统的加温途径使物体干燥，从而保证设备内的温度不高于某个设定值。而这一切，都需要温度监测系统的存在。由于在现实生产活动过程中，不仅需要实时的温度检测，同时还必须兼备温度控制的功能，能够使系统具备一定的智能化，能够实现在事先设定的情况下对温度进行自动控制。在设计过程中，备选方案有无线网控制、单片机控制、传送轴机械控制等几种方案。由于目前尚属于原型机的试验阶段，并未大规模投产，故暂时不使用无线网的联网监测，但联网是整套产品的远期实现目标。机械控制由于技术相对落后，不利于整套设备的现代化和自动化操作，因此也不予选择。最终选定由单片机作为温度监测的承载体。采用单片机来监测与控制温度，不仅具有组态简单、灵活性强和控制方便等优点，而且可以大幅度提升监测温度的技术指标，从而能够大幅度提高产品的生产速率与质量。单片机以其体积小、可靠度高、功能性强、造价低和开发周期较短等优点，成为自动化和各类监测领域中广泛使用的元器件，并且在日常生活中也发挥着巨大的作用。基于此，便有了本体的来源背景。1.2 单片机温度监测控制的现实意义随着时间历程单片机和传感器技术在不断发展，自动监测领域发生了很多革命性的变化，其中在温度自动监测与控制方面的研究与探索有了很大的进展，并且凭借其具有的高性价比，将逐步取代传统的物理式温度控制措施。但是，参照国内外之前的许多干燥设备，很多都采用模拟温度传感器、多路传感器、ab转换传感器以及协作单片片上系统等组成的传输体系。这种结构会导致整个监测控制体系需要在设备内铺设大亮的电缆并集中多个传输装置，才能将设备内的信号采集至中央处理芯片上，同时安装和拆卸步骤繁琐，相对成本也较高。另一方面，采用此类检测方案的设备，其线路传输的为模拟信号，易受外界干扰和损耗，测量误差交大。为了解决这些问题，本文采用了一种基于单芯片微型计算机和单数字单总线技术的温度监测和控制系统的综合方法，根据问题的实际情况，并提出了一种一套完美的解决方案。单总线数字技术是dallas公司生产的最新用于生产化的技术，它是合并数据，地址线和控制线的总线控制技术，允许在网上串连各类控制对象，形成单总线系统，但可进行多点检测。其中监测对象所用的芯片均有该公司提供。采用单总线协议后，可在监测点对检测信号进行模数转换，这样在线上传输的便是数字信号。因此本文构建的温度监测系统就是利用单总线技术及其附属元器件构成的。该系统能够对干燥设备内的温度进行实时采集，利用温度传感器将干燥设备内的温度变化，变换成设备的电流变化，再转换为电压值变化。经过模数转换后获得数字信号，再交由单片机处理，最后在屏幕上进行输出。同时，根据预先设定值进行比较，监测是否超过预先设定的上下限，若有超过，则根据超过的不同类型启动不同的报警灯和蜂鸣器，并对温度进行控制。【1】这种方案实现了温度的实时监测，显示和实时控制。并且在设备内具有抗干扰能力起、精度准确、无需固定线路支持、安装方便简单、性价比高和维护简单等优点。1.3 国内外研究现状及其发展趋势1.3.1 国外干燥设备温度控制 海外的对于干燥设备的温度实时监测和控制技术的研究起步比较早，在上世纪70年代开始。最先采用机械式的组合仪表，直接安置在干燥设备内通过可视舷窗由人工进行数据采集、筛选和控制。80年代中期研究出了组合分布式的监测控制系统。目前正开发由计算机进行集中数据采集和控制系统。世界各国在温控方面的技术发展很快，许多国家在实现检测自动化的基础上向着完全自动化和智能化的方向进展。例如没过西门子公司的大型工业用干燥流水线，已能提供由一人操作即可控制上千平方厂房的智能化系统，并进行远程数据监测和遥控操作。1.3.2 国内干燥设备控制技术 我国的干燥设备发展起步较晚，直到上世纪80年代中期才相继有这方面的研究。我国科研人员在吸收其他国家温控技术方面的基础，研究了一套本土化的温度控制监测设备。但是功能仅限于箱内平均温度和整体反应，不能很好的体现被干燥物体的真实温度。后期也相继开始采用单片机技术，但以单参数回路系统居多，并没有真正意义上的结合多参数控制系统，在多路并行方面与发达国家的技术相差较大。1.3.3 温度控制技术的三个发展阶段 集中参考国内外的监测控制技术状况来看，温度控制技术从面试到如今大约经历了三个发展阶段：1、机械式控制。这个是在最早采用的温度控制方式，监测工具多采用舷窗上的水银温度计，再结合人工加温或降温处理。其并没有真正意义上的控制系统以及执行流程。产能被严重限制且无意义的浪费大量劳动力，不适合现代化的工厂工业生产的装配。2、自动控制。利用早期晶体管和单片机技术，对设备内温度进行自动数据监测记录并控制各操作环节。但是这个时期的自动控制不能够有机的相结合，每个系统各自为营都需要相应的人工操作，虽能有效的记录并保持设备运行，但不利于大规模的生产装配以及中央集中控制。3、智能化控制。智能化控制技术是指整套控制设备完全由计算机操作，根据事先设定程序进行完全自动运行，并能通过集中的中央控制室对各类设备进行统一调控，实现干燥设备的生产运行的自动化管理。【2】1.4 单片机温度监测系统主要研究的内容 本设计在设计单片机系统上主要有如下几方面的工作：1、确定系统的总体功能设计方案。2、进行智能传感器的硬件电路设计。3、进行软件端的程序调控。4、根据上述软硬件的设计与调控制作出实际模型。5、对设计内容整体进行系统阐述。 本文将信息采集技术、信息存储技术、信息传输技术和信息处理技术等问题互相融合，提出一套切实可行的温度监测控制系统，能够进行全方面的自动记录、存储、处理和读取的功能。49东华理工大学长江学院毕业设计 单片机温度监测控制系统总体设计2 单片机温度监测控制系统总体设计2.1 单片机温度监测系统的功能需求分析本次设计来源于温度干燥系统，如图2.1图2.1 由于设备主要用于各类生鲜和中药材的干燥，因此不能产生过高的温度，否则将导致被干燥物的各项特性发生改变而失去应有的价值。同时，由于高压电的存在，箱体必须密封，且不能随意开箱，因此对于所需设计的监测器材需满足下列条件：实现在密闭环境中的温度监测与控制。实现超限数据的实时报警功能。实现温度调节功能。实现温度调节后的报警解除功能。通过设计使监测设备具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰性并且具有实时显示功能。温度测量范围：0100。温度测量精度：1。2.2 单片机温度监测控制系统的设计原则 要求本设计系统具有如下几个特点：1、系统的可靠性 高度的可靠性是单片机应用的基本前提。在系统设计的每一个环节中，都应该将可靠性作为首要的设计标准。提高系统的可靠性通常可以从如下几个方面进行：使用可靠性高的元器件、对供电电路采用抗干扰措施、设计电路板时布线合理、输入输出端的抗干扰措施要完善、进行软硬件的滤波功能设计、系统的自我诊断等。2、使用的便捷性 在系统的软硬件设计过程中，应当充分考虑实际操作过程中的使用便捷和维护方便，尽量减少对操作人员的要求，使整套系统能够方便的进行推广。因此在设计时，要尽可能的减少人机交互接口（体现在工程按钮的数量方面），多采用系统内置的简化方法。同时应配有自动的故障检测程序，一旦发生使用错误能够有效的提供错误信息，方便维修排查。3、设备的性价比由于单片机系统正是由于其体积小，价格低，是著名的低功耗，单芯片微型计算机系统，可广泛使用，价格是一个主要的因素，因此保持最佳成本效益的设计必须考虑的。在设计过程中，尽可能地降低成本，简化外围硬件电路，例如在系统允许的情况下，尽可能使用软件而不是硬件功能等。4、设备的可移植性 本次的设计仅围绕在干燥箱内的温度监测而进行，但在单片机系统的开发上，因同时兼顾系统的可移植性。温度监测体系不仅仅局限于干燥领域，在其他许多行业中都有着举足轻重的地位，因此，还需要考虑增加通用接口使设备具有良好的可移植性。2.3 单片机温度监测系统的组成本监测系统以单片机控制为核心，主体采用温度测量，通过通讯传输、误差修正都技术支持，以温度传感器为中心元件，构成整套的温度检测控制系统。整套系统可分为温度监测电路、a/d转换电路、滤波电路、显示电路和蜂鸣报警电路，具体如图2.2。图2.2 硬件结构示意图经过筛选，硬件确定选择ds18b20传感器作为本系统的温度监测探头，选择单片机stc189c52作为系统核心来完成各项工作。ds18b20是数字型温度传感器，功能上集成量大，可以省却采样电路、运放电路和a/d转换电路的铺设，简化设计流程，缩短系统的运行时间，降低整套系统的工作成本。软件方面单片机采用汇编和c语言混合编程，led显示部分采用c语言。运行过程如图2.3所示。图2.3 运行结构示意图东华理工大学长江学院毕业设计 系统的硬件设计3系统的硬件设计3.1 单片机的设计3.1.1 单片机的选择如今单片机技术发展的已相对成熟，应用非常广泛，国内外许多soc集成电路厂商都推出了各自的单片机系统模块。在如此庞大的单片机库中，msc-51系列单片机是一套比较成熟和简洁的系统，其以卓越的性能、成熟的技术、稳重的可靠性和低廉的价格等优点，占据了很大一部分工业控制和自动化模块的芯片市场，成为国内外单片机实际应用与研究教学领域中的主流选择。单片机的出现意味着计算机开始向通用型计算机系统和嵌入式计算机系统两个不同的方向发展。通用型计算机系统主要运用于高数据量的运算处理和大规模集中运行，不需要考虑各方面的控制功能，其总线带宽也在不断倍增，从面世的8位一直发展到如今的36、64位，且128位系统也在研究中，预计数年内即将面世。其典型代表即为现在的桌面windows操作系统和对应的x64处理器。嵌入式操作系统则在不断的发展中，演变为体积极小、成本低廉和可靠性高的微处理系统，其广泛应用于日用电器、类人机械、控制仪表、工业控制单元、办公自动化和网络通讯产品中，成为现代电子设备内最为重要的芯片模组。因此，单片机的面世极大的促进了现代计算机技术的发展。考察各类型单片机系统后，由于msc系列单片机集成了几近全部的中央处理单元和控制单元，其处理能力强，也集成了各类方便灵活的专用寄存器，使我们利用单片机构造系统提供了极大的便利。msx系列单片机将微型计算机的主要部件全部封装为一块处理芯片，减少各模块间数据的传输距离，增大传输带宽，使系统运行速度更快，可靠性更高以及更为强大的抗干扰性。在msc系列中，msc-51单片机是其一个典型代表，有着价格便宜、i/o交互接口多、程序空间大等特点。因此，在本次设计中，51单片机便是最为理想可靠的选择。msc51单片机在国内外都得到广泛的使用，开发环境相对成熟且要求也较低，软件资源丰富，对应的开发工具和语言选择也有极大的便利，因此，经过多重分析后，本次设计最终选择的单片机模块是基于msc51系列的stc189c52单片机。【2】3.1.2 单片机最小系统的设计由于目前的单片机开发系统受到环境的限制，目前基于pc端只能够进行相对简单的仿真单片机设计，没有给用户提供一个完善的通用最小系统。根据本设计的要求，只需要做一个集成度非常小的最小系统应用在一些较小的控制单元中。其应用特点为：1、 内部i/o接口均对用户开放，可以自由使用。2、 内部存储器的容量受限（根据选择只有4096b地址空间可用）3、 应用系统开发具有非通用性。图3.1 stc189c52单片机最小系统图 c52最小系统框图如图3.1所示，设计有4个双向8位并行i / o端口，分别为p0.0和p0.1，p0.2，p0.3，其中可以用来作为数据输入或输出端的接口为p0.3，以提供附加功能的一部分控制信号。芯片的时钟电路，用于产生msc - 51单片微型计算机的工作时必须拥有的时钟信号，内部电路的时钟信号的控制的基础上，严格按照顺序指令操作。 msc - 一个高增益的反向放大器51内的微控制器芯片，使用振荡电路的组合物，为芯片引脚xtal1和xtal2输出端的反向高增益放大器的输入。两个引脚之间需要跳线和微调石英晶体振荡器电路，形成一个稳定的自激振荡器。精细调谐电路的电容器c1和c2，通常使用30 pf的电容，电容值的选择将影响自激振荡频率的高和低，振荡器的稳定性和快速性振动。由设定，晶体振荡器的频率为12 mhz。把ea脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在pc值超过0fffh（4096byte地址范围）时，将自动执行外部程序存储器内的程序。 mcs-52的复位是由外部的复位电路来实现。用最简单的外部按钮复位电路。自动复位按钮实现通过一个外部复位电路。我们选择12 mhz时钟频率，c1取45f。3.2 温度传感器的设计3.2.1 温度传感器的类型和原理测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展主要大体经过了三个：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。传统分立式传感器由于技术限制已无参考价值，故不做讨论。模拟集成传感器，其技术特点是采用硅半导体，问世的时间大约在20世纪80年代，它被设置在一个集成芯片的温度传感器，可以完成温度测量和模拟信号输出功能，拥有专业的输出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，传输距离长，体积小，低功耗等，适合远距离测温，温度控制，非线性校正，仅需要做一个简单的外围电路。这是目前在国内和国外最常用的，例如典型的传感器ad590， ad592，tmp17，lm135等。 模拟集成温度控制器主要包括温控开关，可编程温度控制器，典型产品有lm56，ad22105和max6509。某些增强型集成温度控制器（如tc652/653）包括a / d转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它由微处理器控制的，它们之间的主要区别是其自己的系统里，不受外部控制。 智能温度传感器（也称为数字温度传感器）问世于90年代中期。它是微电子技术，计算机技术和自动测试技术（ate）的结晶。目前，世界上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。某些产品与多路选择器，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和温度控制有关，适配各种微控制器（mcu）;而且它是在硬件的基础上，通过软件来实现的功能测试，其智能程度还依赖于软件的发展水平。目前，国际上新的温度传感器趋势是从模拟过渡到数字，向一体化迅速发展的智能化和网络化的方向迈进。智能温度传感器ds18b20是朝着高精度，多功能，总线标准化，高可靠性和安全性，开发虚拟传感器和网络传感器，单片测温系统等高科技快速发展的发展方向。因此，智能温度传感器ds18b20作为温度测量装置在人们的日常生活和工农业生产中有着广泛的应用。3.2.2 各类温度传感器的方案行业常用的接触式温度传感器有三种类型，即：热电偶，热敏电阻和温度传感器集成电路。温度传感器的每一种都有其独特的温度测量范围，有自己的适用的温度环境，而不是一个温度传感器兼具所有用途：热电偶测量温度和热电阻的测量线性最优范围最广的普及，热敏电阻具有最高的测量精度。第一类、热电偶（1） 测温原理:两种不同的导体（称为热电偶丝或热电极）两端结合成回路，当结合点的温度不一致时，在电路中产生电动势，这种现象称为热电效应，这种电动势称为热电电动势。热电偶是在使用温度测量的原理，它直接用于测量介质的温度被称为结束时的工作端（也称为测量端），另一端称为冷端补偿（也被称为端）;冷端连接到显示仪表中，示出热电偶的热电产生的电动势通过查询热电偶分度表，可以测量介质的温度。（2） 测温范围： 一般的热电偶可以测量的范围是从-60+1500，而一些经过特殊处理的专用热电偶可以测到的最低温度达到-269，最高可达到+3000。（3） 常用热电偶型号：（4） 实例：t型热电偶，测温范围-40350。第二类、热电阻（1） 测温原理:热电阻温度测量是基于电阻的热效应的特性的电阻值的电阻随温度而变化。因此，只要测量感温电阻值发生变化，就可以测量到温度的数值。目前常用的热性电阻有两类，分别为半导体热敏电阻和金属热电阻。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即：rt=rt01+（t-t0）式中，rt为温度t时的阻值；rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：rt =aeb/t 式中rt为温度为t时的阻值；a、b取决于半导体材料的结构的常数。（2） 测温范围：金属热电阻一般可在-220550的温度范围内的进行测量，其特点是精度值高、测量精准、稳定性好、可靠性高。 半导体热敏电阻测温范围只有-50300左右, 且互换性较差，非线性影响严重，但拥有更大的温度系数和常温下更高的电阻值（通常最低可达数千欧）。（3） 常用热电阻：目前最广泛使用的热电阻材料是铂和铜，铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高，较小的电阻变化率，铜电阻的内部电阻值和温度之间呈现线性关系，测量的温度范围内，温度线数大，适于无腐蚀性介质，但在150以上易被氧化。目前市场上最常见pt丝的有10、100和1000等几种，它们的分度号分别为pt【10】、pt【100】、pt【1000】；铜电阻有50和100两种，它们的分度号为cu【50】和cu【100】。其中pt【100】和cu【50】的应用最为广泛。（4） 实例：pt【100】为正温度系数热敏电阻传感器，测量范围-250800，允许温度偏差值0.150.002t，最小置入深度200mm，最大允许电流5毫安。第三类、集成温度传感器模拟式温度传感器（1） 原理：将驱动电路，信号处理电路和必要的逻辑控制电路集成在一个单芯片ic，有实际尺寸小，使用方便，灵敏度高，线性度好，响应速度快等优点。（2） 常见模拟式温度传感器：电压输出型： lm3911、lm335、lm45、ad22103。电流输出型：ad590。（3） 实例： lm135235335系列是美国国家半导体（ns）生产的高精度，易于校准，集成温度传感器，其输出电压是同类型的温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该设备的灵敏度为10 mv/ k系列，具有小于1的动态阻抗，工作电流范围从400微安到5 毫安，精度为1，温度范围lm135：-55+150，lm235的温度范围为40+125，lm335是40+100。封装形式有46，to-92， so-8等几种形式。该设备广泛应用于实际的温度、湿度测量和温度补偿系统。ad590是美国模拟器件公司推出的一种电流输出型温度传感器，电源供应电压范围为330 v，能够承受的正向电压为44 v，反向电压为20v，温度测量范围为 - 55+150，输出电流223微安至423微安， 输出电流每有1微安的变化即等于温度变化1，最大非线性误差为正负0.3，响应时间仅为20mw，重复性误差低至+/ - 0.05，耗电约2mw，输出电流信号的传输距离可以达到1公里以上，作为一种高阻抗电流源，其电阻可高达20 m，因此它不考虑选择开关或cmos多路复用器引入的阻力引起的附加误差，适用于长距离的多点温度测量和温度测量控制。数字式温度传感器（1） 原理：将敏感元件、a/d转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢（100ms数量级）。（2） 实例：ds18b20是美国dallas半导体公司生产的世界上第一片支持“一线总线”接口的数字式温度传感器，供电电压范围为35.5v，测温范围为-55+125，可编程的912位分辨率，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，出厂设置默认为12位，在12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。第四类、非接触式温度传感器常用红外温度传感器比较：传感器型号测温范围典型应用otp-538f2s-40+500医学（耳温机），家庭设施（吹风机等）ts105-1-20100（精确度： -0.450.08 %/k）红外测温仪，非接触温度测量，移动物体温度测量ts105-2-20100温度计，微波炉，室内空调，高温计，汽车环境控制ts118-1跟处理电路相关（普通-20300）无接触温度测量，移动物体温度测量，温度控制，火灾报警ts118-3跟处理电路相关（普通-20300）无接触温度测量，温度控制，火灾报警，气候控制系统tsev010300（精确度：0.1）家庭，医疗，汽车，安全，工业综上比较,结合本设计多点温度采集的思想,决定采用dsl8b2o温度传感器,充分利用其单总线的特点,在一条测量总线上可以连接多个传感器,节省1/0口,便于扩展和控制。3.2.3 ds18b20温度传感器的介绍ds18b20是美国dallas半导体公司继ds18b20之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器；与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从ds18b20读出的信息或写入ds18b20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的ds18b20供电，而无需额外电源；因而使用ds18b20可使系统结构更趋简单，可靠性更高；同时其“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了全新的概念。ds18b20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为正负0.50；现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的16位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。因此，数字化单总线器件ds18b20适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等；它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较ds1820都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果；可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。【3】3.2.4 ds18b20温度传感器的性能特点1、具有独特的单线驱动方式：ds18b20与外部系统芯片连接时仅需要一条线即可实现18b20和外部芯片的双向数据传输。 2、不需要添加任何外部元器件就可以直接使用。 3、单数据通信讯线同时可以为传感器供电，供电电压范围：+3.0+5.5v。 4、测温范围：-55+125。固有测温分差为0.5。当被测温度范围在-10+85时，其误差最高不超过0.5，在全量程-55+125范围内，测量误差也不超过2。 5、通过编程可实现912位的数字读数方式。 6、可以自行设定归于量程内的数值用于上下限的报警。 7、支持多点组网功能，多个 ds18b20可以并联在同一条总线上，实现多点同步测温，且互不干扰。8、负压特性，具有过电和负压保护功能。当电源电压的极性反接时，能保护ds18b20不会因过热而烧毁。但电源反接状态下传感器无法进入工作状态。9、ds18b20的转换速率比较高，进行9位的温度转换仅需93.75ms。 10、适配各种单片机或系统。 11、内含64位的只读存储rom，其中8位是出厂时设置的产品唯一序列号， 另8位为循环冗余校验码，剩余48位为读码序号。3.2.5 温度传感器的电路设计由于ds18b20的复位是由外部的电路实现，因此本系统采用最简单的外部复位电路。图3.2 ds18b20管脚定义在硬件连接上，ds18b20与单片机的连接有两种模式，一类是3号管脚（vcc）接外部供电，1号管脚（gnd）接地，2号管脚（i/o）与单片机的i/o相连接。另一类是自身电源供电，1、3管脚均接地，由2管脚同时负载电源传输和i/o交换。不论采用何种方式，i/o交换接口上都需串接一个4.7k的上拉电阻，本系统采用第一类连接方式。图3.3 温度传感器电路图如图3.3，讲ds18b20的数据线与单片机的14管脚相连，再串接上拉电阻。3.3 控制与指示灯的设计3.3.1 控制与指示灯的选择本套系统在功能上的输入控制有模式切换和数值加减两个操作，因此根据最简原理，需要三个控制按钮完成操作。开关控制目前可分为电气开关式和继电器式，由于本系统仅需简单的操作控制，因此选择贴片电器开关作为模块输入装置。指示灯分别用以显示温度监测的正常运行、温度超标、温度过低三个状态，因此分别用绿灯、红灯、黄灯表示。材质选用发光二极管。3.3.2 控制系统的电路设计图3.4 控制按钮与显示灯的最简电路图 如图所示，键一端接地，一端接单片机io口，当按键按下时，单片机io口即检测到一个低电平，即可执行相应的操作；发光二极管正极连接vcc，负极接电阻到地。3.4 数码显示管的设计3.4.1 数码显示管的选择在显示管的选择上，需要达到以下标准：1、 系统处于选项设置界面时能显示对应选项2、 系统处于温度设置界面时能正常显示待设置数值3、 系统正常监测时能显示实时数据根据以上要求，有两类显示器材可供选择。一类是单晶数码管，由7个二极管构成一个显示整体，即常见的数字显示管；另一类是矩阵型led显示器，由许多微小发光led以矩阵形式密集排列构成的显示装置。单晶数码管的优点在于其成本低且管脚简单，显示直观易懂，在程序控制方面仅需通过较少的代码即可驱动，缺点是显示效果单一，只能显示数字和模拟部分字母，不能用于需要复杂显示输出的环境。矩阵led显示器的优点是显示效果完美，可以任意输出所需的数字，字母，汉字等内容，且能自定义各类字体大小及排序。但缺点是成本高昂，需要进行独立的a/d转换，以及需要巨大的编码操作。由于本系统仅需要显示温度数值和设置过程中的简易字母，监测过程中无需复杂输出，因此采用单晶数码管作为显示材料。3.4.2 数码管的电路设计图3.5 数码管的最简电路图如图3.5，该电路采用三极管放大原理，这里使用9012三极管，基极接1k电阻与单片机io口相连，集电极与数码管的位选或者蜂鸣器的正极相连，发射极接电源。其原理是动态显示主要就是利用人眼的视觉感来设计的，一般来说如果显示的频率过慢，则会有断断续续的显示；如果显示的频率加快，则人眼就分辨不出这种视觉残余。东华理工大学长江学院毕业设计 系统的软件设计4 系统的软件设计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通过显示电路在数码晶体管上显示。程序中以中断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。按设置键对上下限进行选择，之后操作旁边的加减键完成数值的设置。图4.1 系统总体设计流程图4.2 系统初始化单片机由于存在接口复用和器件重置的需要，每一次开机运行时都需要对系统进行初始化操作。初始化的目的就是把所有用到的标志位、变量恢复到初始状态，以及引脚的分配等。所谓接口复用，是指在单片机系统中，很多单一接口可以被不同器件调用从而实现不同功能，例如本系统的设计过程中的串行io接口即可当作数据下载接口，也可以使用其中的2pin接线实现电力传输。系统在设定接口功能后一般不能再更改，因此每次开机时都需要重置接口功能。器件重置是指每一个单一器件在不同的设定下可以实现不同的功能，因而在系统启动时需要抹除所有设定，恢复初始状态供操作选择。c52单片机的初始化代码如下：voidinittimer0(void)tmod|=0x01; /定时器初始化 设为16位th0=0xef; /初始化值tl0=0xf0;et0=1;tr0=1;ea=1;4.3 温度检测程序的开发4.3.1 ds18b20与单片机的连接ds18b20传感器可以被设置为两种供电方式。自供电模式和外部电源模式，自供电模式即数据总线在完成数据内外交换的同时提供电源，系统仅通过中间接口负责，但此种模式下完成一个测量周期的时间较长。而采取外部供电方式则多外接一根导线，但测量速度较快。因为本系统只在一定范围内所测得的温度读数，没有较高的时序要求，因此采取自供电模式驱动传感器。4.3.2 ds18b20的时序初始化设置ds18b20在每次读取温度前都要进行初始化操作，否则将处于待机状态，无法成功读取。进行初始化时要拉低信号线480-700us，使它复位，然后释放总线15-60us，18b20会拉低总线60-240us，然后它释放总线。所以初始化成功的一个标志就是能否读到18b20这个先低后高的操作时序。初始化的程序如下： reset:push b /保存b 寄存器 push a /保存a 寄存器 mov a,#4 /设置循环次数 clr p1.0 /发出复位脉冲 mov b,#250 /计数250 次 djnz b,$ /保持低电平500us setb p1.0 /释放总线 mov b,#6 /设置时间常数 clr c /清存在信号标志 waitl: jb p1.0,wh /若总线释放跳出循环 djnz b,waitl /总线低等待 djnz acc,waitl /释放总线等待一段时间 sjmp short wh: mov b,#111 wh1: orl c,p1.0 djnz b,wh1 /存在时间等待 short: pop a pop b ret4.3.3 ds18b20的时序控制ds18b20的时序可分为读时时隙和写时时隙写时序是指主机向ds18b20写入数据，并在读时隙从ds18b20读入数据。