基于串口通信的多点温度测试系统--课程设计说明书.doc

西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 基于串口通信的多点温度测试系统基于串口通信的多点温度测试系统 摘摘 要要：为了实现了对应用环境温度的实时远程监测，避免环境温度过高过低， 以保证工作的正常进行，提出一个基于串口通信的多点温度测试系统的设计方案。基于 串口通信的多点温度测试系统的设计是基于 AT89C51 单片机和多片 DS18B20 单总线型 数字温度传感器的多点温度检测系统，主要由 AT89C51 单片机，温度传感器模块，外 加串口电路，报警电路，键盘模块以及显示模块组成。由芯片 DS18B20 采集温度信号 传输给微控制器，通过外围设备显示现场温度值，并设计上位机程序通过串口通信实时 获取温度。系统设计包括硬件电路设计、软件设计。单片机程序采用 C51，在 KEIL 开 发环境中调试通过完成；PC 后台软件采用 VB6.0 完成。本次设计的基于串口通信的多 点温度测试系统的精度指标为非线性误差为0.5；测量范围指标是 -55+125； 最后经过 proteus 与 keil 的联调可以基本实现预期目标。 关键词：关键词：远程监测 多点温度 DS18B20 AT89C51 串口 Abstract: In order to realize the real-time remote monitoring of the ambient temperature of the application, avoid the environmental temperature is too high or too low, in order to ensure the normal work of the proposed a design scheme based on serial communication of the multipoint temperature test system. Based on serial communication of multi-point temperature measurement system is designed based on AT89C51 single chip and multi chip DS18B20 single bus digital temperature sensor of multi point temperature detection system, mainly by the AT89C51 single-chip microcomputer, temperature sensor module, plus serial circuit, alarm circuit, keyboard module and display module. The temperature signal is transmitted to the microcontroller through the chip DS18B20, and the temperature value is displayed on the peripheral device, and the host computer program is designed to obtain the temperature through the serial communication. System design includes hardware circuit design, software design. MCU program using C51, in the KEIL development environment, through the completion of the debugging; PC background software using VB6.0 complete. The design of the precision index of serial communication of multi-point temperature measurement system based on nonlinear error is + 0.5 DEG C; measuring range index is 55 to + 125C DEG C; Finally through the Proteus and keil of the link can basically achieve the desired goal. Keywords: remote monitoring temperature,AT89C51,DS18B20,serial communication 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 页 目录目录 1 1 前言前言1 1 2 2 整体方案设计整体方案设计3 3 2.1 方案论证 .3 2.2 方案比较 .4 3 3 单元模块设计单元模块设计5 5 3.1 AT89C51 单片机电路设计5 3.2 温度传感器接口设计模块 .6 3.3 LED 温度显示模块7 3.4 键盘模块 .7 3.5 报警模块 .8 3.6 电平转换模块 .8 4 4 软件设计软件设计1010 4.1 主程序软件设计 10 4.2 下位机软件设计 10 4.3 上位机软件设计 11 5 5 系统技术指标及精度和误差分析系统技术指标及精度和误差分析1313 6 6 结论结论1414 7 7 设计小结设计小结1515 8 8 参考文献参考文献1616 附录附录 1 1：电路总图：电路总图 1717 附录附录 2 2：软件代码：软件代码 1818 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 0 页 1 前言前言 在实际生产中，为了避免局部的温度过高或过低，需要对某个空间内多个点的温度进行 监测，如温室大棚、粮仓等，以便采取相应的措施。为了改善监测人员的工作条件，监测人 员一般需要远离监测对象。因此，多点温度远程监测在实际生产中具有重要的应用价值。 温度测量的方法有多种，目前典型的温度测量系统是由模拟式温度传感器、A/D 转换电 路和单片机组成。而其中的核心便是温度传感器，温度传感器经历了三个发展阶：（1）模 拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成 温度传感器。此种传感器具有功能单一(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、微功耗等特点，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。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有 AD590、AD592、TMP17、LM135 等；（2）模拟集成温度控制器。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；（3）智 能温度传感器 (亦称数字温度传感器)。智能温度传感器是在 20 世纪 90 年代中期问世的， 其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)；并 且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 但是，由于模拟式温度传感器输出的为模拟信号，必须经过 A/D 转换才能与单片机等 微处理器接口，并且每个测温点都要占用单片机一个 I/0 口，这种系统的远距离传输使得系 统非常复杂，成本较高此外，模拟传感器的信号在传输中易受干扰，降低了系统检测的精 度和稳定性。 温度测试系统是工农业应用中一个典型且极其广泛的系统，对不同控制对象的温度进行 监测具有很强的应用性。例如，目前，智能温室是在普通温室大棚的基础上，应用计算机技 术、传感器技术和现代控制技术等发展起来的。一个完整的智能温室控制系统由温度控制、 湿度控制、光照控制、浇灌控制、数据采集与处理等五个子系统组成，它们分别完成对作物 生长条件的控制。智能温室控制是个复杂的系统，温度控制在整个控制系统中具有非常重要 的地位，温室温度过高或过低均对作物的生长有重要影响。而数据采集与处理系统对系统的 相关数据处理后通过控制器来对其它控制环节作相应的动作，以达到作物生长的最佳环境。 为了减少温度的变化给控制系统带来不良结果，避免局部温度过高，不仅需要用更精确的温 度传感器对温度进行更有效的测量，也要对温室进行多点测量，做到精确测量和稳定控制。 设计一种多点温度监测系统，监测中心通过 PC 机软件发送控制指令使数据终端相应的传感 器测温，并将所测得的温度值发回保存、显示在 PC 机上，并且可以通过 PC 机绘制不同时 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 1 页 刻的温度变化曲线，这样能有助于尽早的发现问题并解决问题，可以为节约成本和提高生产 率、生产质量做出一定的贡献。由于智能温室和温室远程控制系统都属于精准农业大概念中 一个重要的组成部分，为更有效的实现精准农业，真正做服务“三农” ，还是很有研究意义 和使用价值的。 针对基于串口通信的多点温度测试系统，在讨论基于多点温度测试系统的设计方案的基 础上，拟设计一个基于 AT89C51 单片机和 DS18B20 智能温度传感器以及串口通信电路的系 统，包括各模块硬件电路设计和软件设计，具有精度高、操作简单、价格低廉等优点。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 2 页 2 整体方案设计整体方案设计 基于串口通信的多点温度测试系统为了实现对环境温度实时监控，以达到人们对温度的 调控，来满足生产工作的需要，系统采用分布式思想，用上下位机（PC 机与单片机）来实 现温度数据收集。采用 MAX232 来实现上下位机的数据通信，这样既可以通过上位机实现 温度数据采集与处理，也可以通过下位机实现数据的采集与显示。下位机是基于 AT89C51、数字温度传感器 DS18B20 的单总线测温网络。系统设计灵活，抗干扰性好，适 合在恶劣环境下工作。 2.1 方案论证方案论证 针对基于串口通信的多点温度测试系统设计，可以采用两个方案，具体的方案见方案一 和方案二。 方案一：基于 LabVIEW 的多点测温系统设计方案 该温度控制系统的总体设计框图如图 2.1 所示, 测量目标经过传感器模块后转换成电信 号，在由信号调理模块对信号做简单的调理工作，将调理好的信号传送到数据采集模块中进 行数据采集，然后在用软件进行特定的处理。利用 NI 公司的 LabVIEW 软件完成对信号的 读取、分析、计算、存储和显示。 图 2.1 测温整体方案一框图 方案二：基于串口通信的多点测温系统设计方案 该温度控制系统的总体设计框图如图 2.2 所示，主要由单片机、数字温度传感器 DS18B20、电平转换电路、LED 数码管、蜂鸣器、键盘等组成。当传感器监测到温度信息后 传输给单片机，单片机对接收到的数据进行处理，将数据实时显示到 LED 数码管显示器上， 系统设置了温度的上下限，当现场温度超过或低于这个范围时，系统就会通过蜂鸣器进行报 测 量 控 制 对 象 PC 机 LabVIEW 软件开发 平台 信号采集卡 GPIB 接口仪 RS2332 RS485 串行 口 VXI 接口仪器 计算机网络信号设定 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 3 页 警。 图 2.2 测温整体方案二框图 2.2 方案比较方案比较 由于方案一涉及的电路相对较复杂，需要运用的软件对我们也比较陌生，有些元器件选 择比较困难而且价格昂贵，消耗的功率相对较大，相比而言单片机采集数据更加方便，便于 处理，而且单片机已经成为主流产品。单片机在电路上相对比较简单，而且消耗的功率相对 较少，调试也较方便，还有最主要的一点是，方案二的测量精度与方案一差不多，符合经济 实惠的要求，因此此设计采用了方案二。 AT89C51 晶振电路 复位电路 报警电路 温度采样电路 显示电路 按键设置 电平转 换 PC 机 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 4 页 3 单元模块设计单元模块设计 本次系统可分为六个主要板块：单片机模块；温度传感器模块；LED 温度显示模块； 键盘模块；报警模块；电平转换模块。 3.1 AT89C51 单片机电路设计单片机电路设计 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读 存储器可以反复擦除 1000 次。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 和闪速存储器组合 在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机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。引脚如图 3.1。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 图 3.1 AT89C51 引脚图 与 MCS-51 兼容；4K 字节可编程 FLASH 存储器；寿命：1000 写/擦循环；数据保留时 间：10 年；全静态工作：0Hz-24MHz6. 三级程序存储器锁定；1288 位内部 RAM8；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 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央 处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器 等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。多通道智能温度测试仪设计中 选用 STC89C51 式单片机，其最小系统主要由电复位、时钟电路组成。单片机的最小系统如 图 3.2 所示。 单片机的复位电路原理是在单片机的复位引脚 RST 上接电阻和电容，实现上电复位。 当复位电平持续两个时钟周期以上时复位有效。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成， 上电复位是在复位引脚上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND；按键复位是在复 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 5 页 位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST 也被拉到高电平，而且由于电容的 充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 AT89C51 单片机使用 12MHZ 的晶振作为振荡源，由于单片机内部有振荡电路，所以外 部只要连接一个晶振和两个 30uF 的电容即可。外部晶振结合单片机内部电路产生单片机所 需的时钟频率。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U AT89C51 R7 R2 1k R1 10k C1 30u C2 30u X1 CRYSTAL C3 30uF 27.0DQ 2 VCC 3 GND 1 R8 4.7k SW2 SW-SPST-MOM 图 3.2 单片机最小系统 3.2 温度传感器接口设计模块温度传感器接口设计模块 温度传感器 DS18B20 是美国 DALAAS 公司生产的一种高精度单总线温度传感器，属于 智能化集成温度传感器。 DS18B20 的主要特征：全数字温度转换输出；先进的单总线数据通信；最高 12 位分辨 率，精度精度可达正负 0.5 摄氏度；12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒；可选择寄生 工作方式；内置 EEPROM，限温报警功能；64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂 接；检测温度范围为-55 度+125 度 DS18B20 的内部结构图如图 3.3 所示。主要由 4 部分组成：64 位 ROM、温度传感器、非 易失性温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。温度采集电路如图 3.4 所示。图 3.3 DS18B20 内部结构图 图 3.3 DBS18B20 内部结构图 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 6 页 31.0DQ 2 VCC 3 GND 1 U1 DS18B20 R3 4.7k C4 图 3.4 DS18B20 温度采集电路 3.3 LED 温度显示模块温度显示模块 LED 数码管与单片机的 P0 口相连，单片机将采集到的温度值转化为与数码管对应的数 据，通过 P0 口输出显示。即信号通过译码管的端口 a、b、c、d、e、f、g 、dp 端来控制每 段译码管的亮灭与否，同时通过端口 1、2、3、4 四个端口来控制四个译码管。LED 数码管 显示电路如图 3.5 所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 图 3.5 LED 数码管显示电路 3.4 键盘模块键盘模块 单片机上电运行后会提取存储器中默认的温度参数，并开始显示当前温度值，根据需要， 可以通过按键修改存储器中的默认的温度参数值，故需要对系统进行按键设计。本次设计需 要三个键，分别是模式切换键、加键、减键。按键接口电路如图 3.6 所示。SET 键选择上限 值或下限值设定，ADD 为加键，使默认值增加；DEC 为减键，使默认值减少。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 7 页 R4 1k R5 1k R6 1k ADDDECSET 图 3.6 按键接口电路 3.5 报警模块报警模块 当温度值超过系统设定的上下限时，蜂鸣器报警。报警电路如图 3.7 所示。 AT89C51 R7 5k Q1 NPN LS1 SOUNDER 图 3.7 报警电路 3.6 电平转换模块电平转换模块 AT89C51 有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通 讯。我们在应用单片机的串口和 PC 进行串行通信时，通常都需要进行两种不同的电平之间 的转换，单片机实用的是 TTL 电平(+5V 为高电平，低电平为 0V)，而计算机的串口为 RS- 232C 电平，其中高电平为-12V，低电平为+12V。这里要强调的是,RS-232C 电平为负逻辑电 平。我们平时用得比较多的电平转换芯片是 MAX232 芯片，该芯片可以直接完成以上两种 电平的转换。MAX232 是把 TTL 电平从 0V 和 5V 转换到 3V15V 或-3V-15V 之间。首先 TTL 电平 TXD 发送数据时，若发送低电平 0 时，这个时候 Q1 导通，J1 的第 2 脚由空闲时 的低电平变为高电平(如 PC 用中断接收的话会产生中断)，满足条件。发送高电平 1 时， TXD 为高电平，Q1 截止，由于 PCRXD 内部为高阻，而 PCTXD 平时是-3V-15V，通过 D1 和 R1 将 PCRXD 拉低至-3V-15V，此时计算机接收到的就是 1。反过来，当 PC 机发送数据 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 8 页 时，由单片机来接收信号。当 PCTXD 为低电平-3V-15V，Q2 截止，单片机的 RXD 端被 R4 拉高到 5V 左右，为高电平；当 PCTXD 变高时，Q2 导通，RXD 被 Q2 拉低至低电平， 这样就完成了电平之间的转换。 图 3.8 max232 管脚图 MAX232 是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。由于电脑串口 RS232 电平是-10v+10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是 TTL 电平 0+5v,MAX232 就是用来进行电平转换的,该器件包含 2 驱动器、2 接收器和一个电压发生 器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。 该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5-VTTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。 其主要特点是：（1）单 5v 电源工作（2）LinBiCMOSTM 工艺技（3）两个驱动器及两 个接收器（4）30V 输入电平（5）低电源电流:典型值是 8mA （6）符合甚至优于 ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28 （7）ESD 保护大于 MIL-STD-883 标准的 2000V。 第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和- 12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其 中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN） 、9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从 11 引脚（T1IN） 、10 引脚（T2IN）输入转换成 RS-232 数据从 14 脚（T1OUT） 、7 脚 （T2OUT）送到电脑 DB9 插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 13 引脚（R1IN） 、8 引脚 （R2IN）输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 12 引脚（R1OUT） 、9 引脚（R2OUT）输出。 第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v） 。 T1IN R1OUT 12 T2IN 10 R2OUT 9 T1OUT 14 R1IN 13 T2OUT 7 R2IN 8 C2+ 4 C2- 5 C1+ 1 C1- 3 VS+ 2 VS- 6 U3 MAX232 C4 1u C5 1u C6 1u C7 1u ERROR TXD 3 RXD 2 CTS 8 RTS 7 DSR 6 DTR 4 DCD 1 RI 9 P1 COMPIM 图 3.9 电平转换 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 9 页 4 软件设计软件设计 4.1 主程序软件设计主程序软件设计 系统的软件采用模块化方法进行编程，主要由主程序、LED 显示程序、按键处理程序、 温度测试程序、中断控制程序等组成。其中主程序完成系统初始化和对采集到的温度进行计 算等；按键处理程序实现键盘的输入按键的识别及相关处理；温度测试程序主要完成由温度 芯片传送数据的处理，并进行判断和显示；LED 显示程序完成向 LED 的发送显示温度，控 制系统的显示部分；中断控制程序则实现切换显示功能。系统工作总体流程如图它的流程图 如图 4.1 所示。 图 4.1 主程序流程图 4.2 下位机软件设计下位机软件设计 下位机程序设计包含三部分：微控制器的初始化、对 DS18B20 的访问和对 LED 的读写。 AT89S51 是该系统的核心部分，控制着温度的转换以及读取温度数值并转化成十进制数以及 相应的 ASCII 值在 LED 上进行显示，通过 RS232 供 PC 机读取温度值。其主要工作流程为： 清狗模块 事件处理模块 温度显示 系统初始化 开始 温度采集 温度是 否超限 调用控制子程序 调出子程序 报警处理 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 10 页 初始化内部部件以达到环境运行要求、初始化 DS18B20 以及 LED；读取温度值并将采集到 的数据进行相应的转化传送到 LED 上进行显示；当遇到中断时，进入中断服务函数，检查 上位机是否向其请求发送数据。一旦检测到正确的请求即将读取的温度数值按照一定的格式 放到缓冲器中，直到数据发送结束，返回中断点继续执行原函数。 中断 否 图 4.2 下位机软件流程图 4.34.3 上位机软件设计上位机软件设计 为方便进行远程控制可将采集到的温度数据通过 RS_232 口传输到控制中心的电脑上， 以便实时监测。采用 VB6.0 作为开发平台，可高效快速地完成软件的开发设计。采用 Viusal Basic 开发串口通信程序主要有两种方法：使用 MSComm 串口控件；调用 Window API 函数。使用 MSComm 串口控件实现通信的方法比调用 API 动态链接库函数的方法方便、快 捷、而且用编写代码量少的有点，可以大大地提高编程效率和系统设计的稳定性。该部分软 件完成窗体的设计，设置 Timer 的间隔为 300ms，完成 MSComm 控件的添加，设置其相应 的属性，对所得的数据进行分析计算并在窗口中显示。 开始 系统初始化 送上位机 显示温度 读取温度 启动温度 转换 送上位机吗 开始 读取二进制数 据 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 11 页 是 否 是 否 是 否 图 4.3 上位机软件流程图 由于收发的为 8 位十六进制数，故可采用串行口工作方式 1。 双工通信要求收、发同时进行。实际上收、发操作主要是在串行口中进行，CPU 只是 把数据从接收缓冲器读出和把数据写入发送缓冲器。数据接收用中断方式进行。数据发送通 过人工按下按键进行。但由于 51 单片机串行中断请求 TI 或 RI 合为一个中断源，响应中断 以后，通过检测是否是 RI 置位引起的中断来决定是否接收数据。发送数据是通过调用子程 序来完成。 串口开了吗 时间间隔到了 吗 得到答应了吗 关闭窗口 了吗 数据分析 处理 显示 发送请求数据 打开串口 结束 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 12 页 5 系统技术指标及精度和误差分析系统技术指标及精度和误差分析 使系统运行，观察系统硬件检测是否正常（包括单片机最小系统，显示电路，温度测试 电路等） 。系统自带测试表格数据，观察显示数据是否相符合即可。采用温度传感器和温度 计同时测量多点温度变化情况（取温度值不同的多点） ，目测显示电路是否正常。并记录各 点温度值，与实际温度值比较，得出系统的温度指标。使用串口调试助手与单片机通讯，观 察单片机与串口之间传输数据正确否。测试结果分析自检正常，各点温度显示正常，串口传 输数据正确。因为芯片是塑料封装，所以对温度的感应灵敏度不是相当高，需要一个很短的 时间才能达到稳定。设计使用 LED 显示，温度精确到小数点后 1 位。每次以 0.5 度增加， 存在一定的误差。 图 5.1 温度测试仿真图 系统测试技术指标及精度：（1）用于-55+125 的多点温度测量；（2）在现场要 求有显示，监控计算机实现多点温度实时显示，并对低于设定的最小值和高于设定的最大值 的温度进行报警检测。 （3）方便使用，并能达到一定的精度，电路简单，能节约成本，功耗 低。稳定性指标：受电压变化引起的波动小；精度指标：非线性误差为0.5；测量范围 指标： -55+125；设计（产品或技术）的用途和场所：温度测试仪能用与工业，农业 等方面。比如温室大棚，育种等场合。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 13 页 6 结论结论 本次设计的基于串口通信的多点温度测试系统为了实现对环境温度实时监控，以达到人 们对温度的调控，来满足生产工作的需要，系统采用分布式思想，用上下位机（PC 机与单 片机）来实现温度数据收集。采用 RS-232 来实现上下位机的数据通信，这样既可以通过上 位机实现温度数据采集与处理，也可以通过下位机实现数据的采集与显示。下位机是基于 AT89C51、数字温度传感器 DS18B20 的单总线测温网络。 系统设计灵活，抗干扰性好，适合在恶劣环境下工作。自检正常，各点温度显示正常， 串口传输数据正确。因为芯片是塑料封装，所以对温度的感应灵敏度不是相当高，需要一个 很短的时间才能达到稳定。将硬件及软件结合起来进行系统的统一调试。实现 PC 机与单片 机通讯，两者可以实时更新显示各点温度值。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 14 页 7 设计小结设计小结 基于串口通信的多点温度测试系统设计以远程温度采集及控制过程设计为总目标，以 AT89C51 单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、LED 数码管显示 电路、串口通信电路，键盘设置电路和蜂鸣器报警电路等。 设计的重点、难点是：（1）要掌握温度传感器的原理、结构、应用等；（2）考虑从非 电量信号到电量信号的电路实现原理以及与单片机的接口；（3）熟悉 MCS-51 编程的技术， 实现单片机对温度的调节控制；（4）串口通信时高低电平之间的转换（5）整体电路的仿真 调试。 经过做这个课程设计，我加深了对已学知识，如数电，模电，智能仪器，网络化等相关 知识的了解和应用。在对各个模块电路的设计中，对每个芯片和元器件的引脚和功能有进一 步认识，在上网和图书馆查阅相关资料的过程中，很好地锻炼了我对有用信息的筛选能力， 熟悉了资料的查询。这对我将来无论做其他的设计还是毕业设计都有很大的帮助。这次的课 程设计，从刚开始的方案的确定，元器件的选择，到最后总原理图的确定，每一个过程都是 我自己细心完成的。在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识 的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和 薄弱环节，从而加以弥补。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只 有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇 到问题，可以说得是困难重重，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过 的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 所以在未来的学习道路上，我要端正自己的学习态度，认真去对待老师讲的每一个重要 内容，熟悉各种专业的知识，完善自己的不足，多听老师的教诲，为下一次课程设计打下更 好的基础。 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 15 页 8 参考文献参考文献 1 潘永雄编著.新编单片机原理与应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2002 2 何首贤.电子技术基础M.北京：中国农业出版,2006 3 方佩敏主编.新编传感器原理应用电路详解M.北京:电子工业出版社,1993 4 张粤.倪伟.DS18B20 在分布式测温系统中的应用J.北京：淮阴工学学报，2002 5 金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用J.电子技术用,2001(1)：11. 6 楼然苗.李光飞.51 系列单片机设计实例M.北京：航空航天大学出版社,2006 7 朱宇光.单片机应用新技术教程M.上海：电子工业出版社,2007 8 江力.单片机原理与应用技术M.北京：清华大学出版社，2006 9 韩成浩.DS18B20 的实用技术及冗余校验J.微计算机信息,2010,26(5-1):123-125. 10 胡焱,周超,沈家庆,等.基于单片机的水温监控系统设计J.通信技术,2007,40(08):57-59. 11 张毅刚，彭喜元著.新编 MCS-51 单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社.2003. 12 余发山，王福忠著.单片机原理及应用技术M.中国矿业大学出版社.2008. 13 贺敬凯，刘德新，管明祥著.单片机系统设计、仿真与应用M.西安电子科技大学出版社.2011. 14 王连英著.单片机原理及应用M.北京：化学工业出版社.2011. 15 杜树春著.单片机 C 语言和汇编语言混合编程实践M.北京航空航天大学出版社.2008. 16 谭浩强著C 语言程序设计教程(第三版)M北京：清华大学出版社.2005. 17 康华光著.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2006. 18 杨磊，王波著.电子信息类专业毕业设计指导与实例M.中国水利水电出版社.2011. 19 杨凌霄著.微型计算机原理及应用M.中国电力出版社.2008. 20 江世明著.基于 proteus 的单片机应用技术M.北京：电子工业出版社. 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 16 页 附录附录 1：电路总图：电路总图 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U AT89C51 R7 5k R2 1k R1 10k C1 30u C2 30u X1 CRYSTAL R4 1k R5 1k R6 1k 31.0DQ 2 VCC 3 GND 1 U1 DS18B20 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 C3 30uF ADDDECSET Q1 NPN LS1 SOUNDER R3 4.7k 27.0DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 R8 4.7k SW2 SW-SPST-MOM SW1 SW-SPST-MOM T1IN 11 R1OUT 12 T2IN 10 R2OUT 9 T1OUT 14 R1IN 13 T2OUT 7 R2IN 8 C2+ 4 C2- 5 C1+ 1 C1- 3 VS+ 2 VS- 6 U3 MAX232 C4 1u C5 1u C6 1u C7 1u ERROR TXD 3 RXD 2 CTS 8 RTS 7 DSR 6 DTR 4 DCD 1 RI 9 P1 COMPIM 西华大学课程设计说明书西华大学课程设计说明书 第 17 页 附录附录 2：软件代码：软件代码 串行口程序： ORG 0000H LJMP START ORG 0023H LJMP SIN START: MOV TMOD,#20H ;定时器 T1 设为方式 2 MOV TL1,#0FEH ;装入定时器初值 MOV TH1,#0FEH ;8 位重装值 SETB TR1 ;启动定时器 T1 MOV SCON,#50H ;串行口设为方式 1 SETB EA ;开总中断 SETB ES ;开串行中断 MAIN: SETB P2.7 ;P2.7 设为输入 JB P2.7,MAIN LCALL DELAY ;延时去抖 JB P2.7,MAIN LCALL SOUT ;调用发送子程序 NEXT: JNB P2.7,NEXT ;等待按键释放 LCALL DELAY JNB P2.7,NEXT LJMP MAIN ;串行中断服务程序 SIN: JNB RI,FANHUI ;判断是否为接收引起的中断 MOV A,SBUF ;从接收缓冲器读入数据 MOV P1,A ;送 P1 口显示 FANHUI: CLR RI CLR TI RETI ;发送子程序 SOUT: MOV P0,#0FFH ;P0 口设为输入口 MOV A,P0 ;P0 口状态送累加器 A MOV SBUF,A ;把数据写入发送缓冲器 RET DELAY: MOV R6,#64H 延时 10ms 子程序 D1: MOV R5,#0EH NOP D2: NOP NOP