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基于单片机的温度监控系统本文由yesnx贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 基于单片机的温度监控系统 摘要:本次设计是单片机温度监控系统，改温度计可以实现数字显示 被测温度，测量温度范围是-55100，分辨率可以达到 0.1，并 且自带计时和时间显示功能，有高低两路限温控制功能，限温控制点 可以在范围内自由设置，温度超过要求的温度，会自动报警。 关键字：单片机 温度传感器 DS18B20 Abstract ：This design is a digital thermometer, digital thermometer can display the measured temperature, measurement temperature range-55100 , The resolution can reach 0.1, and comes with time and time display, two high and low limit temperature control, temperature control point limit you can? Freedom within the set temperature above the required temperature, the alarm automatically. Key words: Thermometer, resolution, temperature control 引言 随着社会的发展和人类的进步， 在生产生活中许多地方都需要温 度监控，因此基于数字显示的温度监控系统应运而生，该系统具有方 便快捷，易读，精确度高等优点，嵌入式系统的发展更是促进了为数 字温度计的出现提供了强大的技术支持，本系统采用美国 DALLAS 生 产的 DS18B20 可组网数字温度传感器进行温度采集，利用 STC 公司 51 系列单片机中的 89C52 作为控制模块，从而实现对温度的读取和 控制输出，同时采用 SMC1604 液晶显示器作为输出显示，方便温度读 取。 1.系统整体框图 1.系统整体框图 系统构成： 统构成 传统的模拟信号温度计由于需要后续处理电路造成电路复杂， 而 且还具有测量不准确，测量精度低等缺点，本设计选用数字温度传感 器 DS18B20 进行温度采集，单片机需要完成数据读取，温度检测，数 据传送和过温报警。 2.控制模块 2.控制模块 本模块对整个电路实现控制功能，本设计采用 STC 公司的 89C52 单片机作为数字温度计的“大脑”。 2.1 89C52RC 简介： 89C52RC 是深圳 STC 公司的国产芯片，它跟 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机具有相同的接法和功能，是高性能的 8 位单片机，它内置 8 位中央处理单元、256 字节内部数据存储器 RAM、8k 片内程序存储 器（ROM）32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 主要功能特性： 2.2 主要功能特性： 标准 MCS-51 内核和指令系统标准 32 个双向 I/O 口 3 个 16 位可编程定时/计数器 向上或向下定时计数器 6 个中断源 全双工串行通信口 帧错误侦测 自动地址识别 空闲和掉电节省模式 片内 8kROM(可扩充 64kB 外部存储器) 256x8bit 内部 RAM(可扩充 64kB 外部存储器) 时钟频率 3.5-12/24/33MHz 改进型快速编程脉冲算法 5.0V 工作电压 布尔处理器 4 层优先级中断结构 兼容 TTL 和 CMOS 逻辑电平 PDIP(40)和 PLCC(44)封装形式 管脚说明： 2.3 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 XTAL1：警惕振荡器接入的一个引脚。 XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，可用作通用 I/O 口和地址、数据总线。 P1 口：P1 口是唯一的单功能口，仅能用作通用的数据输入、输 出口。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口可用 作通用 I/O 口和地址总线。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可用作 通用 I/O 口，并且在不进行字节或位寻址时可用作第二功能使用。 P3 口的第二功能各引脚定义如下： P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断 0）； P3.3 /INT1（外部中断 1）； P3.4 T0（记时器 0 外部输入）； P3.5 T1（记时器 1 外部输入）； P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）； P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）； RST：复位输入。 ALE/PROG：地址所存允许信号输出引脚/课编程脉冲输入引脚 /PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚。 EA/VPP:内外存储器选择引脚/片内 EPROM 编程电压输入引脚 2.4 本模块原理图 在实物制作中按下图进行电路焊接 仿真结果 3.温度采集模块 3.温度采集模块 温度采集模块采用 DS18B20 数字温度传感器， 本数字温度计采用 由美国的 DALLAS 生产的 DS18B20 数字温度传感器，它具有体积小， 硬件开销低，抗干扰能力强，附加功能强的优点。 主要特性： 3.1 DS18B20 主要特性： 全数字温度转换及输出。 ? ?先进的单总线数据通信。 ? ?最高 12 位分辨率，精度可达土 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。 ? ?检测温度范围为55C +125C (67F +257F) ? ?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。 ? ?多样封装形式，适应不同硬件系统。 3.2 引脚功能： 3.2 DS18B20 引脚功能： GND 电源地 ?DQ 单数据总线 数字信号输入/输出端 ?VDD 外接供电电源输入端 3.3 内部结构 结构及工作原理 3.3 内部结构及工作原理 3.3.1 内部结构 结构： 3.3.1 内部结构： DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM，温度传感 器，温度报警触发器 TH 和 TL,配置寄存器。 3.3.2 工作原理 3.3.2 DS18B20 内部有两个晶振，分别是低温度系数晶振和高温度系数 晶振低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小， 用于产生固定频率 的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明 显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄 存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器 1 对 低温度系数 晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时， 温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数， 如此循环直到计 数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的 数值即为所测温度。 3.3.2.1 3.3.2.1 暂存寄存器分布 寄存器内容 温度值低位 （LS Byte） 温度值高位 （MS Byte） 高温限值（TH） 字节地址 0 1 2 低温限值（TL） 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 校验值 3 4 5 6 7 8 3.3.2.2 3.3.2.2 ROM 指令表 指 令 读 ROM 符合 R OM 搜索 R OM 跳过 R OM 告警搜 索命令 约定 代码 33H 功 能 读 DS1820 温度传感器 ROM 中的编码（即 64 位地址） 发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上 与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS 1820 的读写作准备。 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 R OM 地址。为操作各器件作好准备。 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适 用于单片工作。 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。 55H 0FOH 0CCH 0ECH 3.3.2.3 3.3.2.3 RAM 指令表 指 令 温度变 换 读暂存 器 写暂存 器 复制暂 约定 代码 44H 功 能 启动 DS1820 进行温度转换，12 位转换时最长为 750ms（9 位为 93.75ms）。结果存入内部 9 字节 RAM 中。 读内部 RAM 中 9 字节的内容 发出向内部 RAM 的 3、4 字节写上、下限温度数据命令，紧 跟该命令之后，是传送两字节的数据。 将 RAM 中第 3 、4 字节的内容复制到 EEPROM 中。 0BEH 4EH 48H 存器 重调 EE PROM 读供电 方式 0B8H 将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3 、4 字节。 读 DS1820 的供电模式。寄生供电时 DS1820 发送“ 0 ”， 外接电源供电 DS1820 发送“ 1 ”。 0B4H 3.3.2.4 3.3.2.4 温度分辨率设置表 R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率 9位 10 位 11 位 12 位 温度最大转换时间 93.75ms 187.5ms 375ms 750ms 的写/ 3.4 DS18B20 的写/读操作 读写操作可以说是温度采集过程中最为重要的 3.4.1 3.4.1 DS18B20 的写操作 （1） 数据线先置低电平“0”。 （2） 延时确定的时间为 15 微秒。 （3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。 （4） 延时时间为 45 微秒。 （5） 将数据线拉到高电平。 （6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为 止。 （7） 最后将数据线拉高。 3.4.2 3.4.2 DS18B20 的读操作 （1）将数据线拉高“1”。 （2）延时 2 微秒。 （3）将数据线拉低“0”。 （4）延时 15 微秒。 （5）将数据线拉高“1”。 （6）延时 15 微秒。 （7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。 （8）延时 30 微秒。 3.5 本模块原理图 根据下图方式焊接电路，注意 18B20 的正负极，共有三个引脚，该传 感器为半圆形器件，辨别引脚时让其平的一面向上，从左至右依次为 1、2、3 引脚，分别接地，芯片和电源。 仿真结果 4.电平转换模块 4.电平转换模块 在单片机与电源模块之间需要一个电平转换电路，本设计采用 Max232 芯片作为转换元件。 Max232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的单 电源电平转换芯片,使用+5v 单电源供电。它包含 2 个驱动器、2 个接 收器、和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。如下图所以 它共有 16 个引脚。 4.1 4.1 引脚介绍 Max232 可以分为三部分 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 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DB9 插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。 第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v）。 4.2 主要性能 性能特点 4.2 主要性能特点 符合所有的 RS-232C 技术标准 ?只需要单一 +5V 电源供电 ?片载电荷泵具有升压、 电压极性反转能力， 能够产生+10V 和-10V 电压 V+、V?功耗低，典型供电电流 5mA ?内部集成 2 个 RS-232C 驱动器 ?内部集成两个 RS-232C 接收器 ?高集成度，片外最低只需 4 个电容即可工作。 5.输出显示模块 5.输出显示模块 输出显示模块采用 SMC1604A 液晶显示器，SMC1604A 是标准字符 点阵型液晶显示模块，它采用点阵型液晶显示器，可显示 16X4 个西 文字符，字符尺寸为 2.954X4.75（WXH）mm，内置 HD44780 接口型液 晶显示控制器，可与 MCU 单片机直接连接。 5.1 接口信号说明： 5.2 基本操作时序： （1） 读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H 输出：D0D7=状态字 输出： （2） 写指令： 输入： RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲 无 （3）读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H 输出：D0D7=数据 输出： （4） 写数据：输入：RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲 无 5.3 状态字说明 5.4 初始化设置 初始化设置分为显示模式设置和显示开/关及光标设置 （1）显示模式设置如下图 （2）显示开/关及光标设置 5.5 初始化过程： （1） 写指令38H：显示模式设置第一次 （2） 延时3ms （3）写指令38H：显示模式设置第二次 （4） 延时3ms （5）写指令38H：显示模式设置第三次 （6）延时3ms （7） 写指令38H：显示模式设置第四次 （8）延时3ms （9）写指令08H：显示关闭 （10）写指令01H：显示清屏 （11） 延时3ms （12）写指令06H：显示光标移动设置 （13）写指令 0CH：显示开及光标设置 5.6 控制器接口时序说明 （1）读操作时序 （2）写操作时序 5.7 LCD 接线原理图 仿真结果 6 程序流程图 7 总结 系统整体电路图 LCD5 LM041L U6 3 VSS VDD VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 G7 G G G G G P3.7/RD P3.6/WR P3.5/T1 P3.4/T0 P3.3/INT1 P3.2/INT0 P3.1/TXD P3.0/RXD P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3 P0.2/AD2 P0.1/AD1 P0.0/AD0 17 16 15 14 13 12 11 10 G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 X2 6 I/O 7 SCLK 5 RST CRYSTAL 2 1 VCC2 8 X1 VCC1 DS1302 8 7 6 5 4 3 2 1 1.5V VCC 1.5V LS P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 U2 3 VCC 18.4 2 DQ 1 GND DS18B20 SOUNDER D1 LED-BIRG 31 EA 30 ALE 29 PSEN C3 RST 20uF 9 RST 28 27 26 25 24 23 F2 22 F1 F0 21 32 33 34 35 36 37 38 39 C1 18 20pF XTAL2 R1 1k X1 C2 20pF CRYSTAL 19 XTAL1 80C51 G0 BAT2 BAT1 U1 6 5 4 3 2 G1 F0 F1 F2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 X2 仿真后整体结果 LCD5 LM041L U6 3 X2 6 I/O 7 SCLK 5 RST G1 G7 G G G G G 2 1 VCC2 8 X1 VCC1 DS1302 8 7 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 G0 F0 F1 F2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 X2 CRYSTAL BAT2 BAT1 U1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7/RD P3.6/WR P3.5/T1 P3.4/T0 P3.3/INT1 P3.2/INT0 P3.1/TXD P3.0/RXD P2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 P0.7/AD7 P0.6/AD6 P0.5/AD5 P0.4/AD4 P0.3/AD3