基于单片机的温度检测系统毕业论文.doc

设计题目：基于单片机的温度检测系统设计基于单片机的温度检测系统设计摘要在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。该设计介绍了一种利用单片机AT89S51组成的高精度温度控制系统，从硬件和软件两方面介绍了单片机温度控制系统的设计思路。着重介绍了硬件原理图和程序框图。阐述了系统的工作原理、设计及实现。由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后通过AT89S51单片机对送来的温度进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。最后，由1602液晶显示器将温度显示出来。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动控制，当温度值超出上、下限时自动报警，实现了系统结构简单、性能可靠、控制精度高。同时系统具有扩展性好，分辨率高，测量范围宽，抗干扰性强等特点。关键词：AT89S51单片机 DS18B20温度传感器 温度检测Design of Temperature Detection System Based On SCMAbstractThe detection and control of temperature is often used in daily life and industrial production process, temperature is one of the important physical parameters of the production process and scientific experiments generally. During the production process, in order to carry out the production efficiently, we must control its main parameters well, such as temperature, pressure and so on .Temperature control in the production processes a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlling and a more mature technology. A precision temperature control system used AT89S51 SCM and the hardware circuit and software of this system are introduced. Schematic diagram of the hardware and procedures is related in emphasis. Working principle, design and implementation is elaborated. The current temperature is measured by DS18b20 temperature sensor and the results is transported into SCM .Then ,the temperature is calculated and the conversion results is transported into the liquid crystal display modules 1602 on show .It can display current temperature which is set randomly and controlled flexibility, and the temperature control.When the temperature is beyond the upper and lower limits of temperature, the alarm system starts automatically. What is realized in this system is simple structure, reliable performance and high precision control. The system is in good scalability，high-resolution，wide range，anti-interference performance and so onKey Words：AT89S51 SCM；DS18B20 Temperature sensor；Temperature detection 目 录1 绪论11.1国内外温度检测技术概述11.1.1温度检测技术简介11.1.2温度检测技术的发展41.2单片机技术的发展及应用51.2.1单片机技术的发展51.2.2单片机技术的应用62 方案论证82.1题目分析82.2温度传感器的选择82.2.1采用模拟集成温度传感器82.2.2采用数字单片智能温度传感器92.3显示器的选择102.3.1 LED显示器102.3.2 LCD液晶屏102.4单片机的选择112.4.1凌阳单片机112.4.2 AT89S51单片机112.4.3单片机选型123 温度检测系统的硬件设计163.1复位电路163.2时钟(晶振)电路163.3温度测量电路设计173.3.1 DS18B20总体简介173.3.2 DS18B20接口电路223.4键盘电路的设计223.4.1键盘接口电路223.4.2键盘使用说明233.5温度控制电路和报警电路的设计243.6显示电路的设计253.6.1 LCD1602显示原理253.6.2 LCD1602引脚定义263.6.3 LCD显示电路273.7 PCB板设计283.7.1 PCB元件布局283.7.2布线283.7.3硬件抗干扰措施294 温度检测系统软件设计304.1系统的主程序设计304.2 DS18B20模块程序304.3 1602液晶模块程序314.4键盘模块程序325 全文总结345.1经济效益分析345.2社会效益分析34谢辞35参考文献36附录I 系统电路原理图38附录II PCB板39附录 程序清单40外文资料581 绪论随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也在不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器现实社会发展的许多情况下需要测量温度参数。1.1国内外温度检测技术概述1.1.1温度检测技术简介一、随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法1：1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计利用此原理制成的温度计大致分成三大类。（1）玻璃温度计，它是利用玻璃感温包内的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的；（2）双金属温度计，它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在上一起制成的双金属片作为感温元件，当温度变化时，一端固定的双金属片，由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度；（3）压力式温度计，它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度变化，压力发生相应变化，用弹簧管压力表测出它的压力值，经换算得出被测物质的温度值。2)利用热电效应技术制成的温度检测元件利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。常用的热电偶有以下几种。（1）镍铬-镍硅，型号为WRN，分度号为K，测温范围0-900，短期可测1200。（2）镍铬-康铜，型号为WRK，分度号为F，测温范围0-600，短期可测800。（3）铂铑-铂，型号为WRP，分度号为S，在1300以下的温度可长期使用，短期可测1600。（4）铂铑30铂铐6，型号为WRR，分度号为B，测温范围300-1600，短期可测1800。3）利用热阻效应技术制成的温度计用此技术制成的温度计大致可分成以下几种。（1）电阻测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。目前常用的有铂热电阻(分度号为Pt100、Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50、Cu100两种)。（2）导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。（3）陶瓷热敏元件，它的实质是利用半导体电阻的正温特性，用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。突变型PCT元件的温阻特性是当温度达到顶点时，它的阻值突然变大，有限流功能，多数用于保护电器。缓变型PCT元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大，起温度补偿作用。NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反，即随温度升高，它的阻值减小。4）利用热辐射原理制成的高温计热辐射高温计通常分为两种。一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的。5）利用声学原理进行温度测量声学发温度检测技术是近年来发展起来的一项新技术，利用该技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布在线检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制，声学温度检测技术的基本原理是通过测量声波传感器间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。6）利用红外测温技术红外测温技术是通过检测物体表面能量来检测物体温度的。二、近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。1）晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大12个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。2）集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。3）核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。4）热噪声温度检测器它的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性。其特点是：（1）输出噪声电压大小与温度是比例关系；（2）不受压力影响；（3）感温元件的阻值几乎不影响测量精确度；所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。5）石英晶体温度检测器它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的特性来制作的。它利用u P技术，自动补偿石英晶片的非线性，测量精度较高，一般可检测到0.001，所以可作标准检测之用。6）光纤温度检测器光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器，检测精度在1以内，测温范围可以从绝对0到2000。7）激光温度检测器激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氮氖激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1；用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。8）微波温度检测器采用微波测温可以达到快速测量高温的目的。它是利用在不同温度下，温度与控制电压成线性关系的原理制成的。这种检测器的灵敏度为250kHZ/,精度为1左右，检测范围为201400。9)纯贵金属热电偶的研究由两种纯金属组成的热电偶，因其材料均匀性远优于合金材料，因而稳定性很好。在铂铑合金热电偶(S、R型)的不确定度已很难提高之后，人们开始寻找由纯贵金属组成的热电偶，以代替S和R型热电偶，作为传递的标准。10)信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代的工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一代的自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。所有的现场仪表（温度检测仪表是其中一种）均接到现场总线上。在这样的系统中，通常不应使用各种不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样“温度计”就变成了“温度变送器”。在现场总线控制系统中的温度变送器主要是热电偶变送器和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。1.1.2温度检测技术的发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。无论是在电子产品的生产、食品加工、其它工业生产，还是在医疗器械生产方面，只要在生产过程中温度是重要的控制指标，温度检测（也称追踪）技术就具有非常广阔的应用前景。1)国内外温度检测技术动向(1)扩展检测范围现在工业上通用的温度检测范围为-2003000，而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切，如10K以下的温度检测是当前重点研究课题。(2)扩大测温对象温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。(3)发展新型产品利用以前的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。(4)适应特殊环境下的测温对许多场合中的温度检测器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。(5)显示数字化温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无读数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。(6)标定自动化应用计算机技术，快速、准确、自动地标定温度检测器。2）国内外温度检测发展趋势根据上述要求，国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展：(1)继续生产量大面广的传统的温度检测元件，如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。(2)加强新原理、新材料、新加工工艺的开发。如近来已经开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。(3)向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展，向机电一体化方向发展。1.2单片机技术的发展及应用1.2.1单片机技术的发展所谓单片机(m1crocontroller)是指在一个集成芯片中，集成微处理器(CPU)、存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机（即单片微型计算机）。美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008，特别是1976年MCS-48单片机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域2。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当数Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以Intel的MCS-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型3。1.2.2单片机技术的应用随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。如MCS-51系列单片机控制的“船舶航行状态自动记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。其应用大致可分为以下几方面3：（1）机电一体化设备的控制核心机电一体化是机械设备发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其自身优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个关节或动作部位都是一个单片机控制系统。（2）数据采集系统的现场采集单元大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到主计算机中进行处理。如有些气象部门、油田采油部门以及电厂等均可采用这样的系统。（3）分布控制系统的前端控制器在直接控制级的计算机分布控制系统(DCS)中，单片机作为过程控制中每一分部操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应协调工作。（4）智能化仪表的机芯自动化仪表的智能化程度越来越高。采用单片机的智能化仪表可具有自整定、自校正、自动补偿和自适应功能，还可进行数字PID调节，软件消除电流热噪声等等，解决传统仪表所不能解决的难题。单片机的应用使这种性能如虎添翼，如自动计费电度表、燃气表中已有这方面的应用。许多工业仪表中的智能流量计，气体分析仪、成分分析仪等也采用了这项技术。甚至有的保健治疗仪中也采用了单片机控制5。（5）消费类电子产品控制该应用主要反映在家电领域，如洗衣机、空调器、保安系统、VCD视盘机、电子秤、IC卡、手机、BP机等。这些设备中使用了单片机机芯后，大大提高了其控制功能和性能，并实现了智能化、最优化控制。（6）终端及外围设备控制计算机网络终端设备，如银行终端、商业POS（自动收款机）以及计算机外围设备如打印机、通信终端和智能化UPS等。在这些设备中使用单片机，使其具有计算、存储、显示、输入等功能，具有和计算机连接的接口，使计算机的能力及应用范围大大提高。1.2电路的总体方案设计本文的主要工作是研究与设计一种基于AT89S51的温度检测系统，使之应用于大棚及其它工农业生产等方面，在实用中具有非常广阔的应用前景。该温度测量系统，实现对温度的实时测量与显示，具有温度超限报警功能等。系统包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分包括单片机控制芯片，温度测量电路，温度显示电路，报警电路和温度控制电路，软件设计部分包括相应信号采集与处理程序及单片机接口子程序等，实现实时测温、显示、控制与报警功能。温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4个键把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。系统框图如图1.1。温度测量电路单 片 机光强测试时钟电路复位电路键盘显示报警电路制冷电路制热电路图1.1 基于单片机的温度检测系统框图2 方案论证本章主要对毕业设计的题目进行了分析，根据要实现的功能，综合比较几种设计方法，提出了实现系统功能的最佳方案。2.1题目分析本设计是一个数字温度控制系统，能测量并实时显示温度，并能在超限的情况下进行控制、调整并报警。即以单片机为基础，实现温室大棚温度的自动检测。根据设计的要求，要利用温度传感器实时检测温度。当温度高于设定的报警上限温度时，打开降温装置进行调整使温度在设定的范围内；当温度低于设定的报警下限温度时，打开升温装置进行调整使温度在设定的范围内。同时一方面由LCD显示信息，并发出警报声。毕业设计的主要任务是能对温度进行自动的检测、控制和报警。设计中采用单片机来控制温度，因此要有温度的采集电路，键盘显示电路，温控电路，报警电路等几个部分。要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用，温度传感器的原理和应用，及键盘和显示电路的设计等。2.2温度传感器的选择2.2.1采用模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用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、传输距离远、体积小、微功耗等，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。图2-1是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1k时，输出电压随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器，使=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制4。 图2.1 基于AD590测温基本应用电路2.2.2采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，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)。智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS18B20，智能温度控制器适配各种微控制器，构成智能化温控系统；它们还可以脱离微控制器单独工作，自行构成一个温控仪。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内,精度为0.5。DS18B20的精度较差为0.2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。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。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小5。DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。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全新概念。现在，新一代的“DS1820”体积更小、更经济、更灵活。使您可以充分发挥“一线总线”的长处。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器6。研究了以上温度传感器的特性以及信号传输方式, 应该选择单总线数字温度传感器DS18B20比较合适。传统的温度检测系统以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性较差,测量温度的准确度低，检测系统的精度差。如果采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底解决，当传感器与数据采集器距离较远,信号线周围存在电磁干扰源时，该问题显得尤为突出。另外，模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得十分困难。从温度传感器信号传输方式考虑，多点检测时多线制用线量大，施工困难，成本高，系统的整休可靠性差；总线制由于不能采用寄生供电,传感器数量较多时，也会使整个系统结构变得复杂起来。单总线数字温度传感器克服了上述不足。用单总线温度传感器设计冷库温度检测系统具有如下特点：较高的性能价格比;监测对象越多越能显示其优越性；硬件施工工作量少；系统维修方便;抗千扰性能好；有CRC校验，可靠性高；系统简明直观。由于大棚温度巡检的速度并不要求太快，所以单总线速率较慢的问题不会对系统造成明显的不良影响。2.3显示器的选择2.3.1 LED显示器采用传统的七段数码LED显示器。LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。2.3.2 LCD液晶屏采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为7：1）显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。2）数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。3）体积小、重量轻,液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。4）功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。2.4单片机的选择2.4.1凌阳单片机随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital SignalProcessing）等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称nSP）。围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机（以下简称nSP家族）采用的是模块式集成结构，它以nSP内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。8利用凌阳单片机有一定的好处凌阳的优势是硬件性能，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于刚接触单片机的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89S51昂贵一些，因此我们并没有将其作为首选。2.4.2 AT89S51单片机由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑。9由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。51的优点是价钱便宜,I/O口多，程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能，所以用AT89S51。2.4.3单片机选型虽然凌阳单片机的硬件性能好，抗干扰能力强，但凌阳单片机我们没有系统的学习，这对于接触单片机不深的我们来说不是很容易上手，其价格也要比89S51昂贵一些。又因为在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。故选择AT89S51单片机。（1）AT89S51功能特性概述10AT89S51方框图如下图2.2，AT89S51提供一下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及诊断系统工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。图2.2 AT89S51方框图（2）AT89S51引脚功能介绍AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装。其引脚排列和逻辑符号如图2.3所示。各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。图2.3 AT89S51引脚图P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口：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)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3 温度检测系统的硬件设计温度检测系统的硬件设计部分包括单片机控制芯片，温度测量电路，温度显示电路，报警电路和温度控制电路。以AT89S51单片机为控制核心，温度测量电路由DS18B20数字传感器构成，用来采集实时温度，并由单片机计算、转换，传输给由LCD1602构成的显示电路，同时控制报警电路和温度控制电路。3.1复位电路RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效。高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。若时钟频率为6MHz，则复位信号至少应持续4微秒以上，才可以使单片机复位。本次设计中采用按键复位的方法进行复位操作。如下图3-1所示。按键复位是利用开关按钮来实现的，即通电后，按下开关，使得瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容上储能增加，电容电压也增大，充电电流减少，RESET端的电位逐渐下降。这样在RST端就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲持续的时间进行调节。3.2时钟(晶振)电路时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件(如触发器寄存器存储器等)构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序.时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路,没有时钟电路单片机就无法工作。此次设计中，我们采用由内部方式产生时钟的方法形成时钟电路，具体如图3.1所示。图3.1 时钟复位电路内部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率fosc6MHz，则时钟频率3MH2，因此，时钟是一个双向信号，由P1相和P2相构成。fosc可在2MHZ-12MHZ选择。小电容可以取30PF左右。3.3温度测量电路设计3.3.1 DS18B20总体简介1)DS18B20的性能特点11：图3.2 DS18B20管脚图(1)采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值；(2)测温范围为-55257（-67+257）(3)每个器件有唯一的64位的序列号存储在内部存储器中；(4)用户可定义非易失性温度报警上、下限；(5)简单的多点分布式测温应用；(6)温度计分辨率可以被使用者选择为912位；(7)可通过数据线供电，供电范围为3.0V到5.5V；(8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图3.2所示。表3-1 详细的引脚说明8引脚SOIC封装TO-9封装符号说明51GND接地42DQ数据输入/输出引脚。对于单线操作：漏极开路。当工作在寄生电源模式时用来提供电源33VDD可选的VDD引脚。工作与寄生电源模式时VDD必须接地。2)DS18B20简述12图3.3是表示DS18B20的方框图，表3-1已经给出了引脚说明。64位只读存储器存储器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器（TH和TL），和一个字节的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为9，10，11或12位。TH、TL和配置寄存器是非易失性的可擦除的程序寄存器（EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。DS18B20通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯。当全部器件经由一个3态端口（DQ引脚在DS18B20上的情况下）与总线连接的时候，控制线需要连接一个上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的64位片序列码辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址。由于每个装置有一个独特的片序列码，总线可以连接的器件数码事实上是无限的。单总线协议，包括指令的详细解释和“时序”。图3.3 DS18B20方框图3）DS18B20存储器13DS18B20的存储器结构示于图3.4。存储器有一个暂存SRAM和一个存储高低报警上、下限值TH和TL的非易失性电可擦除EEPROM组成。注意当报警