多路系统测温

1、 西华大学课程设计 摘 要随着社会的发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。此次设计是以AT89C51单片机系统为核心，能实现8路及以上的温度点测量和实时显示，可根据设定的上下限输出报警及显示。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，它以其耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样的特点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。关键词：DS18B20；温度测控系统；单片机目 录摘 要 引言 11题目分析 21.1设计题目21.2主要内容21.3具体要求

2、22设计方案 33硬件设计 43.1温度传感器43.2显示模块53.3数据存储模块63.4日历时钟模块73.5按键输入模块83.6串行通信模块83.7报警模块104仿真结果图 11总结体会 13参考文献 14致谢 15附录A 程序 16附录B 原理图 22I引 言随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用51单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度

3、传感器DS18B20，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。用芯片DS1302作为时钟芯片，24C02C作为数据记录与存储芯片 。最终实现8路及以上的温度点测量和实时显示，并可根据设定的上下限输出报警及显示， RS232总线接口。1 题目分析1.1 设计题目多路温度测控系统1.2 主要内容 设计一多路温度测控系统，能实现8路及以上的温

4、度点测量和实时显示，可根据设定的上下限输出报警及显示，具有RS485或RS232总线接口。设计完整的电路原理图和编写相关程序。1.3 具体要求用MCS-51系列单片机或其它CPU作为控制器设计一完整测控仪器,包括以下内容： 温度可采用标准系列热电耦或标准热电阻或DS18B20； 用LCD1602显示或用LED显示； 用输入按键可以暂停、转换、通道的显示； 日历时钟显示； 数据记录存贮功能； RS485或RS232通讯； PROTEUS仿真以上一种功能。2 设计方案8个DS18B20LCD显示 单片机ATC89C51时钟电路报警电路按键输入RS232数据存储电路上位机 总体设计框图 这里通过按键

5、选择要测量的单个DS18B20的温度，DS18B20将温度值转化并储存在储存器中，系统多出来用LCD来显示出来，如果有值超过高温报警值或低于低温报警值则产生报警。本设计运用主从分布式思想，由一台上位机，单片机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过上位机单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回主控上位进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。 下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。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

6、，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。3 硬件设计 3.1 温度传感器这里采用的温度传感器为DS18B20，DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。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位的数字值读数方式。单线数字化智能集成温度的传感器，其特点是： DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和A

7、D转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便 DS18B20能提供9到12位温度读数，精度高，且其信息传输只需1根信号线，与计算机接口十分简便，读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源 每一个DS18B20都有一个惟一的序列号，这就允许多个DS18B20连接到同一总线上尤其适合于多点温度检测系统 负压特性：当电源极性接反时，DS18B20虽然不能正常工作，但不会因发热而烧毁 正是由于具有以上特点，DS18B20在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广

8、泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。 DS18B20外部形状及封装图在设计中采用8个数字式温度传感器DS18B20在电路中的连接如下图：3.2 显示模块 在显示模块里用的是LCD显示3.2 显示模块LCD1602引脚图1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地 ；第2脚：VCC接5V电源正极；第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；第5脚：RW为读写信号线，高电平

9、(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作；第6脚：E(或EN)端为使能端；第714脚：D0D7为8位双向数据端；第1516脚：空脚或背灯电源；15脚背光正极，16脚背光负极。LCD1602在电路中与单片机的连接入下图：3.3 数据存储模块AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。管脚名称 功能 A0 A1 A2 器件地址选择 SDA 串行数据/地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 Vcc +1

10、.8V 6.0V 工作电压 Vss 地 24C02的管脚描述24C02在电路图中与单片机的的连接如下：3.4 日历时钟模块在这个模块中用的芯片是DS1302，DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备

11、电源进行涓细电流充电的能力。DS1302 存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。DS1

12、302在电路中与单片机的连接入下图：3.5按键输入模块按键与单片机的连接如下图：通过开始/暂停按键来控制LCD是否显示温度值，通过通道+按键和通道-来选择显示哪一个18B20的温度值。3.6 串行通信模块个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。 PC机的串口一般为RS-232C,他采用负逻辑电平：其中-3v-15v为

13、逻辑1；+3v+15v为逻辑0；-3v+3v为过渡区，不作定义。因此，MCS-51系列单片机串行口与PC机的RS-232接口不能直接对接，必须进行电平转换。这里选用的是MAX232。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为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。 MAX232引脚图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、）、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）。这里PC机用上位机代替。其电路中与单片机的连接如下图：3.7报警模块在这里设置高限报警大于60和低限报警小

15、于0，如果温度值超过高限报警或者低于低限报警，则会产生红灯报警。在电路图中与单片机的连接如下图：4 仿真结果图这里仿真用输入按键可以暂停、转换、通道的显示及红灯报警。 图1 按键图 图2 按暂停键的图 图3 按开始键的图 图4 按通道+的并产生红灯报警图 图6 按通道+到“5”并低限红灯报警图 图7 各个18B20的温度值图图8 总的仿真图总结体会此次设计是带多路温度检测系统，能实现8路及以上的温度点测量和实时显示，可根据设定的上下限输出报警及显示，具有RS485或RS232总线接口。经过多次的反复测试与分析,我对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.经过此设计，基

16、本完成了设计任务的要求，硬件层面而言操作相对简单，。在硬件电路方面，采用AT89C51作为主控制系统； DS18B20作为数字式温度传感器；DS1302提供时钟； LCD1602液晶屏作为显示；采用RS232串口通信方式。综上所述，通过这次设计我更加熟练的应用proteus和keil两款软件，并对单片机知识特别是51单片机有了更多的了解，同时通过查找资料等方法了解了DS18B20、DS1302、MAX232以及24C02C等芯片有了一定了解。同时让我我单片机、测控系统等课程中的知识应用到了这次设计，我对课本上的理论知识有又有了深入的理解。不光如此，我学习到的时一种方法，一种团队协作相互讨论的方

17、法以及查找资料并理解吸收的方法。 总的来说，通过这次设计我受益匪浅。，参考文献1 黄惟公等 单片机原理与应用技术 西安电子科大出版社 2007；2周润景等 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真 北航出版社 2006.53常敏等 单片机应用程序开发与实践 电子工业出版社 2009；4马家辰.MCS-51单片机原理及接口技术.哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 19975康华光.模拟电子技术.第四版.北京：高等教育出版社，19986万文略. 单片机原理及应用.重庆: 重庆大学出版社, 20047余成波，胡新宇，赵勇主编.传感器与自动检测技术.北京：高等教育出版社，2004.28付家才.单片

18、机测控工程实践技术北京: 化学工业出版社, 2001 9李广弟.单片机基础(修订本)北京:北京航空航天大学出版社, 200110 诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术.西安：西安电子科技大学出版社，2000.911马中梅，单片机C语言设计，北京：北京航空航天大学出版社，199912楼然苗，李光飞51系列单片机设计实例北京：北京航空航天大学出版社，200313 张齐 杜群贵编著 单片机应用系统设计技术基于C语言编程 北京:电子工业出版 2004.814 李群芳 肖看 编著 单片机原理、接口及应用嵌入式系统计数基础北京：清华大学出版社 2005.315王为青.单片机Keil Cx51应用开发技术

19、.人民邮电出版社,2007.16 皮大熊等.单片机课程设计实例指导，北京，北京理工大学出版社,2010.17沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析，北京：北京航空航天大学出版社.200318 姜志海，黄玉清，刘连鑫单片机原理及应用电子工业出版社19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，200320胡乾斌等单片微型计算机原理与应用华中科技大学出版社,2006致 谢首先我要感谢我的指导老师邓成忠老师和刘克福老师，他为我们创造了良好舒适的学习氛围，指导我正确的学习方法，在课程设计中为我们剖析问题，解决我们的困惑。在此谨对杜福银老师表达深深的谢意！在设计的进行过程中，还得到了机械

20、工程与自动化学院许多老师的热心指导和帮助，帮我排除了很多困难，在此表示衷心的感谢！还要非常感谢我的同学，我们同组的同学，他们给了我很多帮助！在此对他们表示感谢！附录A 主程序#includeLCD1602_4.h#include18b20.h#includekey.h#includeTimer.h#includeds1302.h#includeiic.hsbit Hight_Warning=P20;sbit Low_Warning=P21;uchar DispArray6; /储存显示字符char T_num;bit Start;uint8 data disp5;uchar RT_data6;

21、 extern structuint8 Second ;uint8 Minute ;uint8 Hour ;uint8 Day ;uint8 Week ;uint8 Month ;uint8 Year ;CurrentTime ;void LcdShow(uchar dat) uint8 temp; temp=dat/16*10+dat%16; disp0=temp/10+0x30; disp1=temp%10+0; disp2=0;void Show_Time(void)v_ClockUpdata_f( );LcdShow(CurrentTime.Hour); /显示时间LCD_Prints

22、(0,1,disp);LcdShow(CurrentTime.Minute);LCD_Prints(3,1,disp);LcdShow(CurrentTime.Second);LCD_Prints(6,1,disp);static code unsigned char get_serial= /获取的八个DS18B20内部RAM 64位序列号185, 0,0,0, 184, 197, 49,40, 224, 0,0,0, 184, 197, 50,40, /e0.0.0.0 b8,c5,32,28 b8,c5,32 romserial number 28 familynumber 215, 0

23、,0,0, 184, 197, 51,40, 82, 0,0,0, 184, 197, 52,40, 101, 0,0,0, 184, 197, 53,40, 60, 0,0,0, 184, 197, 54,40, 11, 0,0,0, 184, 197, 55,40, 47, 0,0,0, 184, 197, 56,40, ;void Get_Temperature(uchar n) /获取温度的函数 有关变量均为全局变量Tm=read0(get_serial+n*8);void Show_Temperature(void)if(fushu=0) /判断是否加负号DispArray0=T_n

24、um+0x30; /通道号DispArray1= ; /空格DispArray2= ; /温度正负if(Tm%1000)/100=0)DispArray3= ;if(Tm%1000)/100!=0)DispArray3=(Tm%1000)/100)+0x30;DispArray4=(Tm%100)/10)+0x30;DispArray5=(Tm%10)+0x30;DispArray6=.;DispArray7=dian/10+0x30;DispArray8=dian%10+0x30;DispArray9=0; LCD_Prints(0,0,DispArray);if(fushu=1) /判断是否加负号DispArray0=T_num+0x30; /通道号DispArray1= ; /空格DispArray2=-; /温度正负if(Tm%1000)/100=0)DispArray3= ;if(Tm%1000)/100!=0)DispArray3=(Tm%1000