基于单片机的单总线多点温度测控系统

1、课程设计报告书题目: 基于51单片机的多点温度测量 课 程：单片机课程设计 专 业： 电子 班 级： 学 号： 学生姓名： 2016年 5月 5 日信息工程学院课程设计任务书学 号学生姓名专业（班级）设计题目基于51单片机的温度测量设计技术参数本设计是心AT89C51为单片机作为控制核心，提出了一种基于DS18B20的单总线多点温度测控系统，多个温度传感节点通过单总线与单片机相联形成分布式系统。单片机通过实时监控温度的变化，通过LCD1602字符型液晶显示各节点温度的数值，当温度值超出所设定的值时，报警器开始报警，从而远程实现对整个温度系统的管理和控制。这种分布式温度测量系统具有成本低廉、传感

2、精度高、系统稳定、易于管理等优点。设计要求测试温度：0100摄氏度。（模拟多点不同温度值环境）测试仪器:，温度计0100摄氏度，keil 51软件。测试方法：目测。参考资料1何立民，单片机高级教程.北京航空航天大学出版社.2004.72 粟世明，刘湘涛.单片机原理与应用.电子工业出版社.2006.83 何立民，单片机中级教程.北京航空航天大学出版社.1999.124 李华，MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1993.65 陈光东，单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1999.46 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈

3、尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999. 6.7 锻九州，放大电路实用设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.58 马田华等，可编程单总线数字式温度传感器DS18B2的原理与应用.电子质量，2004.79 于永学等，1-Wire总线数字温度传感器DS18B20及应用.电子产品世界，2003.1210 张胜全，D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制. 南京：南京大学出版社1998. 311 周晗晓，袁慧梅.单片机系统的印制板设计与抗干扰技术.电子工艺技术，2004.6 2016年 5月 5日 学生姓名： 学号： 专业（班级） 课程设计题目： 基于51单片机的多

4、点温度测量 成绩： 年 月 日摘 要本课题主要介绍基于AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器的多点温度测量系统。该系统利用AT89C51单片机分别采集各个温度点的温度，实现温度显示、报警等功能。它以AT89C51单片机为主控制芯片,采用数字温度传感器DS18B20实现多路温度的检测,测量精度可以达到0.5。该系统采用了LCD1602A液晶显示模块，LCD1602A作为显示器 ,形象直观的显示测出的温度值。本文首先在绪论中介绍了此系统的背景以及功能。第二章确定设计方案。在第三章论述了总体的设计过程，确定了技术指标及器件的选择并且描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功

5、能与特性。第四章重点剖析了软件设计的过程。最后一章中具体论述了系统的调试软件及调试中出现的问题。基于AT89C51单片机的单总线多点温度测控系统具有硬件组成简单、多点温度检测、读数方便、精度高、测温范围广等特点，在实际工程中得到广泛应用。 关键词：数字温度传感器，AT89C51单片机，单总线第1章 绪 论21世纪，科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的一个主流，广泛地深入到研究和应用工程的各个领域。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需

6、要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温度的测量至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。第2章 系统方案设计2.1 方案设计方案一：该案由单片机、模拟温度传感器AD590、运算放大器、AD转换器、4×4键盘、LCD显示电路、集成功率放大器、报警器组成。本方案采用模拟温度传感器AD

7、590作为测温元件，传感器将测量的温度变换转换成电流的变化，再通过电路转换成电压的变化，使用运算放大器交将信号进行适当的放大，最后通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传给给单片机，单片机将温度值进行处理之后用LCD显示 ，当温度值超过设置值时，系统开始报警。如图1-1所示:图1-1方案一温度测量系统方案框图方案二：该方案使用了AT89C51单片机作为控制核心,以智能温度传感器DS18B20为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行检测，通过4×4键盘模块对温度进行上、下限设置，超过其温度值就报警。显示电路采用LCD1602模块，使用8550三极管为中心组成的报警电路。如图1

8、-2所示温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器单片机4×4键盘LCD液晶显示电路报警电路图1-2 方案二温度测量系统方案框2.2 方案论证方案一采用模拟温度传感器，转换结果需要经过运算放大器和AD转换器传送给处理器。它控制虽然简单，但电路复杂，不容易实现对多点温度进行测量和监控。由于采用了多个分立元件和模数转换器，容易出现误差，测量结果不是很准确，因此本方案并不可取。方案二采用智能温度传感器DS18B20，它直接输出数字量，精度高，电路简单，只需要模拟DS18B20的读写时序，根据DS18B20的协议读取转换的温度。此方案硬件电路非常简单，但程序设计复杂一些，但是在课外对DS18B

9、20、字符型液晶显示、4×4键盘的程序有所了解，而且曾经在网上看到过此类程序程序设计，并且我们已经使用开发工具KEIL用C语言对系统进行了程序设计，用仿真软件PROTEUS对系统进行了仿真，达到了预期的结果。由此可见，该方案完成具有可行性，体现了技术的先进性，经济上也没有任何问题。综上所述，本课题应当采用方案二对系统进行设计。第3章 系统设计3.1工作原理 基于单片机的单总线多点温度测控系统以AT89C51为中心器件，以KEIL为系统程序开发平台，用C语言进行程序设计，以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。系统主要由温度传感器电路、液晶显示电路、键盘电路、报警电路组成，电路原理图如

10、附录一所示。DS18B20是智能温度传感器，它的输入/输出采用数字量，通过单总线，接收主机发送的命令，根据DS18B20内部的协议进行相应的处理，将转换的温度数值以串口形式发送给主机。主机按照通信协议用一个IO口模拟DS18B20的时序，发送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）给DS18B20，并读取温度值，在内部进行相应的数值处理，用字符型液晶模块显示各点的温度。在系统启动之时，可以通过4×4键盘设置各点温度的上限值和下限值，当某点温度超过设置值时，报警器开始报警，从而实现了对各点温度的实时监控。3.2 单元电路设计3.2.1 DS18B20与单片机接口电路设计(1) DS18

11、B20与单片机的接口技术如图3-1所示：DS18B20与单片机的接口电路非常简单。DS18B20只有三个引脚，一个接地，一个接电源，一个数字输入输出引脚接单片机的I/O口，电源与数字输入输出脚间需要接一个4.7K的电阻。 图3-1 DS18B20与单片机接口电路 (2)DS18B20的工作原理 DS18B20数字温度传感器概述DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。TO92封装的DS18B20的引脚排列见右图，其引脚功能描述见表：序号名

12、称引脚功能描述1GND地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地表3-2DS18B20详细引脚功能描述功能命令：主机通过功能命令对DS18B20进行读/写Scratchpad存储器，或者启动温度转换。DS18B20的功能命令如表3-7所示。3.2.2键盘电路设计根据设计任务书中要求实现的功能，我选择了4X4=16个键盘的矩阵键盘来设置温度的上、下限值，此键盘设计符合系统设置要求，所以我选择此键盘完成本设计。矩阵键盘结构：键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时

13、它才闭合。矩阵键盘又称行列式键盘，这种行列式键盘结构能够有效的提高单片机系统中I/O口的利用率。它的结构和产生的波形如图3-11所示。图3-11键盘结构及产生的波形图矩阵键盘工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3-12所示。3.2.3显示电路设计温度显示工作原理：LCD1602可以采用两种方式与单片机连接，一种是采用8位数据总线D0D7，和RS、R/W、EN三个控制端口；另一种是只用D4-D7作为四位数据分两次传送。本实验将使用并采用八位数据方式来控制1602显示，如图3-13所示:图3-13 AT89C51与LCD1602接口电路图进行LC

14、D设计主要是LCD的控制/驱动和外界的接口设计。控制主要是通过接口与外界通信、管理内/外显示RAM，控制驱动器，分配显示数据；驱动主要是根据控制器要求，驱动LCD进行显示。控制器还常含有内部ASCII字符库，或可外扩的大容量汉字库。3.2.4 报警电路设计电路板上的550(Q1)三极管驱动一个无源蜂鸣器，构成一个简单的音响电路，该电路利用单片机的一个引脚作为驱动来源，经Q1驱动后发声，这一引脚是P1.1脚。由于采用了无源蜂鸣器，所以P1.1输出低电平时，蜂鸣器不会发声，需要输出一个脉冲信号蜂鸣器才会发声，脉冲信号的频率决定了蜂鸣器发出的声音的音调的高低。：第4章 系统软件设计4.1 软件设计总

15、体思路及主程序流程图本系统采用C语言编写，主程序主要由四部分构成,系统通电后首先初始化系统,依次完成温度采集、温度处理、数据显示、键盘处理等四项功能。温度采集部分主要完成4个温度测试点的温度数据采集任务；温度处理部分主要是将采集到的温度数据与用户设定的各点上下限温度值进行比较处理，并判断是否超出设定的上下限值，如果超出则蜂鸣器报警；数据显示部分主要实现温度数据的显示，显示方式根据设计要求支持1到4个温度测试点的轮流循环显示和固定显示两种方式；键盘处理部分主要实现用户对系统参数的设置，结合显示部分，实现用户与系统之间的人机接口。系统软件主流程如图4-1所示： 开始系统初始化温度采集温度处理数据显

16、示键盘处理图4-1 系统软件总流程图 4.2 温度的采集每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM中，主机在进入操作程序前必须逐一接入DSl8B20，用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出并登录。当主机需要对众多在线DSl8B20的某一个进行操作时首先要发出匹配ROM命令(55H)，紧接着主机提供64位序列(包括该DSl8B20的48位序列号)之后的操作就是针对该DSl8B20的，而所谓跳过ROM命令即为之后的操作，是对所有DSl8B20的框图中先有跳过ROM即是启动所有DSl8B20进行温度变换之后通过匹配ROM再逐一地读回每个DSl

17、8B20的温度数据在DSl8B20组成的测温系统中主机在发出跳过ROM命令之后再发出统一的温度转换启动码44H就可以实现所有DSl8B20的统一转换再经过1s后就可以用很少的时间去逐一读取这种方式，使其T值往往小于传统方式。由于采取公用的放大电路和A/D转换器只能逐一转换，显然通道数越多这种省时效应就越明显。4.3 显示模块流程图开始初始化LCD1602写显示地址写显示字符子程序返回图4-4 LCD1602A操作流程图4.4 键盘扫描流程图按键处理程序通过扫描按键情况，读取键值。主要完成各点温度传感器上下限报警参数设置和显示模式设置。（1）通过扫描键盘读取键值，流程图如图4-5所示：YN键盘扫

18、描有键闭合延时去键抖动动扫描键盘找到闭合键计算键值闭合键释放建立有效标志返回建立无效标志NYNY图4-5 键盘扫描程序流程图第5章 元器件安装及调试5.1元器件安装（1）在安装元件前要先认识和检测元件，一些常见元件的认识与检测如下：5.2产品调试5.2.1测试环境及工具测试温度：0100摄氏度。（模拟多点不同温度值环境）测试仪器:，温度计0100摄氏度，keil 51软件。测试方法：目测。5.2.2温度检测部分测试用蜡烛放在DS18B20附近，一支温度计同时放在附近，然后通电，将DS18B20测到的温度显示到LCD上。将两者测到的温度进行比较，发现二者温度相近，然后用杯子装冷水放在DS18B20附近，再次比较，发现二者温度差距，通过测试可知温度检测部分电路工作正常。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。5.2.3电路主板测试我们将电路主板通电后，用Easy 51Pro软件检测发现无器件。我们又测量AT89C