单片机构成的环境温度实时测控装置毕业设计

1、PAGE PAGE l 摘 要单片机对对温度的的测控是一一个工业业生产中中经常遇遇到的控控制问题题，采用用单片机机对温度度进行测控控不仅具具有控制制方便、简简单和灵灵活等优优点，而而且可以以大幅度度提高控控制质量量。单片片机构成成的温度度测控系统统是通过过单片机机80551及其其温度检检测和控控制电路路，对环环境的温温度进行行控制。本文主要要介绍了了温度传传感器的的选取和和温度实实时测控控装置硬硬件部分分的电路路设计。设计中选用独特的单总线温度传感器DS1820，并且把整个硬件系统的电路设计划分为DS1820与8051的硬件接口电路设计、数据显示与键盘设计、数据存储器的扩展电路设计、通信接口电

2、路设计。该装置可实现环境温度的实时测量与控制，并能记录、存储相关数据，并附有通信接口，能方便地应用于各种温度控制场合。关键词：单片机机；传感器器；检测 ；控制 ；电路 AbsttracctMicrrocoompuuterr too teempeeratturee moonittoriing is a ffreqquenntlyy enncouunteeredd byy thhe iinduustrriall prroduuctiion conntrool, adooptiing miccroccompputeer tto ccarrry oon tthe conntrool tto tthem

3、m noot oonlyy haave thee coontrrol connvenniennce, siimplle aand agiilitty, butt allso witth ssignnifiicannt iimprrovee thhe qquallityy off coontrrol. Maakinng uuse of 80551 aand itss teempeeratturee deetecctioon aand conntrool ccirccuitts, miccroccompputeer ttempperaaturre cconttroll syysteem ccan

4、carrry on thee deetecctioon aand conntrool tto tthe temmperratuure of thee ennvirronmmentt.Thiss arrticcle maiinlyy inntrooducces thee seelecctioon oof tthe temmperratuure sennsorrs aand thee ciircuuit dessignn off thhe ttempperaaturre rreall-tiime dettecttionn annd cconttroll haardwwaree deevicce p

5、parttiall. II chhoosse DDS18820 thee unniquue 11-wiire buss teempeeratturee seensoor, andd diividde tthe whoole cirrcuiits of harrdwaare sysstemm foor tthe DS118200 wiith thee 80051 of harrdwaareiinteerfaace cirrcuiit ddesiign, daata dissplaay aand thee deesiggn oof kkeybboarrd, thee exxpannd ccircc

6、uitt deesiggn oof ddataa meemorry aand thee ciircuuit dessignn off coommuuniccatiion intterffacee. TThissdevvicee caan aachiievee reeal-timme mmeassureemennt aand conntrool oof eenviironnmenntall teempeeratturee, aand cann reecorrd, savvingg reelatted datta, andd apppennd ttheccommmuniicattionns iin

7、teerfaace, soo caan bbe aapplly iin vvariiouss siituaatioon oof ttempperaaturre cconttrollexpeedieentlly.Key Worrds：miccroccompputeer；sennsorr ；dettectt；conntrool ；cirrcuiit目 录1概述述11.1单单片机构构成的环环境温度度控制装装置的意意义1.2温温度测控控装置所所实现的的功能2微机机控制系系统简介介 11.1 微机控控制系统统的组成成 11.2 微机控控制系统统的分类类3温度传传感器的的选择 3.1 温温度传感感器的分分

8、类 33.2 温度度传感器器信号传传输模式式3.3温温度传感感器的确确定 33.4单单总线温温度传感感器DSS18220介绍绍4温度度测控装装置的电电路设计计 4.11 Intell80551单片片机简介介4.1.1Intell80551的结结构及特特性4.1.2 IIntell80551时钟钟电路与与复位电电路 4.22 DSS18220与880511的接口口电路设设计4.3温温度显示示与键盘盘设计4.3.1 LLED数数码管简简介及其其显示电电路4.3.2 键键盘电路路设计4.4 存储器器的扩展展电路设设计4.5通通信接口口电路设设计4.5.1RSS-3223C标标准介绍绍4.5.2MAA

9、X2332与880511的接口口电路5.总结结单片机构构成的环环境温度度实时测测控装置置设计1.概述述本课题的的题目是是“单片机机构成的的环境温温度实时时测控装装置设计计”，主要要论述了了环境温温度实时时测控装装置的硬硬件部分分的设计计，包括括核心元元器件的的选取和和介绍、单单片机控控制系统统的电路路设计。1.1单单片机构构成的环环境温度度控制装装置的意意义电子技术术和微型型计算机机的迅速速发展，促促进了微微型计算算机测量量和控制制技术的的迅速发发展和广广泛应用用。可以以说，微微机测控控技术的的应用己己渗透到到国民经经济的各各个部门门。国防防技术，航航空，航航天，铁铁路，冶冶金，化化工等产产业

10、自不不必说，就就连日常常生活中中也用上上了微机机控制的的电梯，微微波炉，电电冰箱，电电视机，电电扇，智智能照相相机，玩玩具，模模糊控制制洗衣机机，模糊糊控制空空调机，携携带式心心脏监护护机等，所所有这些些智能机机电一体体化产品品的出现现，无不不是微机机测控技技术的成成功应用用。环境温度度是一种种最基本本的环境境参数，人人民的生生活与环环境的温温度息息息相关，在在工业生生产过程程中需要要实时测测控温度，在在农业生生产中也也离不开开温度的的测控，而温度度也是最最不易保保障的指指标，因此研研究可靠靠并且实实用的温温度测控控装置具具有重要要的意义义。而采采用MCCS51单单片机来来对温度度进行控控制，

11、不不仅具有有控制方方便、组组态简单单和灵活活性大等等优点，而而且可以以大幅度度提高被被控温度度的技术术指标，从从而能够够大大提提高产品品的质量量和数量量。环境境温度实实时测控控装置在在工业生生产中也也会经常常会遇到到，因此此，具有有很强的的实用价价值。测控温度度的关键键是控制制器和温温度传感感器。环环境温度度实时测测控装置置的设计计采用的的控制器器为511单片机机，温度度传感器器是智能集集成温度度传感器器DS118200。单片片机作为为控制器器件，具具有体积积小、功功能强可可靠性高高、价格格低廉等等一系列列优点，再再加上近近年来随随着计算算机在社社会领域域的渗透透, 单片片机的应应用正在在不断

12、地地走向深深入，同同时带动动传统控控制检测测日新月月益更新新。在实实时检测测和自动动控制的的单片机机应用系系统中，单单片机往往往是作作为一个个核心部部件来使使用。单单片机不不仅已成成为工业业测控领领域普遍遍采用的的智能化化控制工工具，而而且已渗渗入到人人们工作作和生活活的各个个角落，有有力地推推动了各各行业的的技术改改造和产产品的更更新换代代。因此此，设计计该装置置时选用用的控制制器是880511单片机机，以保保证达到到设计的的控制要要求。DDS18820是是智能集集成数字字温度传传感器，能能快速准准确的进进行温度度采集，从从而使温温度的检检测和控控制达到到设计要要求。1.2温温度测控控装置所

13、所实现的的功能环境温度度实时测测控装置置可在050的范围围内任意意设定温温度控制制点，数码管管可以显显示出环环境温度度，并附有有RS-2322通信接口口可使多多个这样样的装置置方便地地与计算算机互联联，以实实现温度度的测控控。由于于该装置置采用了了一线数数字温度度传感器器DS118200来实现现温度采采样，所所以也可可以实现现多点温温度采样样的集中中控制。此外，该该装置还还可自动动控制多多个设备备的多点点时间控控制电路路，便于功功能的扩扩展，可可保证温温度指标标满足设设计要求求。因此能方方便地应应用于各各种温度度控制场场合，因而具具有更广广泛的应应用。环境温温度实时时测控装装置的设设计，是是以

14、80051单单片机为为控制核核心，以以DS118200为温度度检测核核心构成成一个环环境温度度的实时时测量与与控制系系统。该装置可可实现的的功能如如下：（1）在在050间可任任意设定定温度控控制点；（2）可可以实时时显示监测测环境温温湿度的的变化情情况，并并记录、存存储相关关数据；（3）具具有多点点定时设设备控制制电路，便便于功能能扩展；（4）配配有通信信接口，可可方便地地与计算算机进行行通信；（5）温温度控制制的精度度为：（050）0.5。本装置的的整个硬硬件系统统的电路路划分为为DS118200与80051的的硬件接接口电路路、数据显显示与键键盘、数数据存储储器的扩扩展电路路、通信信接口电

15、电路，并并通过这这些电路路来实现现上述功功能，在在本论文文中将对对这些电电路作详详细介绍绍。2微机机控制系系统简介介微机测控控系统是是由微型型机与其其它器件件和装置置适当连连接起来来的硬件件系统，并并在软件件的操作作下协调调运行执执行预定定的测量量与控制制任务。电子技术术和微型型计算机机的迅速速发展，促促进了微微型计算算机测量量和控制制技术的的迅速发发展和广广泛应用用。可以以说，微微机测控控技术的的应用己己渗透到到国民经经济的各各个部门门。国防防技术，航航空，航航天，铁铁路，冶冶金，化化工等产产业自不不必说，就就连日常常生活中中也用上上了微机机控制的的电梯，微微波炉，电电冰箱，电电视机，电电扇

16、，智智能照相相机，玩玩具，模模糊控制制洗衣机机，模糊糊控制空空调机，携携带式心心脏监护护机等，所所有这些些智能机机电一体体化产品品的出现现，无不不是微机机测控技技术的成成功应用用。2.1微微机控制制系统的的组成微机控制制系统包包括硬件件和软件件两部分分。 硬硬件是微微机控制制系统的的物质基基础。它它在软件件的协调调下运行行，实现现对生产产过程或或被控对对象参数数的检验验，完成成对生产产过程或或被控对对象的控控制任务务。 硬件包包括:主主机，外外部设备备，传感感器和变变送器，功功率放大大和执行行机构，模模拟量输输入通道道，模拟拟量输出出通道，开开关量输输入和输输出通道道，接口口电路和和电源。控制

17、系统统的软件件，指的的是它的的全部程程序，包包括系统统软件和和应用软软件两大大类。其其中系统统软件主主要包括括以下内内容:(1)监监控程序序和操作作系统监控程序序是一种种低级计计算机的的管理程程序。它它的功能能是扫描描键盘，实实现人机机对话，接接受用户户程序，显显示、调调试、修修改和运运行用户户程序，显显示和修修改存储储器中的的内容。通通电后立立即进入入监控程程序，各各种程序序均在监监控程序序下运行行。 操作系系统是一一种微型型计算机机的大型型管理程程序，是是在监控控程序的的基础上上进一步步扩展许许多控制制程序形形成的。其其主要功功能是实实现人机机对话，管管理微型型机、存存储器、操操作台、外外

18、部设备备、文件件和作业业进程。它它控制各各种软件件，如汇汇编程序序、解释释程序、编编译程序序、I/0驱动动程序、连连接程序序等。（2）汇汇编程序序、解释释程序和和编译程程序汇编程序序用于把把汇编语语言程序序变为计计算机能能够认识识和执行行的机器器语言程程序，也也称为目目标程序序。例如如MCSS-511单片机机仿真器器里有MMCS-51汇汇编程序序，用户户可以把把自己用用汇编语语言编写写的程序序送入仿仿真器然然后把它它变为机机器语言言程序，再再把这些些机器语语言程序序固化到到EPRROM中中，EPPROMM中的程程序就可可以在用用户系统统中执行行。 解释释程序能能把用某某种程序序设计语语言写的的

19、源程序序(如BBASIIC)，翻翻译成机机器语言言的目标标程序，此此目标程程序是可可执行程程序。 编编译程序序能把用用高级语语言编写写的源程程序，编编译成某某种中间间语言(如汇编编语言)或机器器目标程程序。应用软件件是由微微机控制制系统的的设计者者编写的的，对不不同的系系统，应应用软件件的差别别也很大大，就算算是同一一个系统统，也会会有多种种应用软软件。应应用软件件一般采采用模块块化结构构，一个个程序模模块就是是一个子子程序。总总的来说说，这些些子程序序可分为为两类:通用软软件和专专用软件件。(1)通通用软件件通用软件件在一般般的微机机控制系系统软件件设计中中经常用用到，常常见的有有以下几几种

20、：a.数制制变换程程序，例例如二进进制与BBCD码码之间互互相转换换程序；b.运算算程序，包包括加、减减、乘、除除、乘方方、开方方、函数数运算等等；c.数字字滤波程程序，用用于对数数据进行行处理；d.工程程量程序序，在工工程显示示时往往往会用到到这类程程序；e.查表表程序，例例如查找找热电势势对应的的温度值值；f.报警警程序。(2)专专用软件件这是针对对某一具具体控制制系统和和不同控控制规律律编制的的程序，常常见的有有以下几几种:a.数据据采集程程序;b.输出出程序;c.各种种控制算算法程序序，例如如PIDD算法程程序。2.2微微机控制制系统的的分类微型机控控制系统统有多种种分类方方法，这这里

21、是按按单片机机在系统统中参与与控制的的方式来来分。（1）生生产过程程的巡回回检测和和数据处处理系统统这种系统统是微型型机不断断轮流检检测生产产过程的的各个参参数，即即所谓巡巡回检测测，然后后微型机机对所测测得的参参数进行行处理和和加工，如如数字滤滤波，并并将处理理和加工工的数据据存于半半导体存存储器或或磁盘上上，在需需要时可可打印和和显示这这些数据据。如果果发生异异常情况况，还可可以发出出声光报报警。这这样的系系统称为为生产过过程的巡巡回检测测和数据据处理系系统，简简称为巡巡回检测测系统或或数据采采集系统统。人们可以以利用巡巡回检测测系统所所得到的的数据和和信息获获得生产产过程的的数学模模型和

22、其其它有用用信息，作作为设计计或修改改微型机机控制系系统的依依据。这这种系统统更多地地是作为为较大型型和复杂杂的生产产过程控控制系统统的一部部分，作作为这个个控制系系统的数数据采集集装置，它它能快速速向微机机提供生生产过程程的有关关数据和和信息，由由微机行复复杂的运运算和决决策，以以便实现现自适应应控制和和最优控控制。 （22）直接接数字控控制系统统(DDDC) DDCC (DDireect Diggitaal CConttroll)控制制系统，就就是微型型机不仅仅对数据据进行采采集，还通过输输出通道道直接对对生产过过程进行行控制。这这里的“数字”二字是是区别于于模拟或或连续控控制系统统而言的

23、的。大多多数直接接数字控控制系统统不需配配备磁盘盘驱动器器、打印印机和显显示终端端，而用用简单的的数码显显示器代代替显示示终端。系系统的控控制过程程是：DDDC微微型机通通过模拟拟量输入入通道和和开关量量输入通通道巡回回检测生生产过程程的参数数，并与与事先存存于存储储器中的的给定值值进行比比较，得得出误差差(给定定值与生生产过程程的被调调量之差差)，然然后根据据误差及及其变化化趋势，运运用体现现控制规规律的控控制算法法(程序序)求出出控制器器的输出出量，并并通过模模拟量输输出通道道和开关关量输出出通道送送给执行行机构，控控制生产产过程，使使被控量量接近给给定值。 （33）计算算机监督督控制系系

24、统(SSCC)计算机监监督控制制系统即即SCCC (SSupeerviisorry CCompputeer CConttroll)系统统是比DDDC系统更高高一级的的系统，它它是一个个两级控控制系统统。上位位级是SSSC计计算机，它它根据原原始的生生产工艺艺信息和和其它信信息，如如运行条条件的变变更等，按按照生产产过程的的数学模模型，计计算出生生产过程程的最优优给定值值(设定定值或期期望值)送给SSCC计计算机的的下级计计算机。建建立生产产过程的的数学模模型和求求解控制制策略是是SCCC计算机机的两个个重要任任务。由由于SCCC计算算机的输输出不直直接控制制执行机机构，而而是给出出下级计计算机

25、的的设定值值，所以以这种系系统也称称为设定定值控制制系统SSPC (Seet PPoinnt CCompputeer)。监监督控制制系统的的下位级级为DDDC计算算机或模模拟控制制系统，它它对生产产过程进进行直接接控制，从从而实现现整个生生产过程程的综合合最优控控制，例例如生产产效率高高、产品品质量好好、能源源消耗少少、原材材料省、成成本低、人人员和设设备安全全等。（4）计计算机多多机控制制系统 计算机机多机控控制系统统是为了了适应现现代化工工业生产产规模大大，生产产过程复复杂，要要求可靠靠性高的的要求出出现的，它它不仅对对生产过过程进行行控制，还还进行各各种管理理工作。整整个系统统由三级级组

26、成:最低级级为直接接控制级级，中间间级为计计算机监监督控制制级(SSCC)，最高高级为管管理级MMIS（Management Information System）。直接控制制级采集集生产过过程的参参数，接接收来自自SCCC计算机机的给定定值并按按预定的的控制规规律对被被控对象象进行控控制。监监督控制制级的SSCC计计算机的的作用如如前面所所述，其其功能主主要是建建立过程程的数学学模型，求求解控制制策略，确确定各DDDC级级的给定定值并传传送给各各DDCC级以实实现最优优或自适适应控制制。SCCC计算算机不仅仅可以与与DDCC级通讯讯，各SSCC级级之间也也有通讯讯联系，以以便交流流信息。（5

27、）分分布型综综合控制制系统分布型综综合控制制系统TTDCSS （TTotaal DDisttribbuteed CConttrollSysstemms）也也称为分分布型微微处理机机控制系系统(DDisttribbuteed MMicrroprroceessoors Conntrool SSysttemss)或分分布控制制系统(Disstriibutted Conntrool SSysttemss)，简简称集散散系统或或分布系系统。它它实质上上就是一一种多级级控制系系统，只只不过系系统各部部分(硬硬件和软软件)以以组件或或模块的的形式出出现。集散控制制系统由由基本控控制器进进行局部部分散控控制，

28、用用协调级级协调各各基本控控制器的的工作，实实现最优优控制，并并实现集集中监视视、操作作和管理理，以达达到掌握握全局的的目的。集集散系统统的优点点是：（1）容容易掌握握，组建建系统工工作量少少。（2）扩扩充灵活活，可实实现各种种控制。（3）分分散控制制，故障障分散，再再加上有有完善的的系统自自检功能能，故可可靠性高高。（4）集集中协调调和管理理，可实实现最优优控制。（5）维维修方便便。哪一一部分有有故障，换换下来即即可，系系统可不不停止运运行。对于大型型集散系系统，用用户可以以购买现现成模块块，只需需把模块块连接起起来并对对软件进进行组态态就可组组成系统统。按这这种方法法组成系系统，节节省时间

29、间，系统统性能优优良，可可靠性高高。根据单片片机构成成的温度度测控装装置的设设计要求求实现的的功能如如下：（1）在在050间可任任意设定定温度控控制点；（2）可可以实时时显示监测测环境温温湿度的的变化情情况，并并记录、存存储相关关数据；（3）具具有多点点定时设设备控制制电路，便便于功能能扩展；（4）配配有通信信接口，可可方便地地与计算算机进行行通信；（5）温温度控制制的精度度为：（050）0.5。为了达到到上述要要求，并并且使装装置结构构尽量简简单，本本温度测测控装置置采用的的是直接接数字控控制方式式，属于于直接数数字控制制系统。3.温度度传感器器的选择择设计环境境温度实实时测控控装置，首首先

30、遇到到的问题题就是选选用什么么样的温温度传感感器，这这对于整整个系统统的性能能、简繁繁程度以以及设计计成本等等都有一一定的影影响，因因此我对对各种温温度传感感器先进进行了比比较。温温度传感感器的发发展经历历了三个个发展阶阶段：传统的的分立式式温度传传感器，模拟集成温度传感器，智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。3.1温温度传感感器的分分类 依据制制作温度度传感器器采用材材料的不不同，常常用的温温度传感感器有热热电偶、热热电阻、NNTC热热敏电阻阻、半导导体温度度传感器器等。 热电偶偶由两种种特定的的金属材材料(如如铂锗)结合

31、后后制成，测测温范围围一般在在-1884至23000。热电电阻是由由一种特特定的金金属材料料(如铂铂等)制制成的，测测温范围围一般在在-2000至8500。以上上两种温温度传感感器测温温范围宽宽、可以以在高温温场合工工作、体体积较大大、成本本较高。 NTCC热敏电电阻即负负温度系系数热敏敏电阻。它它由Mnn-Coo-Nii-Fee-Cuu等过渡渡金属氧氧化物的的2至4种种组合，采采用陶瓷瓷工艺烧烧结而成成。测温温范围一一般在-55至3000。NTTC热敏敏电阻阻阻值随温温度的变变化符合合指数规规律，其其最大的的缺点也也在于它它的非线线性，一一般需要要经过线线性化处处理，使使输出电电压与温温度之

32、间间基本上上成线性性关系。随随着对检检测温度度精度要要求越来来越高，以以及测量量环境要要求越来来越苛刻刻，目前前，人们们正在研研制高精精度高可可靠性的的NTCC热敏电电阻。NNTC热热敏电阻阻的综合合性能以以日本的的产品为为最好。 NTCC热敏电电阻主要要用于静静电复印印机、自自动化设设备、热热打印头头、锅炉炉、热水水器等做做温度控控制检测测。半导体温温度传感感器的温温度检测测依据是是PN结结正向电电压和温温度的关关系。其其测温范范围一般般在-555至1500。半导体温温度传感感器很容容易制成成集成温温度传感感器。与与热电偶偶、热电电阻、热热敏电阻阻等其它它温度传传感器相相比，半半导体温温度传

33、感感器具有有灵敏度度高、线线性度好好、响应应速度快快等特点点。另外外，它将将驱动电电路、信信号处理理电路以以及必要要的逻辑辑控制电电路集成成在单片片IC上上，有尺尺寸小、使使用方便便等特点点。随着着集成工工艺的提提高，集集成温度度传感器器的功能能和性能能己有了了较大的的提高，已已广泛应应用于台台式计算算机、笔笔记本电电脑、打打印机、数数字相机机、汽车车电子、家家电控制制器等系系统。 集成温温度传感感器一般般用来测测量自身身封装的的温度，但但是片上上加热后后封装温温度上升升，可以以测量气气流温度度，二极极管连接接方式的的三极管管可以测测量远端端温度。集集成温度度传感器器的信号号输出有有三种形形式

34、：模模拟输出出、逻辑辑输出和和数字输输出。 根据温温度传感感器的输输出信号号方式，可可以分为为模拟温温度传感感器、逻逻辑温度度传感器器和数字字温度传传感器。（1）模模拟温度度传感器器 模拟温温度传感感器输出出模拟信信号，信信号为电电压或电电流。模模拟信号号必须经经过专门门的A/D转换换接口电电路，转转换成数数字信号号后才能能由微处处理器进进行处理理。 传统的的热电偶偶、热电电阻、热热敏电阻阻及半导导体温度度传感器器都是将将温度经经过一定定的接口口电路转转换后输输出电压压或电流流信号，再再用这些些电压、电电流信号号进行测测量控制制。如果果想将这这种模拟拟信号转转换成微微处理器器可以处处理的信信号

35、，需需要利用用模数转转换器将将模拟信信号转换换为数码码，然后后由微处处理器读读取、处处理。另另一种转转换方式式是进行行V/FF变换。VV/F变变换器实实际上是是一个振振荡频率率随控制制电压变变化而变变化的振振荡电路路。 电压输输出温度度传感器器主要特特点是电电源电压压和电流流比较低低，在传传输线路路电压降降和电压压噪声不不是主要要考虑因因素时，其其电压输输出直接接成为控控制系统统和数据据采集系系统的输输入。常常用的电电压输出出半导体体温度传传感器有有NS公公司的LLM355/455/500等。 电流输输出温度度传感器器的主要要特点是是输出阻阻抗高，输输出电流流不受传传输线路路电压降降和电压压噪

36、声的的影响，且且对电源源电压脉脉冲和漂漂移具有有很强的的抑制能能力。电电流输出出温度传传感器与与微处理理器接口口时，一一般仍需需将电流流变成电电压，再再转换成成微处理理器可以以处理的的信号。这这样的传传感器有有AD公公司的AAD5990、TTMP117等。（2）逻逻辑温度度传感器器 逻辑温温度传感感器在有有些文献献中将其其划分为为模拟温温度传感感器，称称为输出出跳变信信号的模模拟温度度传感器器。 在有的的系统中中，并不不需要知知道精确确的温度度值，而而只需了了解温度度是否高高于或低低于某特特定值即即可。该该信息可可用来触触发风扇扇、空调调、加热热器等环环境控制制单元。这这种特殊殊的模拟拟传感器

37、器一般只只是输出出跳变信信号进行行控制，通通常称之之为温度度控制器器。 逻辑温温度传感感器可由由传统的的温度传传感器和和比较器器组合或或集成而而成。当当温度超超过预设设门限时时，输出出发生变变化，一一般是电电平发生生跳变。如如Maxxim公公司的MMAX665011/65502, ADD公司的的AD2221005等均均属于此此类产品品。（3）数数字温度度传感器器 习惯上上将具有有数字输输出能力力的温度度传感器器称为数数字温度度传感器器。将模模拟温度度传感器器与数字字转换接接口电路路集成在在一起制制成的温温度传感感器是其其中的-种。另另一种是是传感器器内部不不涉及到到模拟量量的真正正意义上上的数

38、字字温度传传感器，比比如用振振荡器和和计数器器等构成成的温度度传感器器。由于于半导体体技术的的迅猛发发展，功功能越来来越强大大、精确确，廉价价的数字字温度传传感器己己在不断断推出。数数字温度度传感器器目前有有单线输输出和多多线输出出等形式式。 单线输输出数字字温度传传感器的的特点是是接口电电路简单单。由于于只有一一根输出出线，测测量出的的温度值值必须转转换成某某种方式式以方便便进行输输出。常常见的输输出方式式有时间间输出、频频率输出出以及数数值输出出等。由由微处理理器将温温度传感感器输出出的信号号转换成成真实温温度值，再再进行进进一步的的处理与与控制。 多线输输出数字字温度传传感器采采用的是是

39、目前比比较成熟熟的几种种工业总总线形式式，输出出格式时时序严格格遵守某某种协议议，方便便使用，适适合于各各种场合合，尤其其是远端端测量。这这种温度度传感器器一般有有多根线线进行输输出。3.2温温度传感感器信号号传输模模式温度传感感器信号号传输的的模式，根根据温度度传感器器的种类类及其与与数据采采集器之之间连接接方式的的不同，可可以分为为多线制制和总线线制。对于使用用模拟温温度传感感器的温温度检测测系统，为为了解决决温度传传感器供供电和信信号传输输问题，温温度传感感器与数数据采集集器之间间采用多多线方式式连接，即即每个温温度传感感器至少少有两根根线与数数据采集集器相连连，这样样按线的的分配方方式

40、不同同，常见见的有22N线制制，N+2线，即即有2根根公共线线，N+ 1线线制，有有1根公公共线等等几种。如如图3.1所示示是N+1线系系统的连连接形式式。图3.11 NN+1线线系统多线制系系统用线线量大，安安装、调调试和维维护困难难，点数数多时将将造成成成本的大大幅度提提高。但但由于原原理简单单、可靠靠性高，目目前在小小规模工工程及工工业领域域仍然使使用这种种多线制制系统。随着通信信技术的的进步，出出现了总总线制传传输方式式。总线线制通常常采用地地址编码码方式将将所有的的传感器器并联在在24根根总线上上，每个个温度传传感器拥拥有自己己独立的的地址以以区别其其它温度度传感器器。目前前应用较较

41、多的是是2总线线制和单单总线制制。2总线制制中温度度传感器器与数据据采集器器之间需需要两根根数据线线传送信信息；单单总线制制中则只只需要一一根数据据线传递递信息。图图3.2和图图3.3分别别是2总总线和单单总线的的连接形形式。图3.22 22总线连连接形式式图3.3 单总线线连接形形式 对于多多线制系系统，信信号传输输的内容容不包括括地址信信息，不不同的温温度传感感器根据据信号线线的接口口位置的的不同进进行区分分；对于总总线制系系统，信信号传输输的内容容必须包包括地址址信息，以以此区分分同一个个接口上上的多个个温度传传感器。单总线也也称为一一线总线线。单总总线技术术是美国国DALLLASS半导

42、体体公司近近年推出出的新技技术。它它将地址址线、数数据线、控控制线合合为一根根信号线线，允许许在这根根信号线线上挂接接多个测测控对象象，这些些测控对对象所用用器件芯芯片是由由DALLLASS公司提提供的。每每个芯片片均有一一个644位的RROM，厂厂家对每每一个芯芯片烧写写了固定定的编码码，其中中存有116位十十进制编编码的序序列号，也也称之为为身份证证号，确确保挂在在单总线线上后，可可以被唯唯一地区区分并识识别出来来。这是是定位和和寻址器器件实现现单总线线测控功功能的前前提条件件。ROOM中含含有CRRC校验验码，能能确保数数据交换换可靠。芯芯片内还还设有收收、发控控制和电电源存储储电路。这

43、这些芯片片在检测测点就把把模拟信信号数字字化了，这这样在单单总线上上传送的的是数字字信号，提提高了系系统的抗抗干扰性性能和可可靠性。这这类芯片片的耗电电量都很很小，既既可以用用电源从从供电端端直接供供电，也也可以从从总线上上“偷”一点电电，空闲闲时几微微瓦，工工作时几几毫瓦，并并把“偷”来的电电存在大大电容中中，供芯芯片电路路正常工工作使用用。这种种供电方方式被称称为数据据线寄生生供电。单单总线芯芯片入口口的示意意图如图图3.4所示示。图3.44 单总总线芯片片入口示示意图 单总线线技术是是建立在在码分多多址、串串行数据据交换基基础上的的，因此此只能用用于对速速度要求求不高的的场合，一般用于1

44、00kbps以下速率的测控系统中。3.3温温度传感感器的确确定 研究了了目前各各种温度度传感器器的特性性以及信信号传输输方式后后，我认认为单片片机环境境温度实实时测控控装置中中选择单单总线数数字温度度传感器器DS118200比较合合适。 传统的的温度检检测系统统以热敏敏电阻为为温度敏敏感元件件，热敏敏电阻成成本低，但但需要后后续信号号处理电电路，而而且热敏敏电阻的的可靠性性较差，测测量温度度的准确确度低，检检测系统统的精度度差。 如果采采用模拟拟温度传传感器，模模拟信号号在传输输过程中中遇到的的干扰问问题往往往不能得得到彻底底解决，当当传感器器与数据据采集器器距离较较远，信信号线周周围存在在电

45、磁干干扰源时时，该问问题显得得尤为突突出。另另外，模模拟传感感器特征征参数的的不一致致性和放放大器的的零点漂漂移问题题使系统统调试变变得十分分困难。 从温度度传感器器信号传传输方式式考虑，多多点检测测时多线线制用线线量大，施施工困难难，成本本高，系系统的整整体可靠靠性差；2总线线制由于于不能采采用寄生生供电，传传感器数数量较多多时，也也会使整整个系统统结构变变得复杂杂起来。 单总线线数字温温度传感感器克服服了上述述不足。用用单总线线温度传传感器设设计单片片机环境境温度实实时测控控装置具具有如下下特点：较高的的性能价价格比；监测对对象越多多越能显显示其优优越性；硬件施施工工作作量少；系统维维修方

46、便便；抗干干扰性能能好；有有CRCC校验，可可靠性高高；系统统简明直直观。 由于单单片机环环境温度度实时测测控装置置温度巡巡检的速速度并不不要求太太快，所所以单总总线速率率较慢的的问题不不会对系系统造成成明显的的不良影影响。3.4单单总线温温度传感感器DSS18220介绍绍 DS118200的引脚脚见图33.5图3.55 DSS18220的引引脚图GND：接地引引脚。DQ：数数据输入入/输出出引脚(单总线线接口，可可作寄生生供电)。VDD：+5VV电压电电源电压压引脚。 DS118200是DAALLAAS半导导体公司司生产的的单总线线数字温温度传感感器。单单线数字字温度传传感器是是通过输输出9

47、位位(二进进制)数数字来直直接表示示所测量量的温度度值，温温度值是是通过DDS 118200的数据据总线直直接输入入到CPPU，无无需A/D转换换，而且且读写指指令以及及温度转转换指令令又都是是通过数数据总线线传入DDS 118200，可以以无需接接外部电电源。因因为每一一个DSS 18820在在出场是是已经给给定了唯唯一的编编码，该该编码存存放在DDS 118200内部RROM中中。开始始的8位位是产品品类型编编码。接接着的448位是是每个器器件的唯唯一序号号。最后后8位是是前面556位的的CRCC(循环环冗沉检检验)码码。正因因为每个个DS118200都包含含有一个个唯一的的64位位ROM

48、M编码，所所以可以以在一根根总线上上挂接多多个器件件。DSS18220数字字温度传传感器与与AD5590, LMM35等等温度传传感器相相比除具具有相当当的测温温范围和和精度外外，还具具有温度度测量精精确，不不受外界界干扰等等。并且且所有的的传感元元件及转转换电路路集成在在一块极极小的芯芯片上，外外形如同同普通小小功率塑塑封三极极管，体体积很小小，在温温度测控控系统中中使用十十分方便便。与其其它温度度传感器器相比DDS18820具具有以下下特点： 1、独独特的单单线接口口方式。DDS18820在在与微处处理器连连接时仅仅需要一一条接口口线即可可实现微微处理器器与DSS18220的双双向通讯讯。

49、 2、DDS18820在在使用中中无需任任何外围围元件。 3、可可以由总总线提供供电源。 4、支支持多点点组网功功能。多多个DSS18220可以以并接在在同一条条总线上上，实现现多点测测温。 5、测测温范围围-555至+1255，固有有测温分分辨率00.5。 6、测测量结果果以9位位数字量量方式串串行传送送。7、可以以设置温温度警报报系统，当当温度超超界时可可以通过过警报搜搜寻命令令，和外外部设备备相连。8、转换换温度时时间小于于1秒。DS18820的的内部结结构框图图如图33.6所示示。图3.66 DSS18220的内内部结构构框图1、DSS18220的寄寄生供电电原理 DS118200既可

50、以以由外部部电源供供电也可可以利用用总线信信号寄生生供电。在在寄生供供电情况况下，当当总线信信号为高高电平时时，DSS18220从总总线上获获得能量量并储存存在内部部电容上上；当总总线为低低电平时时，由电电容向DDS18820供供电。利用DSS18220的这这一特点点，可以以构成简简洁明了了的温度度测控系系统，能能节省大大量的线线材以及及施工费费用。2、DSS18220的测测温原理理DS18820的的测温原原理框图图如图11-7所所示。图图中低温温度系数数晶振的的振荡频频率受温温度影响响很小，用用于产生生固定频频率的脉脉冲信号号送给计计数器11。高温温度系数数晶振随随温度变变化其振振荡频率率明

51、显改改变，所所产生的的信号作作为计数数器2的的脉冲输输入。计计数器11、计数数器2和和温度寄寄存器被被预置在在-555所对应应的一个个基数值值。计数数器1对对低温度度系数晶晶振产生生的脉冲冲信号进进行减法法计数，当当计数器器1的预预置值减减到0时时，温度度计数器器的值将将加1，计计数器11的预置置值将被被重新装装入，计计数器11重新开开始对低低温度系系数晶振振产生的的脉冲信信号进行行计数，如如此循环环直到计计数器22计数到到0时，停停止温度度寄存器器的累加加，此时时温度寄寄存器中中的数值值即为所所测温度度。图33.7中的的斜率累累加器用用于补偿偿和修正正测温过过程中的的非线性性，其输输出用于于

52、修正计计数器11的预置置值。图3.77 DDS18820的的测温原原理框图图在正常测测温情况况下，DDS18820的的测温分分辨率为为0.55，以99位数据据格式表表示，其其中最低低有效位位(LSSB)由由比较器器进行00.255比较，当当计数器器1中的的余值转转化成温温度后低低于0.25时，清清除温度度寄存器器的最低低位(LLSB)；当计计数器11中的余余值转化化成温度度后高于于0.225时，置置位温度度寄存器器的最低低位(LLSB ) 。DS1820操作的总体流程分三步完成：系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；启动所有在线DS1820做温度A/D变换；逐个读出在线DS1820变换后的

53、温度数据。4温度测测控装置置的电路路设计为了使单单片机构构成的环环境温度度实时测测控装置置的硬件件设计具具有层次次行，并并在设计计时方便便对整个个控制系系统硬件件系统进进行优化化，我将将整个硬硬件系统统的电路路设计划划分为DDS18820与与80551的硬硬件接口口电路设设计、数数据显示示与键盘盘设计、数数据存储储器的扩扩展电路路设计、通通信接口口电路设设计。其其装置结结构框图图如图44.1所示示。图4.11 单单片机构构成的环环境温度度实时测测控装置置的结构构图下面首先先介绍本本系统的的核心控控制器件件80551单片片机和温温度传感感器的选选，然后后将分别别介绍以以上几种种电路的的设计。详详

54、细电路路图见附附录1。4.1 Intell80551单片片机简介介4.1.1Intell80551的结结构及特特点Inteel80051单单片机为为8位高高档单片片机，它它在一块块大规模模集成电电路上集集成了CCPU、RROM、RRAM、定定时器计数器器和48位并并行IO，一一个串行行IOO线等一一台微型型机的基基本部件件，其结结构框图图如图44.2所所示。图4.22Intell80551结构构框图其内部的的部件和和特性如如下： （1）一一个8位位微处理理器；（2）振振荡器和和时钟电电路；（3）44KB的的片内程程序存储储器； （4）可可寻址外外部程序序存储器器和数据据存储器器，各664KBB

55、；（5）两两个166位定时时器计计数器；（6）332位可可编程并并行IO口；（7）一一个可编编程全双双工串行行IOO口；(8)二二十多个个特殊功功能寄存存器；(9)55个中断断源，两两个优先先级嵌套套中断结结构。因为80051单单片机芯芯片的集集成度很很高，它它将微型型计算机机的主要要部件都都集成在在一个芯芯片上，所以它具有下列特点：（1）体体积小、重重量轻、价价格便宜宜、耗电电少。（2）根根据工控控环境要要求设计计的，许许多功能能部件集集中在芯芯片内部部，其信信号通道道受外界界影响小小，故可可靠性高高，抗干干扰性能能优于采采用的CCPU。（3）控控制功能能强，运运行速度度快。其其结构组组成与

56、指指令系统统都着重重满足工工控要求求。有极极丰富的的条件分分支转移移指令，有有很强的的位处理理功能和和I/OO口逻辑辑操作功功能。（4）片片内存储储器的容容量不可可能很大大，引脚脚也较少少，I/O引脚脚常不够够用，且且兼第二二功能，但但存储器器和I/O口都都容易扩扩展。 当然，还还有很多多系列的的单片机机的性能能比80051单单片机更更加优秀秀，但880511单片机机构成的的环境温温度实时时测控装装置以能能够达到到设计要要求，考考虑到成成本因素素及单片片机的使使用效率率，我在在本设计计中选择择了80051单单片机作作为系统统的控制制核心器器件。4.1.2Intell80551时钟钟电路与与复位

57、电电路80511单片机机芯片内内部有一一个反向向放大器器构成的的振荡电电路，XXTALL1为振荡荡电路的的输入端端、XTTAL22为振荡荡电路的的输出端端。80051的的时钟可可以由内内部方式式或外部部方式产产生。内部方式式时钟电电路如图图4.33所示，利利用80051内内部的振振荡电路路，在XXTALL1和XTTAL22引脚上上外接定定时元件件，内部部振荡电电路便产产生自激激振荡。定定时元件件一般采采用石英英晶体和和电容组组成的并并联谐振振回路。晶晶体可以以在1.212MMHz之之间任选选，电容容可以在在530ppF之间间选择，电电容C11、C2的大小小，可起起频率微微调作用用。上述述电路可

58、可用示波波器观察察到XTTAL22输出的的正弦波波。图4.33 880511内部方方式时钟钟电路外部方式式的时钟钟电路，如如图4.4所示示。XTTAL11接地,XTAAL2接外部部振荡器器。对外外部振荡荡信号无无特殊要要求，但但需保证证脉冲宽宽度，通通常为频频率低于于12MMHz的的方波信信号。图 4.4 外外部方式式时钟电电路在单片机机构成的的环境温温度实时时测控装装置的设计中，采采用的是是内部方方式时钟钟电路。其其电路结结构简单单，需要要附加的的元器件件相对来来说也较较少。 要了解解80551的复复位电路路，首先先要知道道复位的的工作状状态。复复位不影影响片内内RAMM存放的的内容，但但它

59、在复复位后单单片机的的初始状状态如下下：（1）（PPC）=00000H 复位后后程序的的入口地地址为000000H；（2）（PPSW）=00HH由于RRS1（PPSW 4）=0，RRS0（PPSW 3）=0，复复位后单单片机选选择工作作寄存器器0组；（3）（SSP）=07HH 复位位后堆栈栈在片内内RAMM的088H单元元处建立立；（4）TTH1、TTL1、TTH0、TTL0的的内容为为00HH，复位位后定时时器/计计数器的的初值为为0；（5）（TTMODD）=000H 复位后后定时器器/计数数器0、11选择定定时器工工作方式式0，非非门控方方式。（6）（TTCONN）=000H 复位后后定时

60、器器/计数数器0、11停止工工作，外外部中断断0、11为电平平触发方方式；（7）（TT2COON）=OOHH 复位位后定时时器/计计数器22停止工工作；（8）（SSCONN）=000H 复位后后串行口口工作在在移位积积存器方方式、且且禁止串串行移位位接收；（9）（IIE）=00HH 复位位后中断断系统禁禁止工作作；（10）（IIP）=00HH 复位位后全部部中断设设置在低低优先级级中断状状态；（11）PP0PP3口锁锁存器都都是全11状态，说说明复位位后这些些并行借借口可以以作输入入口。80511单片机机和其他他计算机机一样，常常常有上上电复位位和操作作复位两两种方法法。所谓谓上电复复位，是是