【基于单片机的多通道温度传感器数据采集系统设计7700字（论文）】

基于单片机的多通道温度传感器数据采集系统设计目录 1 11.1选题的背景 11.2选题意义 11.3温度传感器的研究现状 12.系统总体设计 12.1方案选择 2.2总体方案设计 1 13.1系统结构框架 13.2单片机简介 13.2.1电源 13.2.3复位电路 13.3温度传感器及如何实现多路测温 13.3.1选择DS18B20温度传感器的理由 13.3.2DS18B20的测温原理 3.4按键和指示灯模块 13.5LCD1602模块 13.6报警模块 13.7继电器模块 14.系统软件设计 14.1软件设计流程图 14.2读出温度程序 4.3温度数据显示程序 14.4设置温度上下限程序 5.软件仿真 15.1KeilμVision4软件介绍 15.2系统原理图绘制 15.3系统调试 1 1 1参考文献 12摘要：温度的显示和采集多路温度是这次设计的核心部分，将会运用到单片机STC89C52,带来财产以及人身安全的危害，这次将会用STC89C52单片机作为整个系统的核心。32.系统总体设计因为数字温度传感器在很多设计方面都有其独特的优点。在很多的设计到恒温的效果。本次设计选择的是LCD1602对采集到的值进行显示，通过蜂鸣器起到提醒块；采取1602液晶显示模块；温度节制模块和温度丈量模块(DS18B20传感器)。系统总体方案设计框图如图2-1所示：单片机附加功能模块四个温度检测控制模块3.硬件电路设计传感器对温度进行检测与控制，又选择了用串口传达数据的液晶显示屏1602来把测量到温度值展现出来。蜂鸣器四个温度检测电路报警温度调整键单片机芯片晶振控制复位电路主要微控制器是STC89C52RC的STC系列单片机，这个控制器有STC系列微控制器的可靠性高、功耗小、不易出现问题、花费小和抗干扰能力强等一系列优势，补丁升级还可以远程控制，微控制器高性价比是因为具有互补金属氧化物和半导体特性，STC89C52RC存储器具有一个8位CPU和8KB闪存程序，能把软件重做和来回升级，能够保存部分用户数据与掉电数据，以防止丢失。在这个装备中运用的手艺是密度高的非易失性存储手艺。MCS-51微控制器的内部指令与C52相互兼容，具备WatchDog功能，该功能可以使得稳定性提升。本设计选择的芯片是通过STC89C52进行设计的，其一共有40引脚。其中P1、P2、P3、POI/O引脚名称串口通信接收端串口通信发射端外部中断0外部中断INT1外部中断1定时/计数器0定时器T1定时/计数器1外部写选择信号端外部读引脚RD外部读选择信号端除去上述的32个外接控制的引脚之外，其还有一些控制的引脚，其具体的功能如下所5单片机电源的引脚存有VCC还有GND这两个，单片机中的接地口是它的第20引脚，单片机的VCC端是它的第40引脚。18和19是它的引脚晶振端接入口，它可以接入22uF的电容实现给整个电路输出稳定的频率。编程端口的控制端，其主要就是RST复位电路、EA使能端、ALE引脚、PSE程序调用端口。RST是复位端，只要给其端口输入高电平，其就会使得单片机整个电路实现复位，只要电平触发一次就会复位一次。EA端是使能端，在很多的特殊的比如中断、定时器中都要用到。PAEN是单片机程序的选择端口，当其端口是高电平的时候，其直接选取单片机内部的程序实现，当其是低电平的时候会选择优先读取外部的程序。正常运行的单片机最小的布局体系被叫做单片机的最小系统。其结构如下图3-3所示：3.2.1电源单片机工作的电压是5V,其使用USB电源线直接供电，也可使用电池进行供电，本设计采用的是5VUSB电源线实现的，其可以直接插到电脑端的USB□就可以实现本次设连接端口的电路图3-4如下所示：63.2.2时钟振荡电路整个系统可以完整有序的工作。接法如下图3-5所示：20pF3.2.3复位电路其接口图如下图3-6所示：3.3.1选择DS18B20温度传感器的理由DS18B20是一种单线接口的传感器，它输出的是数字信号，具有占地小，开销低等优点，可以适用于多种环境，它与单片机的一条线接口就可以实现温度的读取功效。内部结构如图3-7所示：存储器与逻辑存储器与逻辑四个温度传感器64位ROM和单线接口存高温触发器低温触发器配置寄存器图3-7DS18B20内部结构图3.3.2DS18B20的测温原理召召34f0.1ufP3.7(RD)NC22pf22pf96图3-8DS18B20测温原理图接I/O□。实际温度来自T实际计算=(T完成-0.25度)+(M-m剩余)/M出售。该设计电集电路主要是指传感器18B20与微机的连接部位，该温度传感器有3根小枝分别是接地的一侧，单总线端口和电源。如图3-9所示：R43.3.3DS18B20温度传感器如何实现多路采集3.4按键和指示灯模块常见的元器件里面按键可以分为两脚和四脚按键两种，四脚按键更为常见，所以在本次设计中使用了四脚按键。四脚按键其中有两个邻脚是相连通的，被按下的时候，对角产生连如图3-10所示：每一个独立按键都可以实现独立的功能，但每个独立按本系统选择的是LCD1602液晶显示器来作为系统的显示模块，测量的数据可以通过该模块全部显示，1602限制字符长度最长为16个且可以显示两行字符，这已经达可以直观的将室内的温度数据显示，让用户一目了然。LCD模块在运行时的电压是5V,图LCD1602引脚结构图如图3-11所示：2LCD2以下都是LCD1602显示版块的引脚的功蜂鸣器电路如图3-12所示：3.7继电器模块开关”,原理是大电流被小电流所节制。继电器在电路中起到的作用是很多很多的，例如它本设计由于准备由电脑USB接口带动，所以我选择了松乐继电器T73,如图3-13所示：在设计的时候，驱动电路比较简单，将电信号转换成可控的自动打开和关闭信号，控制其实现自由的通断，继电器可实现高频率的通断，对于一些复杂产品来说。实现的一些基础性的东西足够了，如果输入低电平，其就会进行接通，如果输入高电平的时，其就会实现断本次设计的驱动继电器的原理图如图3-14所示：I单片机电源是5V直流电，端口是5V电，驱动能力弱，功耗低，所以其不足以带动继电器来实现其正常的通断。所以需要加入比较完善的驱动才能实现。继电器驱动器有两种含义：一种本身就是作为单片机的电源设备的驱动继电器。还有一种是被用来运行其他负载的继电器，因此我选用的继电器驱动含义是MCU和其他大功率负载的接口。4.系统软件设计4.1软件设计流程图开始结束返回)按键设置执行报警程序图4-1主程序框图下面设计的主要就是液晶显示模块和温度模块的程序，流程图如图4-2:开始温度是否转移成功单片机读取4路传感器温度数据按键设置结束温度检测的子程序如下所示：voidds1820wr1(ucharwdvoidwrite_dat(uchardvoidwritestring(ucharx,uchary,我们收集到的数据显示出来，这就要经过处理将字节转化变成可以voidDisplay_Temperature(uintvt,uchartg,ucharx,ucwriteChar(x+1,y,disdatawriteChar(x+2,y,disdatawriteChar(x+3,y,disdatawriteChar(x+5,y,disdataunsignedcharil=0,i2=0,i3=然后将数据实时显示到液晶显示屏1602上，需要将多个字节经过处理之后转化成可以实现本设计采用的控制单元是按键，通过按键可以设置温度的上下限值，本次设计共3个按电路基本功能已满足我们的设计要求，但是我们还是要依据校准我们设计的电路，从0°开始到100°C之间采用线性校准方法进行温度校准。首先在100°C的温度下测量热阻的数字信号，让电路变得简单，提高电路运行速度。如图4-3所示：度度读取每一次DS18B20温度数据都要经过初始化，跳过ROM(命令CCH),温度变换 (命令44H)和读暂存存储器的这4个操作步骤；温度传感器能够不停地实施测量温度就是软件代码编写采用C语言编写。我们纠正程序当中的语法和逻辑错误就是软件调试，然后再将其投入使用的过程。这是保障单片机可以正常运作的关键。编译单片机程序后，定要送到单片机运行测试。_voidpross()为什么我们都要先运行一下调试程序?其实这是为了帮助发现与改正程序中的逻辑错误，将编纂一个编译语言程序来进行编译连接，这样才能得到需要的HEX文件，并且我们还要将这个文件下载到芯片里面，才能进行仿真。通过实际操作查找逻辑错误，不断改变流程最终满足了许多要求，本次计划编纂程序创立的工程的界面如上图5-1所示：将已经写好的程序，编译没有错误后将其生成hex文件。编译好的图片如下图5-2**WARNTNGL16:UNCALLPogramSize:data=20.2xdata图5-2编译成功仿真图下载到选择的单片机里面。下载界面如图5-3所示。将电脑和烧写软件进行连接，用鼠标点击单片机型号栏的下三角，把对应的型号选择好进行扫描，我们确认HEX文件已经下载到了单片机里面。然后我们就可以开始仿真了。最低波特率最高波特率 ☑清除代码缓冲区打开程序文件 有专用脱机下载/U8/U7程序加密后传输脱机下载/U8/U7程序加密后传输使能6T双倍速)模式 检测MCU选项注意/帮助重复延时66666666666666图5-3装入程序仿真图检查一下有没有问题之后，导入得到PCB。在生成PCB图后一定进行手动的布线，正确的整体原理图如图5-4所示：e整体完善后PCB图5-5所示：protues软件是EDA(电子自动化设计自动化)软件工具，在英国中发布，不仅为其他EDA软件提供了仿真功能，还提供了从方案设计到运行、外围设备仿真以及直接转换为PCB的其他功能，是当前集成到方案仿真中的最佳软件产品之一。我们采用protues软件来完成我们的仿真需求。绘制的图如图5-6所示：图5-6整体设计仿真图将仿真图绘制好了之后，就要一遍一遍的调试，直到达到我们的效果。下图是开机以后得到的界面，如图5-7所示：单片机复位递减。蜂鸣器开机之后，需稍微等一会，测量的多路温度的数值就会显示出来。如上图所示，它可以直接显示出4个温度传感器的温度数值。用A,B,C,D代表4个温度的编号。可以通过按键对温度的限制进行设置，当其数值不在设定的范围的时候，就会进行报警。四个按键是设置按键、加按键、减按键、告急报警。如图5-8所示：如上图5-8所示，可以通过按键来进行设置1602液晶显示屏第二行上面显示设定的温当任何的一路温度不符合我们设定的值的时候，它的指示灯和蜂鸣器就会发出提示。当任何一路温度低于我们设计的温度的限度的时候，我们的蜂鸣器就会响，同时红灯会亮，暗示着过热或过冷。报警模块如下图5-9所示：只只3空±丝思三烽鸣器我们设计的风扇和蜂鸣器会在任何一个传感器检测到数图5-10报警模块(风扇)对于相应的风扇，只要给低电平，其就会风扇转动，模拟进行降温。当温度到了设定的范畴的时候就会主动停下。为了证明设计的电路可以完成设计目标并对已经制作完成的实物进行功能验证设计功能，实物如下6-1所示：对实物进行开机，连接电脑，通过按钮设置参数，通过下图6-2可得出设计正常进行并且对温度测试模块进行确认，可以得出温度可以正常检测，并且程序运行正常。[4]刘国荣.单片微型计算机技术.北京：机械工业出版社，2017:45-60[5]王迎旭.单片