基于单片机和温度传感器的温度控制系统

1、广东工业大学华立学院 本科毕业设计（论文）基于单片机和温度传感器的温度控制系统系 部 机电与信息工程学部 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2012 级 班级名称 12电气2班 学 号 30207 学生姓名 邓政伟 指导教师 李升源 摘 要随着社会的发展，温度的测量与控制显得越来越重要。人类的生活、工业上的控制、天气预报、物资仓管、室内种植等领域都离不开温度的测量与控制。在21世纪，现代科学技术迅速发展，特别是数字技术的应用更是得到大力发展，温控传感器也登上了科学技术的舞台。温度控制控系统通过传感器检测温度，然后将数据输入到处理器处理，可以在数码管或LCD屏等显示出来。然后由控制器可以控制加

2、热或者制冷，从而达到控温的目的。本毕业设计利用单片机STC89C52和温度传感器DS18B20对环境温度进行检测，然后通过处理，再在数码管上显示温度的数值，我们要远程实时控制目标温度，就要利用串口通信，在上位机的VB软件上显示温度数据，然后我们利用LED灯的亮灭来进行模拟加热和制冷。为了保证单片机输入电压的稳定性，故电源部分用电源芯片Viper22a和三端稳压器78L05设计一个5V开关电源。本毕业设计会对每个功能模块进行详细的分析与概述，利用52单片机和DS18B20所组成的温控系统，具有硬件电路简单，软件编程工作量少，测温非常精准，系统稳定，接线少等优点。关键词：单片机，温控，传感器，电源

3、芯片ABSTRACTWith the development of the society, the temperature measurement and control is more and more important.Human life, industrial control, weather forecast, material warehouse, indoor, and other fields is inseparable from the temperature measurement and control.In the 21st century, the rapid

4、development of modern science and technology, especially the application of digital technology is developing, the temperature sensor is mounted the platform of science and technology.The temperature control system controlled by temperature sensors, and then will be treated as input data to the proce

5、ssor, can be in the digital tube or LCD display.And then by the controller can control the heating or cooling, so as to achieve the purpose of temperature control.This graduation design STC89C52 microcontroller and temperature sensor DS18B20 to test the environmental temperature, and then by process

6、ing, again on the digital tube display temperature values, remote real-time temperature control objectives, we will be using a serial port communication, show the temperature data on the PC VB software, and then we use the bright LED lights to simulate the heating and cooling.In order to guarantee t

7、he stability of the single chip microcomputer as the input voltage, the power supply by using power Viper22a chip and 78 l05 three-terminal voltage regulator design a 5 v switching power supply.Of each function module in detail of this graduation design, the analysis and summary, use of 51 MCU and D

8、S18B20 temperature control system, it has a simple hardware circuit, software programming less workload, temperature measurement is very accurate, system stability, less wiring, etc.Keywords：Chip microcontroller, temperature control, sensors, power 目 录1 绪论11.1 单片微机的历史11.2简述开关电源的发展21.3温度检测的重要性21.4设计温

9、度控制系统的核心32单片机的简述42.1单片机的特点与引脚介绍52.2单片机的应用范围72.3单片机的最小系统73电源模块设计113.1 开关电源的特点113.2 电源芯片VIPer22a简述113.3三端稳压器78L05简述123.4AC220V输入转DC5V输出开关电源原理简述144温控系统的硬件设计154.1温度传感器概述154.2DS18B20温度传感器介绍154.3显示模块214.4温度报警模块234.5串口通信模块235软件设计265.1系统整体概述265.2温度获取并转换285.3温度的控制286 单片机与上位机通信31结 论33参 考 文 献34附录1电路总原理图35附录2 完

10、整C程序代码361 绪论1.1 单片微机的历史 单片微型的计算机简称为单片机，是经常应用的的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），我们也经常用英文字母的缩写MCU来代表单片机，单片机它是一个单片微控制器，而不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，其实就相当于一个微型的计算机（最小系统），不过与计算机相比较，单片机缺少了很多的外围设备等。总的来说：一块芯片变成了一台计算机。但它的体积非常小、质量又轻、最主要是价格非常便宜，在学习、研究开发方面是非常便利的。我们最早把单片机是用在工业控制领域的。19

11、74年，世界上第一台单片微型计算机F8被美国仙童（Fairchild）公司研制出，该机由两块集成电路芯片组成，结构与别的单片微型计算机不一样，并且指令系统也与众不同，得到了电子仪器领域的欢迎和重用。 可以说单片微型计算机一开始的发展，我们是以Intel公司在一九七六年推出的八位单片机为开始点，其实是主要经历了三个历史阶段。 第1代单片微型计算机（1976-1978）。在1976年开始，以MCS-48系列为代表。 第2代单片微型计算机（1978-1982） 。以Intel公司的MCS-51系列为代表 第3代单片微型计算机（1982-1992） 。它的技术特点就是单片微机的控制功能得到全速发展。以

12、下为综合特点：（1）非总线型单片微机得到大力发展，而且和以前的总线型单片机形成了两大派系。为了拿下家电控制器这个巨大市场，所以将单片机的并行扩展总线省去了，推出了价格更加便宜的单片微机，并尽最大努力地把一些外围接口封装在片内；（2）为了能扩展各种外围器件但又不使用并行总线，所以串行扩展总线被推出了。如I2C总线是philips推出的、SPL是Motorola推出的、Microwire/PLUS的串行外围接口是NS公司推出的等等；（3）控制功能的控制网络总线得到良好发展，以实现串行通信总线难以构成的多主强控制功能的网络系统。就好像汽车电子系统中采用的CAN总线。1.2简述开关电源的发展在二十世纪

13、五十年代，开关电源的研发和应用才开始。1955年，为研制开关电源打下理论基础的是美国罗耶。他发明了自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，第一个开发了脉冲宽度调制(PWM)控制。到了二十世纪六十年代，开关电源的多种基本电路拓扑已慢慢发展成型，它的优势慢慢显现出来：体积小、重量轻和效率高(最高可达70%)。在二十世纪五十年代，开关电源的频率提高到20 kHz主要是因为高频电力开关的出现（以电力晶体管GTR为代表），在开关变换的时候它不会有对耳朵有影响的噪声。到了二十世纪八十年代，让只能适用于小功率场合的开关电源在中大功率直流电源中也能够适用的是因为IGBT的出现。到了二十世纪八十年代末期，开关频率

14、均在50 kHz左右是因为采用了PWM技术的MOSFET开关整流器。工作频率越来越提高，开关损耗也越来越大。但是随着软开关技术的出现，开关损耗几乎降为零。高频开关电源工作频率越来越高，而且保持高效率，是由于零电压变换、零电流变换、谐振变换、准谐振变换和移相谐振变换等软开关技术的出现，它使我们这个行业的经济效益得到巨大的收获。在二十世纪九十年代，高频开关电源的工作频率已经高至五百 kHz-1MHz。 到了我们二十一世纪，高频开关电源迎来了数字电源时代，是因为数字电路技术、计算机控制技术以及电力电子技术得到大力发展。我们从功能上定义数字化电源的话，是由数字化来控制的电源产品，它不仅可以提供控制、管

15、理和检测功能，而且还可以控制整个电源回路。它的功能是非常强大的。其实在一开始，数字电源它也只是停留在概念和技术讨论的层面，根本没有真正意义上的数字电源产品。但是到了2005年，数字化电源真正由概念走向运用是因为以“全数字控制回路”为特征的数字化电源控制芯片的出现，它是由美国德州仪器公司(TI)推出的。1.3温度检测的重要性温度是一个非常抽象的东西，他看不见，摸不着，但是我们可以轻易地感觉到它。并且它与我们的生活是永远离不开的。在初中物理上，我们开始学习它，它是一个常见与重要的物理量。随着现代科学技术的快速发展，温度显得越来越重要，很多东西会因为温度的变化而产生不同的结果，就像我们常见的燃烧、蒸

16、馏和发酵等等。特别是今现代化建设和国民经济发展非常的迅速，我们的日常生活和科学技术方面都受到周围环境的影响，有很多领域对温度有着很大的要求，像石油、化工、航天、制药、档案的保管、粮食的存储等。所以生产过程中为提高企业的生产效率，温度的监控技术是不可缺少的，在自动温控系统中，我们对生产的温度进行自动控制，就可以保证生产顺利工作，自动化与智能化安全运行。本毕业设计利用STC89C52和传感器芯片DS18B20设计温度控制系统，会叙述温控系统的各个功能模块与原理。1.4设计温度控制系统的核心本毕业设计的温度检测与控制系统。主要是利用温度传感器DS18B20来测试目标环境温度，然后通过一个三位共阴数码

17、管来显示温度值，用有源蜂鸣器表示报警通知，用四个LED来说明开启加热或者制冷，和加大加热或制冷，最后在电脑的VB软件上显示温度值，使用到串口通信模块。本毕业设计的温度检测与控制系统具有以下优点：成本少，功能比较稳定，测试温度精准度高，非常可靠等。温度控制与检测系统，其设计参数如以下所示：首先是在一个三位共阴码管上显示当前测到的环境温度（0099.9）如果环境的温度小于30儿大于29的时候，那么有源蜂鸣器就开始响报警，还有LED1绿色发光二极管开始闪烁（用来模拟开启加热装备）；当环境的温度还往下降低，并且小于29时，有源蜂鸣器的报警声频率就加快，在这个时候LED1和LED2同时一起闪烁（用来模拟

18、增强加热设备的功率）。当环境的温度高于30而小于33的时候，有源蜂鸣器就开始报警了，同时LED3开始闪烁（用来模拟应景开始制冷设备），如果环境的温度还继续升高，并且大于33时，那么有源蜂鸣器就会加快报警声频率，同时LED3和LED4同时一起闪烁（主要用来模拟制冷设备和增强制冷的功率）。最后我们用串口通信把测试到的温度数据同时得发送到电脑的VB软件，然后显示送过来的温度值。下面温控系统的组成请看图1-1图1-1 温度检测与控制系统组成图 2单片机的简述 科技发展到了21世纪已经有了质的变化，主那个要功臣就是单片机。单片机看起来对很多人是非常陌生的，但是，它就在我们的身边，最常见的就是我们每天都在

19、用的手机，其实手机的所有功能都是单片机来操作的，还有冰箱，空调，电饭煲等。可以说整个电子行业都离不开单片机。应时代的要求的，单片机的发展有4位、8位、16、32位了。不过市场上用得比较多的是16位和32位的。单片机一开始是用汇编语言来编程的，现在用得最多的C语言，因为C语言的可读性强，且通用，可移植。单片机可以用很多系统，所以可以会缩短开发周期，提高了开发效率。可以说单片机现在是这个时代电子行业中的大脑。单片机会随着科技的发展越来越好的。 2.1单片机的特点与引脚介绍单片机主要有以下特点：（1）品种类型多现在开发单片机的公司越来越多，例如合泰、新塘等，CPU有4位、8位、16位、32位等。（2

20、）集成度高，容量高单片机是一个高集成度的芯片，已经达到200万个晶体管以上。工作频率高，达到30MHz甚至40MHz。存储器容量RAM发展到1K、2K，ROM发展到32K、64K；（3)可以向外部接口延伸，控制功能多现在单片机已经把很多外围电路都集成到芯片里面，如比较器，AD转换，PWM输出，U ART，TimerCounter等等。单片机可以通过锁存器，比较器等外围电路来驱动控制数码管显示，键盘控制等功能。可以说单片机就是一个小型计算机。 (4)低功耗单片机的供电电压可以从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到A级。并且在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡；

21、(5)应用软件配套单片机可以提供软件库，并且有多的开发例子程序。所以用户开发单片机应用系统时可一更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品；(6)系统扩展与配置有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话 、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。本毕业设计所用的单片机STC89C52其引脚如下图2-1图2-1 STC89C52引脚图VCC（40引脚）：单片机电源输入引脚；GND（20引脚）：单片机接地信号引脚；XTAL1（19引脚），XTAL2（18引脚）

22、是外接时钟引脚。其中XTAL1（19引脚）是片内震荡电路输入端，XTAL2（18引脚）是片内震荡电路输出端。51系列单片机的时钟方式有两种：一种是片内时钟震荡方式，这一种方式需要在两个引脚外接石英晶体和震荡电容，其中震荡电容的值一般取10P-30P；另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1（19引脚）接地，外部时钟信号从XTAL2（18引脚）脚接入。ALE/PROG:这是地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲引脚 ALE功能：此引脚用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：这是片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:此引脚是外ROM读选通信号。RST/VPD

23、:这是复位/备用电源。 RST（Reset）功能：这是复位信号输入端。 VPD功能：其中在Vcc掉电情况下，可以接备用电源。EA/Vpp:这是内外ROM选择/片内EPROM编程电源引脚。 EA功能：这是内外ROM选择端。 Vpp功能：这是片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，可以扩施加编程电源Vpp。 单片机的I/O口引脚有四个大类：P0，P1，P2，P3。P0：这是一个双向的8位三态I/O口，并且每个端口可独立控制。P1：这是准双向的8位I/O口，而且每个端口都可独立控制，其中是内带上拉电阻（如果想要了解更多，可以上百度查），这种端口的输出是没有高阻态的，并且输入不能锁存的，所以说不

24、是真正的双向I/O口。还有P2口与P1口相似。在这里就不加多说了。 P3：这是一个准双向的8位I/O口，而且每个口都可以可独立控制，还有内带上拉电阻。此I/O口的第一功能当做普通I/O口。第二功能的定义如以下：P3.0：这是RXD的串行口输入 P3.1：这是TXD的串行口输出P3.2：这是INT0的外部中断0输入 P3.3：这是INT1的外部中断1输入P3.4：这是T0的定时器0外部输入 P3.5：这是T1的定时器1外部输入P3.6：这是WR的外部写控制 P3.7：这是RD的外部读控制2.2单片机的应用范围 （1）各种工业控制系统：单片机加上一些外围电路可以构成各种的工业控制系统、数据采集系统

25、（如本毕业设计的温控系统）等。如智能数控机床、工厂生产线控制、滚动灯箱的电机控制、湿度控制等。 (2) 智能仪器仪表：如体重机、跑步机、医疗器械、示波器等。 (3) 计算机外部设备与智能接口：传真机、复印机、打印机、音响、很多智能终端机等。 (4) 各种的商用产品：如智能的售货机、电子形式的收款机、小米电子秤等。 (5) 常见的家用电器。如微波炉、电磁炉、变频空调、智能洗衣机、录像机、收音机、音响设备等。2.3单片机的最小系统 以下图2-2是单片机的最小系统图2-2单片机STC89C52最小系统原理单片机最小系统主要分为复位电路和时钟电路，以下分别简述C51单片机的复位电路和时钟电路。单片机复

26、位电路主要有两种：（1）上电复位（2）按键复位 上电复位 以下图2-3是单片机上电复位电路图2-3 RC上电复位电路这是上电复位，它的工作原理就是在上电的时候，其中复位电路通过给电容c加给引脚RST端一个短暂的高电平信号，然后此高电平信号会随着Vcc对电容的充电的时候而慢慢下降，也就是说引脚RST端的高电平信号持续的时间是在于电容c的充电时间的。所以我们这个为了保证系统能够有效地复位，那么引脚RST端的高电平信号就要维持足够长的时间。上电的候时，输入电源Vcc的上升时间大概是10毫秒，而这个振荡器的起振时间就在于震荡频率，如国晶振频率为十MHZ，起振时间为1ms；晶振频率为一MHZ，那么起振的

27、时间就是10ms。 （2）按键复位图2-4按键复位电路单片机的按键复位又称位手动复位，其中按键电平复位就是在引脚RST端由电阻与电源接通来实现的。这个电路模块除了具有上电复位的功能外，如果要在程序运行中想复位也可以，特别是程序跑乱码的时候，按键复位是非常有效的与必要的。C51单片机时钟电路主要分为两种：（1）有片内时钟震荡方式；（2）有外部时钟方式。（1） 内部时钟方式图2-5 单片机的内部时钟电路 在51单片机的芯片内部里面是有一个高增益反相放大器的，它的输入端是XTAL1（引脚19），输出端为XTAL2（引脚19）。在XTAL1（引脚19）和XTAL2（引脚18）之间跨接晶振和起振电容，从

28、而构成一个稳定的自激振荡器，上图就是单片机的内部时钟电路图。如图2-6所示。（2）外部时钟方式图2-6 单片机外部时钟电路单片机的外部时钟电路的原理就是用外部的振荡脉冲接入到XTAL1引脚或XTAL2引脚。其中HMOS和CHMOS的51单片机的外布时钟信号的接入方式是不同的，对于HMOS型单片机的外部时钟信号是由引脚XTAL2端脚发送后直接送到内部的时钟电路，但是它的输入端XTAL1就要接地了。但是引脚XTAL2端的逻辑电平不是TTL电平的，所以我们要外接一个上拉电阻。并且对于CHMOS型的51单片机，外部时钟是要由引脚XTAL1引入，而引脚XTAL2引脚应悬空。3电源模块设计一个稳定的输入电

29、压对于单片机是十分重要的，电源波动大会引起单片机跑乱码的现象发生，即死机。故本毕业设计在设计温控系统中加了一个电源模块，利用电源芯片VIPer22a和三端稳压器78L05设计一个开关电源输入AC220V，输出DC5V的电源模块。3.1 开关电源的特点（1） 低功耗，高效率 开关电源的主要核心就是利用晶体管的导通和截止来控制电源，即是占空比。晶体管栅极在输入信号的作用下，如PWM信号等。所以晶体管就处在不停交替工作得状态，就是导通，然后截止，又从截止到导通的开关状态，基本上现在市场上，开关电源的转换速度很快了，它的频率一般是 50kHz 左右，在欧美那些技术发达的国家，已经可以做到几百升值100

30、0kHz了，所以这就使得开关晶体管的功耗降低很多，并且开关电源方面的效率也比普通的电源高了很多，它的效率可以达到80%，这是非常不错的了，随着开关电源的发展，其效率会越来越高的。（2） 体积变小，重量更轻 开关电源不像普通的电源一样用那些又大又重的工频变压器，又因为晶体管的耗散功率已经很大幅度下降了，所以省下了一大推的散热片。综合以上原因，可以说开关电源的成本降低，体积变小，重量也更轻了。（3） 稳压范围变得更宽 开关电源的核心就是通过改变激励信号的占空比来调节输出电压的，而它的输入电压的波动可以用调频或调宽来进行补偿。所以说，即使它的输入电压波动的很厉害，它的输出依然会很稳定的，从而保证了输

31、出电压的有效性。我们常用脉宽调制和频率调制来改变占空比，从而得到想要的输出电压。故开关电源的稳压范围变得更宽，稳压方法也会更多一点，我们可以根据实际的要求来灵活选用不同的开关电源。 （4） 输出纹波大 因以开关方式工作，有较大的电磁干扰；电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。3.2 电源芯片VIPer22a简述1、VIPer22a的特点Viper22a是一个集成度很高的电源芯片，里面集成了很多器件，如有电流式的PWM控制器件与高压高功率的MOS晶体管，还有一些比较器，反向器等。这就使得开关电源的外围器件会相应少很多，降低了开发成本和应用难度。Viper22a内部还有着很多功能，如过流过压保护，欠压

32、保护，过温保护等，使得开关电源可以更有效性的工作。 2、 VIPer22a引脚说明 VIPer22a引脚图和封装如图3-1图3-1Viper22a的管脚示意图GND(1，2引脚）：芯片接地引脚，同时也是内置高压MOS管SOURCE端口。VDD（4引脚）：芯片电源端，工作电压范围可达930V。FB（3引脚）：反馈输入端口。DRAIN（5,6,7,8引脚）：内置高压MOS管的DRAIN，同时芯片启动时，也做芯片的启动。3.3三端稳压器78L05简述对于三端稳压器78L05，其实我们应该是非常熟悉的，它是一款最经典的固定电压5V的稳压器件。对于很多场合都非常适用与稳定的，现在大多数单片机的输入电压都

33、是5V，所以本毕业设计就用到三端稳压器78L05来稳住5V输出电压。78L05还可以和其他功率转移器件一起构成比较大的电流的稳压电源，就像可驱动输出电流高达100毫安的稳压器（1） 特性 输出电流可达100毫安； 不用增加外围元器件； 在芯片内部有热过载保护； 在芯片的内部有短路电流限制保护； 从2004年底开始，提供各类封装形式，均为无铅封装产品。 （2）封装脚位图图3-2 三端稳压器78L05的封装脚位示意图（3）78L05典型应用电路图图3-3 三端稳压器78L05的典型应用电路图3.4 AC220V输入转DC5V输出开关电源原理简述图3-4开关电源模块原理图 此电源模块利用电源芯片Vi

34、per22a和三端稳压器78L05设计了一个输入AC220V，输出DC5V的开关电源。简单说一下原理,市电输入，经过一个保险管F1，然后用四个整流二极管IN4007整流，经过一个电解电容储能滤波，C9和R13起到去磁的作用，经过变压器的降压，次级两路输出分别得到7V，辅助级经过一个快速恢复二极管UF4007和一个限流电阻提供输入电压回Viper22a的电源端，经过一个稳压二极管D9和采样电阻R15，与一个光耦反馈输出电压回给Viper22a的3脚（反馈输入端），78L05主要起到稳住输出电压为5V的作用。4温控系统的硬件设计4.1温度传感器概述在我们接触的各种传感器中，温度传感器是我们最经常接

35、触到和用到的。而温度传感器在以前用得比较多的是模拟温度传感器，就像常用的热敏电阻，它是一种随着目标温度的变化，然后他的电阻也跟着做线性变化，用单片机区采集它两端的电压，再用典型的应用公式来计算出它的温度，最后在显示器显示出来。但是在当代，随着科技的发展，我们用到的温度传感器已经向数字化，接口容易，重量轻，精准度高的方向，它已经融入到我们的生活中去了，也广泛应用于各个领域。本毕业设计用到的温度传感器是DS18B20，它是DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器，并且采用了单总线协议，也就是它与单片机接口只要占用一个I/O口，而不用其他的外部元件了，它可以直接地将环境温度转化为数字信号。通过这

36、样的方式，可以大大减少了单片机与温度传感器的接口。可以看得出来，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。 4.2 DS18B20温度传感器介绍DS18B20是DALLAS公司推出的第一片支持“一总线”接口的的温度传感器，它的优点是：微型化、功耗低、性能高、抗干扰能力强、与单片机的接口少等优点。1、 DS18B20温度传感器特性（1） 适应电压范围宽： 电压范围在3.05.5V，在寄生电源方式下可以由数据线供电。（2） 独特的单线接口方式： 它与处理器连接时仅需要一个I/O口就可以和微处理器双向通信。（3） 支持多点组网功能 多个DS18B20可以并联在唯一单总线上，实现组网多点测

37、温。（4） 负压特性： 电源极性接反时，会发热且不能正常工作，但不会烧坏。对芯片可以起到保护作用。（5） 测量范围广： 在-55+125，在-10+85时精度为0.5。（6） 不需要外围器件： 全部传感元件和转换电路都集成在一个三极管的集成电路内。（7） 测量结果直接输出数字信号： 通过单总线串行传送给微处理器，同时可传送CRC校验码，具有很强的抗干扰纠错能力。（8） 可编程分辨率为9-12位： 它对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，所以可以实现高精度测温。2、 应用范围 （1）供热、制冷管道热量计量、中央空调分户热能计量等； （2）冰箱系统、中央空调系统、冷柜系

38、统等； （3）还有一些狭小空间的工业设备测温和控制等。3、 引脚介绍 DS18B20有两种封装形式：一种是TO-92直插型，是使用最普遍的一种封装。和八脚SOSI贴片式封装。如下图4-1所示 图4-1 DS18B20两种封装GND：芯片的输入电源的负极 DQ：它是信号的输入输出脚VDD：芯片的输入电源的正极NC：这是空引脚4、 DS18B20与单片机硬件连接我们在前面也描述过温度传感器的特性，它具有单总线的特点，它的单总线技术是采用了单条信号线，既可传输时钟，又可传输数据，而且数据传输是双向的。与单片机与外设之间进行串行传输的串行总线I2C、SPI和SCI总线相比，它的线路更加简单，硬件少了很

39、多外围器件，成本相对低了很多，总线扩展和维护方便。图4-2 DS18B20与微处理器典型连接电路 从上图可以看得出，微控制器可以是单片机，从机可以是单总线器件，它们之间的数据传输是通过一条信号线。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。设备（主机或从机）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其他设备使用总线。单总线通常要求外接一个约为5K的上拉电阻。本毕业设计单片机只是与一个DS18B20通信，如果要控制多个DS18B20进行温度采集，只要将所有DS18B20的I/O口全部接到一起就可以了。具体操作时

40、，可以通过读取每个DS18B20内部芯片的序列号来识别。5、 工作原理我们要向利用单片机要读取出DS18B20的温度值数据，那么首先得要知道如何去控制DS18B20的指令，下面就简述这些指令。 （1）33H：读ROM，读取DS18B20温度传感器ROM中的编码（64位地址） （2）55H：匹配ROM。发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18B20并使之做出响应，为下一步对该DS18B20的读/写作准备。 （3）F0H：搜索ROM。用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数，识别64位ROM地址，为操作各器件做好准备。 （4）CCH：跳过ROM。忽略64位

41、ROM地址，直接向DS18B20发温度转换命令，使用与一个从机工作。 （5）ECH：告警搜索命令。执行后只有温度超过设定值上限或下限的，芯片才做出响应。ROM的作用就可以分别出不同的DS18B20，这样在一条总线上挂接多个DS18B20，单片机也可以轻易分别出来。当主机需要对众多在线DS18B20中的某一个进行操作时，主机应先逐个与DS18B20挂接，读出其序列号。然后再将所有的DS18B20挂接到总线上，单片机发出匹配ROM命令，紧接着主机提供的64位序列号之后的操作就是针对该DS18B20。本毕业设计只对一个DS18B20进行操作，所以就不需要读取ROM编码和匹配了，直接跳过ROM命令，就

42、可以进行温度转换和读取。其操作如下： （1）44H-温度转换。启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节的RAM中。 （2）BEH-读暂存器。读内部RAM中9字节的温度数据。 （3）4EH-写暂存器。发出向内部RAM的第2,3字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节数据。其他指令在这里就不做详细介绍。DS18B20在出厂时都是默认配置为12位的，其中最高位为符号位，也就是温度值共11位，单片机在读数据时，一次会读两字节共16位，读完后将低11位的二进制数转化为十进制数后再乘以0.0625便为所测的实际温度值。另外，还需要判断温度的正负。前5个字符为符号位，这5位同时变化，我

43、们只需要判断11位就可以了。前5位为1时，读取的温度为负值，且测到的数值需要取反加1再乘以0.0625才得到实际温度值。前5位为0时，读取温度位为正值，只需要将数值乘0.0625即可。6、 工作时序图 （1）初始化（时序图见图4-3）图4-3初始化时序图1 首先将数据线置高电平1。2 然后进行延时（尽可能短，没有严格要求）。3 然后把数据线拉倒低电平0。4 再延时750s(时间可以在480s960s中选)5 再将数据线拉高到电平1。6 延时等待。如果初始化成功则在1560s内产生一个由DS18B20返回的低电平0。这个可以确定它的存在。7 假设是单片机的CPU读到数据线上的低电平后，还要进行延

44、时，那么时间从发出高电平算起不能少于480s。8 最后将数据线再次拉到低电平后结束。 （2）DS18B20写数据（时序图见4-4） 图4-4 DS18B20写时序图1 首先将数据线先置低电平0。2 然后延时确定的时间为15s。3 再按从低位到高位的顺序来发送数据。4 其中延时时间为45s。5 再把数据线拉倒高电平1。6 然后再重复前面五步，直到发送完整一个字节。7 最后将数据线拉高到1。（3） DS18B20读数据（时序图见4-5） 图4-5 DS18B20读时序图1 首先将数据线拉高到1。2 然后延时2s。3 再将数据线拉低到0.4 然后延时5s。（时间大于1s）5 再将数据线拉高到1.6

45、延时4s。7 通过读数据线的状态得到下一个状态位，而且再进行数据处理。8 延时30s。9 重复以上所有步骤，直到读取完一个字节4.3显示模块 在显示模块中，温度的显示采用三个共阴数单位码管显示。现在简单介绍下共阴数码管的原理：共阴数码管的内部就是8个发光二极管的阴极连接在一起，而8个阳极是相互独立的。对于共阴数码管来说，通常设计电路都是阴极接地。当我们要显示什么数时，只要按照共阴数码管编码表，对单片机相应的I/O口赋值就可以显示相应的数字。图4-6共阴数码管内部结构本毕业设计的显示模块还用到74HC573锁存器来控制数码管的位选，现在简单介绍下74HC573锁存器：74HC573锁存器拥有八路

46、输出的透明锁存器，输出为三态门，是一种高性能硅栅CMOS器件。是三态允许输出端，通常叫做输出使能端。D0-D8为数据输入端，Q0-Q8为数据输出端；LE为锁存允许端。 其引脚图如图4-7 。图4-7 锁存器74HC573的引脚图图4-8 锁存器74HC573的真值表由真值表可以看出，当为高电平时，无论LE与为何电平状态，其输出都是高阻态（Z）。这种情况下芯片是处于不可控状态的，因此，我们将接低电平（L），即接地。当为低电平时，再结合LE端的输入状态，当LE端为高电平（H）时，Q端的状态和D端的一样。当LE为低电平时，无论D端的电平是什么，Q端都保持上一次的数据状态。以下图4-9是单片机与数码管

47、的硬件连接图图4-9单片机与数码管硬件连接图4.4温度报警模块在温度报警模块中，本毕业设计使用有源蜂鸣器来报警，其电路设计如下图4-9图4-10蜂鸣器报警连接图图中PNP三极管是采用了S9012，它是一种普通的硅三极管，但是可以满足蜂鸣器大电流的要求。改变电阻R5的大小可以调报警声音的大小，电阻越小，声音越大。4.5串口通信模块随着科学技术的发展，单片机与上位机通信已经越来越普及。而单片机与上位机的电平是不一样的，所以我们需要用到串口通信模块。并且随着单片机单片机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，单片机的通信功能越来越完善。单片机的通信也还可以是单片机与单片机之间的信息交换，但是现在用得最

48、多的还是单片机和计算机通信。通信方式有并行与串行两种方式，但在当代的单片机系统中用得比较多是串行通信。本毕业设计的串口通信模块也是用到串行方式，所以一下就介绍串行通信。串行又分为两种方式：异步串行通信和同步串行通信。并且串行通信有三种传输制式：单工方式，半双工方式，全双工方式。单攻方式：指数据传输仅能沿一个方向，不能反向传输。半双工方式：可以沿两个方向，但需要分时进行。全双工方式：指数据可以同时进行双向传输。（1） 异步串行通信方式 异步通信的传输是以字符为单位来进行的，并且字符与字符之间的间隙是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的。异步通信的一帧字符信息，主要是由四个部分组成：分别

49、为起始位、数据位、奇偶校验位和和停止位，如下图4-11.图4-11异步串行通信的数据格式图 异步串行通信的特点：通信容易实现，因为不要求收发双方的时钟严格要求一致；设备开销小；传输效率不高。（2） 同步串行通信方式 同步通信时要建立发送方时钟对接受方时钟的直接控制，是双方达到完全同步。并且传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，也就是保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接受方的同步可以通过外同步和自同步两种方法实现。（3）串口连接原理图以及发送接收原理 由于计算机和单片机的电平不一样，所以我们需要对两种电平进行转换。在本毕业设计中，使用MAX232芯片把

50、单片机的TTL电平换换成计算机的RS232电平。那是由于MAX232包含两路接收器和驱动器的IC芯片，它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成RS232输出电平所需的+10V电压。如下如图4-12是串口连接图。图4-12串口连接图MAX232的11（TXD）和12（RXD）引脚分别连接单片机的P3.1和P3.0脚，这两个接口，一个是接受数据，一个是发送数据，TTL电平从单片机的TXD发出，经过MAX232转换RS232 平后从MAX232 的14引脚T1OUT发出，再连接到串口座的第3引脚，再经过随机配送的交叉串口线后，连接到计算机的串口座的第2脚RXD，这时候计算机就可

51、以接收到数据了。PC机发送数据时从计算机的串口座的第3引脚TXD端发出的数据，再逆向流向单片机的RXD端即P3.0口接收数据。 5软件设计5.1系统整体概述 （1）如图5-1，主程序流程图 下面是简述整个系统的软件设计，主程序首先要进行串口初始化，而且锁存器74HC573的锁存端要置低电平。然后温度传感器DS18B20开始检测温度，让得到的温度数据通过单总线传输到51单片机，然后对温度进行处理，通过I/O即P0口输出到一个三位共阴数码管上进行显示。如果温度超过设定范围蜂鸣器将报警，同时模拟加大制冷制热的设备工作。温度数据通过串口通信发送到上位机，这就实现了实时监控。图5-1 主程序流程图 （2

52、）主程序的C代码如下：void main() /主函数uchar buff4,i;dula=0;wela=0;init_com();while(1)tempchange(); /温度转换函数for(i=10;i0;i-) dis_temp(get_temp(); /获取温度并显示deal(temp); /进行温度处理sprintf(buff,%f,f_temp); /将浮点型温度格式化为字符型for(i=10;i0;i-)dis_temp(get_temp(); /温度显示 comm(buff); /串口发送数据for(i=10;i0;i-)dis_temp(get_temp(); 5.2温度

53、获取并转换温度获取且转换的步骤是先对DS18B20复位初始化，延时一下，然后单点测温，写温度转换指令，下一步就是读取寄存器存储的温度数据，最后就是温度数据乘以10，返回数值。下图5-2是温度获取与转换子程序流程图。图5-2温度获取与转换子程序流程图5.3温度的控制当空间温度在26-28范围时，并不需要对被检测空间进行热量的交换。当被检测空间温度在24T26时，系统将模拟开启制热设备，即DBJ亮，当空间温度持续降低到24以下时，系统模拟加大制热设备功率。如果被检测空间温度在28Twarn_l2)&(t=warn_l1)/大于24度小于26度warn(40,0x01); /第一个亮，蜂鸣器发出“滴”声else if(t=warn_l2)warn(10,0x03);else if(t=warn_h1)/第一第二个灯亮。蜂鸣器发出“滴”声warn(40,0x04);else if(t=warn_h2)warn(10,0x0c);else /在26度和28度之间时只是调用显示函数延时i=40;while(i-)dis_temp(get_temp(); 6 单片机与上位机通信在最后要在上位机上显示实时温度值，就要借助串口通信了。在我们调试实验的时候首先需要对串口进行调试，以确保其能正常通信。本毕业设设仅是采用VB6.0调用MSComm控件接收、处理和显示温度