基于单片机的温度巡检系统设计和实现 计算机专业.doc

摘 要 本次系统设计是以AT89C51单片机以及DS18B20温度传感器为硬件基础的多点温度测量系统。以51单片机为主控模块，完成各个测点的准确温度测量，并添加了温度数值显示以及温度提醒等。保持显示模块LCD1602A以进行识别和显示。LCD1602A作为液晶显示器 ,形象直观的显示测出的温度值。选取DS18B20作为温度数据采集端，对测点实施有效温度测定，该传感器模块精度较高，误差在0.1℃范围内。此文首先在绪论中详细的介绍了此系统的发展背景以及使用的功能及其意义。第二章确定设计方案。在第三章论述了总体的设计过程，确定了技术指标和元件的选择进行了设计中的硬件框图设计、硬件电路设计及所系统中各种芯片功能与使用方法。第四章则着重分析了设计的每个过程。最后一章是对系统设计过程中的软件以及调试环节进行了具体阐述。多点温度测定是基于AT89C51完成开发，具备模块构造简单和多点温度检测功能、数字显示、精准度高、使用范围广范的特点，在实际的生产、生活中得到广泛应用。 关键词：数字温度传感器，AT89C51单片机，单总线 Abstract The system mainly uses a distance-free multi-point temperature measurement system based on AT89C51 single-chip microcomputer and DS18B20 temperature sensor. The system uses AT89C51 single-chip microcomputer to sequentially detect the temperature of each monitoring point to realize the functions of temperature detection, display and overheating. The system mainly uses the single-chip AT89C51 microcomputer as the control core of the main system. The display module LCD 1602A is held for identification and display. LCD1602A is used as a liquid crystal display to visually display the measured temperature value. The digital temperature sensor DS18B20 is used to detect the temperature of each channel, and the monitoring accuracy can reach 0.1 °C. This article first introduces in detail the development background of the system and the functions used and its significance in the introduction. The second chapter determines the design. In the third chapter, the overall design process is discussed, and the technical indicators and component selection are determined. The hardware block diagram design, hardware circuit design and various chip functions and usage methods in the system are carried out. The fourth chapter focuses on the analysis of each process of design. The final chapter details the debugging software and debugging issues of the system. The multi-point temperature measurement and control system is based on a single-chip AT89C51 single-chip microcomputer. It has a simple hardware structure, multi-point temperature detection function, digital display, high precision and wide range of applications. It is widely used in actual production and life. Key words：digital temperature sensor, AT89C51 single chip, single-bus 目录 摘 要 - 1 - 第1章 绪 论 - 4 - 第2章 系统方案设计 - 6 - 2.1 方案设计 - 6 - 2.2 方案论证 - 7 - 第3章 系统设计 - 8 - 3.1工作原理 - 8 - 3.2 单元电路设计 - 10 - 3.2.1 DS18B20与单片机接口电路设计 - 10 - 3.2.2键盘电路设计 - 18 - 3.2.3显示电路设计 - 21 - 3.2.4 报警电路设计 - 24 - 第4章 系统软件设计 - 25 - 4.1 软件设计总体思路及主程序流程图 - 25 - 4.2 测温模块流程图 - 26 - 4.2.1 温度的采集 - 28 - 4.2.2 多点温度的测量 - 28 - 4.3 显示模块流程图 - 29 - 4.4 键盘扫描流程图 - 30 - 4.5 Protues仿真 - 32 - 第5章 元器件安装及调试 - 33 - 5.1元器件安装 - 33 - 5.2产品调试 - 36 - 5.2.1测试环境及工具 - 36 - 5.2.2温度检测部分测试 - 36 - 5.2.3电路主板测试 - 37 - 5.2.4统一调试 - 37 - 参考资料 - 38 - 致 谢 - 39 - 附录一 - 40 - 附录二 - 41 - 附录三 - 43 - 总程序 - 43 - 主程序 - 47 - 第1章 绪 论 21世纪的今天，科学技术的进步与日俱增，科技的发展带动了测量的发展步伐，现代化智能控制工具的使用和结构发生了翻天覆地的变化。中国已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今世界科技发展的一个主流，宽泛地进入到了生产和应用生活的各个领域。成为了当今世界发展中不可或缺的一个要求。 温度作为当今生活中必不可缺的物理量，同时在生产、科研、研究中需要测量和把控的重要物理量，温度是国际单位制七个基本量之一，可见其重要性。温度的高低变换给我们的生活、生产、工作等带来影响，例如，四季的变幻，深深地影响着我们当代人的生活，故此对于温度的测量和把控尤为关键。温度的测量和控制通常采用温度传感器。随着21世界计算机应用和自动化生产业的发展，温度以各种信息的采集、显示、计算处理的功能器件，温度传感器在当今使用作用日益明显，温度可为自动检测、自动控制化生产和日常测试中缺一不可的重要物理量，温度的应用日常生活和工业生产等各个方面。 单线多点式温度传感器在煤矿、高层建筑、航天飞行器等重要应用中有着重广泛的使用，故研究人员对其利用广泛注重。21世纪，早已各式各样的分布式温度传感器的相关论文发表，例如光纤光栅温度传感器等，但因为其造价高，技术难应用的地方很少，导致很少有人应用。本系统选取了美国一家公司成产的最新温度传感器DS18B20,DS18D20拥有自己特殊的单总线接口 ,通俗上讲就是允许一根线路上可以接多个数字传感器 ,从而实现装置与传感器的连接线少，连接简单,改变了模拟式传感器在和微机接时需要利用的A/D转换器和其它的缺点。运行时首先控制信号对测量点识别,这样的系统布线便可以变得简单轻快。可以构成由多个传感器的测量网络系统。另外在与传统的热敏电阻传感器相比较,它具有非常高的的测量精准度。因此，DS18B20数字温度传感器为传统的温度传感器更经济，更灵活，更无失真，更准确等，并已广泛应用于日常科研和生产中。 现在电子技术的运用和市场需求的发展使得单片机技术获得了飞快的发展速度，在高精度，高运度，低成本等多个优势方面取得了很大的进展。正直科学技术发展的高潮，电子技术借着这个浪潮势必有更高的飞跃，现在我们可以完全可以依靠单片机来完成以前利用人工的测量,这样既省时又省力。单片机在控制领域成功占据一席之地。 本次系统设计是以C51单片机作为主控模块，并且集成了必要DS18B20温度采集端口。许多传感节点通过一条共用线路与单片机组成一个分布式系统。单片机控制并实时监测温度的变化。通过LCD1602字符液晶显示屏显示数值，可以实时准确的读取每个节点的温度。若温度值超过初始设定的温度界限，则会调用报警功能。 第2章 系统方案设计 2.1 方案设计 解决方案1：系统是由单片机作为主控功能模块，温度采集元件选用D590，使用LCD对温度值进行显示，添加蜂鸣器进行报警，4x1按键单元等构成。 该系统运行状态下检测到温度变化之后，将该温度转换调节到电流转换，并将电流转换为电压信号。经过转后的信号再经放大器将信号放大到适应的信号。最后在转换器的作用下将放大的电压信号转换成为数字的信号，单片机便可对数字信号进行读取和接收。接收后的信号显示到LCD屏幕上，假若温度超过了个人设定的数值，系统报警。如图1-1所示： 图1-1方案一温度测量系统方案框图 AT89C51是本次系统设计的核心功能模块，温度传感器选取为DS18B20传感元件。对于要顺序检测的每个检测点，通过多个传感器执行检测方法。通过4x1按键对系统数值进行修改以及更改数值的大小。单独设定温度，超过预设温度启动蜂鸣报警器。不超过则通过LCD屏显示。如图1-2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 4×1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 第一种解决方案使用模拟温度传感器，转换结果必须通过运算放大器和A / D转换器传输到处理器。优点虽然控制简单，但由此产生的电路非常复杂，监测和监测多点温度报警变得非常困难。同时，使用了许多分立的电子元件和数字转换器，因此误差概率变大测量结果也不准确，因此不建议采用第一种方法。 第二种方案借助于DS18B20完成测点温度值的采集，并直接完成数值的传递显示，系统测量准确度得到了提升，并且整个硬件结构也较为简单。温度值的显示需要按照数据传输协议以及数模转换来完成。 此种方案的编程需要我们掌握我DS18B20的使用和LCD显示屏、4x4按键模块等一些模块的使用。加上对c语言编程的基