多点温度检测系统的设计毕业论文最终稿.doc

1、青岛农业大学海都学院本科生毕业论文（设计）题 目： 多点温度检测系统的设计 姓 名： 张冬梅 系 别： 工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 2013 级 1 班 学 号： 201371003 指导教师： 庞晓玲 2015 年 6 月 9 日1 多 点 温 度 检 测 系 统 的 设 计摘 要本设计以 AT89S52 单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片 DS18B20 采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC 机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现

2、温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。本设计针对温度控制系统多点测量、扩展性等特点，运用主从分布式和总线分布式多机通讯方式思想，设计可用来远程操作，多个联在一起用来检测多部位的温度从而提高精确度，并可通过计算机来控制，设置。该温度检测系统适用于人们的日常生活以及在工业、农业生产中用于温度测量。关键词：AT89S52 单片机 DS18B20 温度芯片 温度控制 串口通信2The design of multi-point temperature detecting s

3、ystem AbstractThe design works AT89S52 microcontroller as the core temperature control system and design methods. Temperature signal from the temperature chip DS18B20 collected and transmitted to the microcontroller by way of a digital signal. This paper describes the hardware part of the control sy

4、stem, comprising: a temperature detection circuit, temperature control circuit, PC and MCU serial communication circuits and some interface circuitry. SCM dealt with accordingly by the signal in order to achieve the purpose of temperature control. The paper also highlights the software design, where

5、 the modular structure of the main modules: digital tube display program, the keyboard scan and key handler temperature signal handler, relay control program, over-temperature alarm program.The temperature control system designed for multi-point measurement, scalability, and other characteristics, t

6、he use of the main idea of distributed multi-machine communication from distributed and bus design can be used to remotely operate multiple sites to detect the temperature of multiple linked together to thereby improve accuracy, and can be controlled by the computer, setting. The temperature detecti

7、on system is suitable for peoples daily lives and industrial and agricultural production for temperature measurement.Keywords: AT89S52 microcontroller chip temperature DS18B20 temperature control serial communication3 目 录第一章 课题背景 .1第二章 概述 .22.1 温度测量系统概述 .22.2 设计任务要求 .2第三章 总体设计 .33.1 方案论证 .33.1.1 传感器

8、模块 .33.1.2 主控制模块 .43.2 系统的组成结构 .5第四章 硬件设计 .74.1 温度数据采集电路 .74.1.1 温度检测电路 .74.1.2 温度存储电路 .84.1.3 温度传输电路 .94.2 单片机最小系统 .104.2.1 AT89S52 单片机 .104.2.2 复位电路 .124.2.3 晶振电路 .124.3 温度显示电路 .134.4 串口通信电路 .14第五章 软件设计 .165.1 主程序流程图 .165.2 LCD 显示模块程序设计 .185.3 温度模块程序设计 .185.3.1 DS18B20 的初始化复位 .195.3.2 DS18B20 读取字节

9、 .195.3.3 DS18B20 写入字节 .202 45.3.4 温度模块中温度数值的读取 .215.4 串口发送模块设计 .24第六章 制作与调试 .256.1 测试方法 .256.2 注意事项 .25总结 .26参考文献 .27附录一 主程序 .281第一章 课题背景温度是确定物质状态的重要参数之一，它反映了物质的冷热程度，它的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产中具有十分重要的作用。随着工业的不断发展，对温度测量的各种要求越来越高。本文一改单点测温方式，采用多点测温更方便准确地得到测量误差范围小、抗干扰能力强、成本低的测温体系。在此处使用多个 DS18B20 进行温度测量，使

10、用 AT89S52 单片机作为微控制器，该单片机运算速率快，响应周期短。用串口 RSR232 进行单片机与上位机的通讯，使测量结果可以在监控室直接获得 1。温度检测并报警在现代的生活、生产特别在设施农业中得到了越来越广泛的应用，要求也越来越高。近几年来，许多数字温度传感器相继问世，如 AD 公司的 AD 系列温度传感器、Dallas 半导体公司的 DS18X20 系列温度传感器等，这些新型温度传感器的问世大大简化了温度检测装置的设计方案，稳定性高，并且能够直接将温度转换为数字值，便于计算机综合处理。2第二章 概述2.1 温度测量系统概述本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC 微型计算机）

11、 ，下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232 串行通讯标准，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集 2。温度值既可以送回主控 PC 进行数据处理，由显示器显示。也可以由下位机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器 DS18B20 的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系

12、统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等 3。2.2 设计任务要求设计基于单片计算机和温度传感器，用于温度测量。具体要求如下：1、完成对多个地点的温度测量2、测量精度为 0.53、测量数据在主控制器上集中显示3第三章 总体设计3.1 方案论证3.1.1 传感器模块方案一：温度传感器选用 LM35，LM35 是美国国家半导体公司推出的精密温度传感器，它工作与稳压二极管相似，其反向击穿电压随温度按+10mV/k 的规律变化，可应用于精密的温度测量设备，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，它的输出电压与摄氏温度成线性比例，且无需外部校准或微调，可

13、以提供1/4的常用的室温精度。LM35 的输出电压与摄氏温度的关系为 0时输出为0V，每升高 1，输出电压增加 10mV。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图 3-1 与图 3-2 所示。正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在 25下电流约为 50mV，非常省电。由于本系统采用的是单电源模式 4。LM35 的一个缺点是在使用单一电源时，无法指示低至零度的温度。4图 3-1 LM35单电源图 3-2 LM35正负极电源方案二：智能温度传感器 DS18B20 是美国 DALLAS 公司推出的单总线数字测温芯片。DS18B20 具有独特的单总线借口方式，仅需使用一个端口就

14、能实现与单片机的双向通讯。采用数字信号输出提高了信号抗干扰能力和温度测量精度。工作电压使用范围宽（3.0V5.5V） ，可以采用外部供电方式，也可以采用寄生电源方式，即当总线 DQ 为高电平时，窃取信号能量给 DS18B20 供电。DS18B20 还有负特性，电源极性接反时，它不会因接错线而烧毁，但不能正常工作。同时可通过编程实现 912 位的温度转换精度设置。设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。温方范围为-55125，在-1085范围内，精度为0.5。又因其可以采用寄生电源方式供电。因此，一条总线上可以同时挂接多个 DS18B20，实现

15、多点测温系统。综上比较分析，我选择方案二。53.1.2 主控制模块方案一：此方案采用 PC 机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是 PC 机输出信号不能直接与 DS18B20 通信。需要通过 RS232 电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC 机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦。方案二：智能温度传感器 DS18B20 将温度传感器、A/D 传感器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，具有直接数字化输出、测试及控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强、微型化、微功耗的特点。此方案采用 AT

16、89S52 8 位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。AT89S52 是一种低功耗、体积小、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器，四个端口只需要两个口就能满足电路系统设计需要，很适合便携手持式产品的设计，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20 控制工作，还可以与 PC 机通信.运用主从分布式思想，有一台上位机（PC 微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外 AT89S52 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。综上比较分析，我们选择方案二。3.2 系统的组成结构系统选用 AT89S52 单片机作为主控制器，选用独立式按键和 12864 图形点阵 LCD 模块 LM6029 作为人机接口。外围接口芯片还有数字温度传感器DS18B20、实时时钟 S35190A、存储温度信息的 EEPROM 芯片 24LC02B5。另外，通过单片机的串口资源传输温度信息到 PC，动态监测、记录温度变化曲线。系统的总体结构如图 3-3：