1、- i -本科毕业论文（20 届）基于单片机的温度测量系统设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期- ii -目 录摘 要 . .1Abstract. .2前 言. .3第一章 绪 论 .41.1 研究背景 .41.2 国内外研究现状 .41.3 课题途径及创新点 .5第二章 系统总体设计方案 .62.1 系统基本要求 .62.2 硬件系统设计方案 .62.3 软件系统设计方案 .7第三章 系统硬件设计 .93.1 单片机最小系统 .93.2 报警按键设置电路 .113.3 温度传感器 .113.4 液晶显示 .153.5 报警系统 .16第四章 系统软件设计 .204
2、.1 程序的总体设计 .204.2 主程序设计 .204.3 温度传感器输出显示程序设计 .204.4 液晶显示驱动程序设计 .214.5 报警系统程序设计 .22第五章 系统调试与分析 .235.1 软件仿真 .235.2 硬件调试 .245.3 调试故障及原因分析 .255.4 环境模拟及系统调试 .25- iii -5.5 测试结果及其分析 .26第六章 总结与展望 .296.1 总结 .296.2 进一步开发的展望 .29参考文献致谢附录1摘 要最适宜居住的室内温度范围大约在 1827之间，为了保证人们的生活健康，本文设计了一种基于单片机的室内温度报警装置，以单片机 STC89C52
3、和单总线数字温度传感器 DS18B20 为核心器件。硬件主要由微控制器、温度传感器、液晶显示屏、语音芯片四部分组成，软件采用模块化编程方法，用 C 语言对程序进行编写。最终通过智能传感器监测与单片机控制相结合，实现温度检测。关键词：单片机，温度传感器，液晶显示，报警2AbstractThe most habitable indoor temperature ranges between 18 to 27 ，in order to guarantee peoples healthy life, this thesis designed a kind of indoor temperature a
4、larm device based on MCU, which uses single chip microcomputer STC89C52 and digital temperature sensor DS18B20 as the core components. The hardware consists of the micro controller, temperature sensor, liquid crystal display and the voice chip. The software uses modular programming method, and uses
5、the C language to write programs. Finally by intelligent sensor detection combined with single chip microcomputer control, to realize the temperature detection.Keywords: Single Chip Microcomputer; Temperature Sensor; Liquid Crystal Display; Alarm3前 言时代在发展，科技在进步，人们对生活水平的质量有了更高的追求，而生活环境也越来越得到更多人的重视。温度
6、作为生活环境的一个重要物理量，它时刻影响着人们的生活质量。在快速发展的现代化生活中，温度测量和控制已经渗透到了生活的各个方面，可以说没有什么是离得开温度的，因此，温度的测量对人们来说意义非凡。而随着科技的发展，人们也开始追求智能化，所以温度的测量就需要与单片机相结合 1。单片机不仅体积小、功能强、功耗低、性价比高，而且还便于推广应用 2。使用单片机作为微控制器，与温度传感器监测相结合 3，达到对温度检测的目的，不仅具有控制简便、灵活性强的优点，还可以使被控温度的技术指标在很大程度上得到提高。为了能够精确采集温度数据，本文设计了一种以单片机为核心的温度测量系统。使用单总线数字式温度传感器 DS1
7、8B20 采集温度信息 4，通过 C 语言开发软件程序，实现温度采集、测量、显示、报警的功能。整个系统具有电路简单、抗干扰能力强、功耗低、可靠度高等优点。全文共分为五章。第一章为绪论，主要内容包括研究背景、国内外研究现状和课题途径及创新点；第二章为系统总体设计方案，主要内容包括系统基本要求、硬件系统设计方案和软件系统设计方案；第三章为系统硬件设计，主要内容包括单片机最小系统的设计、报警按键设置电路的设计、温度传感器的设计、液晶显示的设计和报警系统的设计；第四章为系统软件设计，主要内容包括程序的总体设计、主程序设计、温度传感器输出显示程序设计、液晶显示驱动程序设计和报警系统程序设计；第五章为系统
8、调试与分析，主要内容包括软件仿真、硬件调试、调试故障及原因分析、环境模拟及系统调试和测试结果及其分析。4第一章 绪 论1.1 研究背景生活环境的好坏直接关系到人们的生活水平质量，而在这个快速发展、人们也越来越注重养生的时代，温度自然而然的成为了人们关注的焦点。温度的高低与人们的健康密切相关，温度的舒适程度也决定了人们的健康程度。室外温度我们无法控制，但是室内温度我们可以使用设备检测并控制。一般来说，室内温度保持在 1827最为舒适，而要使温度一直保持在这个温度范围之内，就需要使用到一些监测温度的仪器和设备。近来年，科技快速发展，温度检测仪器行业的发展也越来越快，并且也越来越智能化 5。在未来，
9、智能化必将代替传统的人工操作，到那时，温度的监测与控制也将不在是人们所担心的问题。智能温度传感器与微控制器的结合是智能化发展的必然趋势 6，有了这些智能化设备之后，人们的生活水平也将越来越好。1.2 国内外研究现状温度向来是各个部门最为普遍的测量项目 7，它在各个方面的影响也是极其重要的。各个国家在温度测量方面都有一定的研究，并且都取得了突破性的进展 8。前苏联的压电石英频率温度计，当温度范围在-40230之间时，温度、频率线性特性都特别好；美国标准局研制的 25 欧标准铂电阻温度计，电桥分辨能力可达 0.00002；除此之外，日本的石英温度频率转换器，最大分辨率为 0.0001，测温范围在-
10、80200之间；而我国在温度方面也有一定的研究，我国研发的石英温度传感器，允许误差范围只有0.05，而它的分辨率可达 0.0001，；还有一个就是我国航天工业总公司 702 所研制的 5901（STP-1000）型粘贴式测温片，其静态测温精度为 0.5%，而它的快速响应时间却小于 0.013s。当智能化一步一步走进我们的世界时,人们对温度测量仪的要求也就越来越高 9，而智能温度测量仪的发展就显得尤为重要。时代的发展，科技的进步，都加快了温度测量仪发展的进程，在当前的市场上，我们可以找到各种温度测量仪，并且都能满足一般需求。20 世纪 80 年代，出现了模拟集成温度传感器。20 世纪 90 年代
11、，出现了智能传感器，它是微电子技术、计算机技术、自动测试技术共同发展的结果。进入 21 世纪以来，温度传感器的发展方向也变得多样化，正从模拟化、集成化向数字化、智能化、网络化的方向发展。尽管国外在智能传感器上的研究较国内领先一步，但是随着我国不断的发展，在智能传感器上的研究也达到了先进水平。在未来的发展中，智能处理与控制和工、农业及生活的相结合是必然的，人工操作也必将被智能操作取代。51.3 课题途径及创新点本课题是基于单片机的温度测量系统设计，系统主要由单片机和智能温度传感器构成。硬件通过 Proteus 软件对硬件电路进行设计、仿真及测试，软件采用 Keil4 软件对程序进行编写。该系统结
12、构简单、功耗较低，测温范围为-55+125，通过液晶显示，系统的测温精度可以达到 0.5，并且能稳定的与单片机通讯。在设计过程中，采用模块化程序设计法，分成若干部分，各部分相对独立，完成一定的功能，从而满足对温度检测的实际需求。课题途径主要分为：资料收集及当前研究现状分析、硬件设计、软件设计、编程仿真、调试与分析等几个阶段。 本次设计主要任务是通过智能传感器监测与单片机控制相结合，实现温度检测。对于这次设计主要的创新点就是以监测室内温度为主题，加入了语音提示模块，这样就能在第一时间知道温度是过高还是过低，以便立即采取措施来改变当前温度，使室内温度始终处于一个稳定的、安全的、健康的范围之内。6第
13、二章 系统总体设计方案2.1 系统基本要求本次设计的目的是完成基于单片机的温度测量系统的设计 10，主要是以单片机为核心、采用智能温度传感器对温度进行检测，实现温度的实时测量 11和液晶显示 12，并通过报警系统完成对温度的监测。该系统的设计方案主要分为硬件系统设计和软件系统设计两部分。2.2 硬件系统设计方案1.硬件电路组成温度测量系统的硬件电路由单片机、复位电路、振荡电路、报警按键设置电路、温度采集、液晶显示、报警系统组成，温度测量系统硬件结构框图如图 2-1 所示。单片机复位电路温度采集报警按键设置电路液晶显示报警系统振荡电路图 2-1 温度测量系统硬件结构框图2.硬件选型（1）单片机的
14、选型：方案一：微控制器采用 STC89C52 单片机，它是宏晶科技研制的新一代单片机，指令代码完全兼容于 51 单片机，属于增强型 8051 单片机，速度快、使用方便、对工作环境要求低、性能优越。可以用串口直接下载程序，且可反复擦写编程，而且价格也较便宜。方案二：微控制器采用 MSP430 单片机，MSP430 是美国德州仪器 （TI）研制的一种 16 位混合信号处理器，不仅指令集精简，而且功耗非常低。它的处理速度快、运算能力强并且有着丰富的片内资源。考虑到由于本次设计数据存储量不是很大、处理也不复杂，在这使用 MSP430 太过浪费且价格较贵，所以选用方案一，采用 STC89C52 单片机。
15、7（2）温度传感器的选型：方案一：采用热敏电阻或 AD590 温度传感器，经过 A/D 转换为数字信号，在精度方面准确度较高，但是价格稍贵且电路有些复杂。方案二：采用温度传感器 DS18B2013，该器件的主要特点有：单总线，双向通信；多点组网，多个温度传感器可挂在一根总线上实现多点测温 14；测温范围广：-55+125 ；工作电压在 +3+5.5V 之间 15。方案三：采用基于 SMBUS 的 MAX6654 型智能温度传感器，该器件可同时测量远程温度和本地温度（即芯片的环境温度）。MAX6654 是一种大规模集成器件，由 12504 只晶体管组成，器件模块包括 P-N 结温度传感器、11
16、位 A/D 转换、多路转换器、控制逻辑、地址译码、SMBUS 串行总线接口；内部电路中有 11 个寄存器、2 个数字比较器和漏极开路的输出级；有多种工作模式，可编程的温度上下限报警器功能。考虑到设计要求需要使用智能传感器，故排除方案一，又因为 MAX6654 在此设计中得不到充分利用且成本较高，故排除方案三，而 DS18B20 温度传感器，体积小、线路简单、使用方便且价格便宜，故采用方案二，选用 DS18B20 温度传感器。（3）液晶显示屏的选型方案一：采用 12864 液晶显示屏，它是 12864 的点阵，可以显示汉字和图形，能够与 CPU 直接接口。方案二：采用 LCD1602 液晶显示屏
17、，能够显示 162 个字符，接口方便、体积小、质量轻且功耗低。两者比较，12864 比 LCD1602 功能更全面，但是考虑到成本和本设计的需求，12864价格稍贵且本设计不需要显示汉字及图形，所以采用方案二，选择 LCD1602。（4）语音芯片的选型方案一：采用 ISD4004 语音芯片，它可以录放音 816 分钟，音质非常好，片内信息可以保存 100 年，能够反复录音 10 万次左右。ISD4004 作为“从”设备，有 SPI 接口的微控制器作为“主”设备。方案二：采用 ISD1760 语音芯片，它是高集成度、高性能的语音芯片，它的音质非常好，工作状态提示多样化。相较而言，ISD1760 比 ISD4004 功能更强大，但在本设计中 ISD4004 基本可以满足设计需求，且 ISD4004 更加便宜，综合考虑，采用方案一，选择 ISD4004 语音芯片。2.3 软件系统设计方案软件设计主要包括利用 Proteus 软件来对电路进行设计、仿真和测试 16，在 Keil4 软件中利用 C 语言对程序进行编写 17。采用模块化编程方法，使各部分的程序清晰明了，
