1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于单片机的多点数字测温系统（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目录摘 要 .IIIAbstract .IV前 言 .V第一章 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 多点测温系统发展趋势 .11.3 本课题研究的意义 .11.4 系统概述 .2第二章 系统硬件介绍 .32.1 温度传感器的介绍 .32.1.1 温度传感器的选择 .32.1.2 DS18B20 性能描述 .32.1.3 DS18B20 的结构 .42.1.4 多点测温原理 .52.1.5 多点测温应用 .72.2 单片机 AT89C52 介绍 .72.2.1 主
2、要性能参数 .72.2.2 引脚功能及管脚电压 .8第三章 多点测温系统设计 .113.1 系统大概结构 .113.2 系统硬件设计 .113.3 DS18B20 与单片机的典型接口设计 .133.4 RS-232 接口简介 .143.5 软件设计与调试 .153.6 系统仿真验证 .183.6.1 设计方案仿真图 .183.6.2 在仿真过程中出现的问题以及解决方法 .19第四章 系统整体联机调试及实验结果分析 .204.1 PC 机与单片机的串行通信接口电路 .204.2 仿真结果分析 .21结论与展望 .22参考文献 .23附录 .24致谢 .28基于单片机的多点数字测温系统摘要随到人们
3、生活的不断提高，单片机技术已成为人们在控制领域中所追求的目标。本文就是介绍了一个基于单片机实现多点测温的系统（设计） 。使用达拉斯公司的数字温度传感器 DS18B20,成功实现多点测温。介绍了 DS18B20 的特性及 DS18B20 的结构、功能、测温原理以及在多点温度测试中的应用。由于 DS18B20 的高精度、良好的互换性, 可直接将温度数据进行编码。该系统由上（下）位机两大部分组成。上位机部分使用了通用 PC。下位机则实现温度的检测并提供标准 RS232 通信接口，单片机芯片使用了 ATMEL 公司的 AT89C52 单片机。此次设计课题就是以 ATMEL 公司的 C52 单片机系统为
4、核心，数字传感器 DS18B20构成的多点测温系统。C52 单片机能对多点的温度进行实时巡检。DS18B20 是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，最后介绍了 DS18B20 数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。关键词: 数字传感器; 温度;多点测温;DS18B20MCU-Based Multipoint Digital Temperature Measuring SystemAbstractWith the continuous improv
5、ement of peoples lives, microcontroller technology has become the goal. This article is to introduce a single chip multi-point temperature based on the system (design). Dallas Company to use digital temperature sensor DS18B20, successful multi-point temperature. Describes the characteristics and DS1
6、8B20，DS18B20 the structure, function, temperature measurement principles and multi-point temperature of the test. As DS18B20 precision, good interchangeability, temperature data can be directly encoded. The system consists of upper (lower) bit machine and two major components. Some use a common PC f
7、or lower bit. Lower the temperature of the testing machine is to achieve and provide a standard RS232 communication interface, single chip using the ATMEL Corporation AT89C52 microcontroller. The project is to design the companys C52 ATMEL microcontroller system as the core, the digital sensor DS18B
8、20 temperature measurement system composed of multi-point. C52 microcontroller, the temperature of the real-time multi-point inspection. DS18B20 is a network of high precision can be digital temperature sensor with single bus, because of its unique advantages, allows users to easily set up from the
9、sensor network, and allows multi-point temperature measurement circuit becomes simple and reliable. This combination of practical experience, and finally introduced DS18B20 digital temperature sensor in the SCM hardware connection and software under the program, and gives the software flow chart. Ke
10、ywords: Digital sensors，Temperature ，Multi-point measurement temperature， DS18B20前 言目前，随着计算机科学的飞速发展，数字测量技术已扩广到每个领域。数字多点测温只是数字测量技术应用中的一个很小的部分，在全国各行业中，数字测温技术的应用得越来越广泛，也越来越重要。温度是许多监控系统中的一个重要参数。对于需要实时多点温度测量的场合, 计算机测控系统更为重要。其中测温点由DALLAS数字温度传感器DS18B20构成 ,在测温技术中DS18B20主要任务就是直接把温度信息转换成数字信号。数据采集、处理模块主要由单片机AT
11、89C52后完成温度数据的读取和传输。通信模块分下位机和上位机两部分。下位机利用AT89C52传输和接收数据, 上位机通过串口接收和发送数据, 并把接收到的温度数据通过图像表现出来 1。第一章 绪 论1.1 课题背景人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑温度对自身系统的影响，温度是与人类生产生活密切相关的一个物理量，由此便产生了各种各样的温度测量方法 2。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健
12、诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。1.2 多点测温系统发展趋势随着现代科学技术的飞速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展,微型化、集成化、数字化正成为传感器的发展趋势。而在温度传感领域,高精度温度测量、多点测量、无线传输成为新的研究方向。进入 21 世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。传感器主要大体经过了三个发展阶段：第一，模拟集成温度传感器：该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、
13、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，其产品有 AD592、AD590、TMP17、LM135 等；第二，模拟集成温度控制器：模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，其产品有 AD22105、LM56 和 MAX6509。第三，某些增强型集成温度控制器中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有很多相似之处 3。1.3 本课题研究的意义随着科学技术的不断进步与发展，温度控制在电子测温计、工业控制、电子测温计、医疗仪器、家用电器等各种温
14、度控制系统中都被广泛应用，且由过去的单点测温向多点测温发展。在以前的温度测量系统设计中，往往采用模拟仿真技术进行设计，这样就不可避免地造成如多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题；而其中某一环节如果处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着当今科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，集成化、微型化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国 Dallas 公司推出的数字温度传感器 DS18B20，就是具有独特的单总线接口，此传感器需要占用一个单片机上一个 I/0 端口即可完成通信；在-10+85 温度范围内有 0.5 度精度；用户可编程设定 912 位的分辨率 4。以
15、上特性使得DS18B20 非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如大型工业建造系统、冷冻仓储系统、楼层自动化系统、温控生产线以及温度影像检测、医疗的温度测试、空调系统的温度检测等。1.4 系统概述本设计运用主从分布式思想，上位机由一台 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。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。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。此次
16、系统设计一个基于单片机能够进行多点温度同时测量的系统。该系统能够同时对多个点的温度进行测量和进行显示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。第二章 系统硬件介绍2.1 温度传感器的介绍2.1.1 温度传感器的选择现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量环境、测量目的以及测量对象合理地选用传感器，是在进行测量某个量时首先要解决的题。当确定传感器之后，与之相配套的测量设备和测量方法也就可以确定了。测量结果
17、最终的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。比如:根据测量对象与测量环境确定传感器的类型;灵敏度的选择;频率响应特性;线性范围;稳定性;精度等。DALLAS公司的DS18B20传感器是单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。全部转换电路及传感元件集成在形如一只三极管的集成电路内。2.1.2 DS18B20 性能描述本次设计选用的数字传感器就是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20 其特点如下：适应电压范围更大，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；DS18B20 独特的单总线接口方式连接，在与微处理器连接时仅需要一条 I/O
18、 口即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯；DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；DS18B20 在使用中不需要任何传感元件，外围元件及转换电路集成在形如一只三极管的电路内；测温范围在55125之间，在-10时精度为0.5；可编程的分辨率为 19+85时精度 2 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.125、0.0625和 0.25，可实现高精度测温；在 9 位分辨率时最多在 93ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快；测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给单
19、片机,传送CRC 校验码，这样就具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；DS18B20与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现数字值读数方式。其可以分别9375ms和750ms内完成9位和12位的数字量，最大分辨率为00625，而且从DS18B20读出或写入DS18B20的信息仅需要一根口线读写 5。2.1.3 DS18B20 的结构DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚,小体积封装形式；温度测量范围为在55125之间,测温分辨率可达0.0625，可编程为9位12位A/D 转换精度。在硬件上，DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc 接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连； 另一种是用寄生电源供电，此时UDD、 GND接地，I/O 接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。本文中传感器采用外部电源供电的方法。 DS18B20的外形及管脚排列如图2.1所示。图2.1 DS18B20的外形及管脚排DS18B20的内部结构如图2.2。
