1、摘 要I摘 要温度是一个基本的物理量，几乎所有的科研和生产过程都和温度息息相关。准确获取系统的环境参数有助于对设备仪器的工作状态进行监控，因而，准确地测量和控制温度，对于获得正确的科研数据和保证产品质量都十分重要。本论文研究设计出一套多点温度测量系统，该系统具有测量精度高，控制范围广，抗干扰能力强等特点，可适用于科学研究及工农业生产等不同领域对温度测量的需求。在本文中，先分析了现有的几种不同的温度测试方法，并在对比各种不同方法的优缺点的基础上，考虑系统本身测试要求以及精度速度等指标要求，选择数字温度计 DS18B20 作为本系统的传感器，采用 LCD1602 液晶双行显示芯片，分别显示温度传感
2、器的测量温度值、温度最高上限值和测量时间的预设值。在选型的基础上设计了硬件系统以及相应的检测系统，通过综合调试，实现系统的测试和报警功能。关键字：多点温度传感器网络，单片机，温度测量ABSTRACTIIABSTRACTTemperature is a basic physical factor, almost all of the scientific and industry work have a way with temperature. Obtaining these parameter correctly can help us to gain the instruments sta
3、te .So, how to control temperature accurately, is very important in scientific research and industry quality.In this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more ess
4、ential .It takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision .This paper first analyzed some kinds of method about testing the temperature and the humidity .Then balance the different methods disadvantages ,advantages ,and the using systems meterage requirement about the precis
5、ion ,testing rate ,and so on .And then choosing the digital thermometer DS18B20.And set the TI s MCU,LCD1602,as main processor .Based on this work ,designed a hardware circuit .This circuit can achieve the testing function .We use the temperature chest to demarcate the system.Key words: Multi-Point
6、Temperature Sensor Network, single-chip microcomputer，Temperature measurement目录III目录第 1 章 引言 .11.1 概述 .11.2 目前国内外研究现状 .11.3 课题设计的目的和意义 .21.4 论文主要内容 .31.5 多点温度测量系统整体结构分析 .4第 2 章 多点环境监测系统的总体设计 .52.1 具体方案 .52.2 系统主要技术参数 .62.3 本论文中元器件的选择 .72.3.1 数字温度传感器概述 .72.3.1.1 DS18B20 性能参数介绍 .82.3.1.2 DS18B20 的测温原理
7、 .102.3.1.3 DS18B20 自动搜索算法 .112.3.1.4 DS18B20 编程设计 .142.3.2 AT89S52 微控制器相关介绍 .222.3.3 DM-1602 液晶显示器简介 .242.3.4 MAX232 串口芯片简介 .29第 3 章 系统的硬件结构设计及程序编程 .313.1 稳压电路设计 .313.1.1 稳压电源的组成 .313.1.2 稳压电路设计 .323.2 温度数据处理算法分析及程序设计 .333.2.1 温度数据处理算法 .333.2.2 温度数据处理子程序 .353.3 DM-1602 液晶接口电路 .373.4 串口通信电路设计 .383.4
8、.1 MCU 与 MAX232 通信电路设计 .38目录IV3.4.2 串口通信方式 .393.4.3 串口通信波特率计算 .413.4.4 串口通信硬件连接电路 .443.5 外围电路设计 .453.5.1 时钟电路设计 .453.5.2 复位电路设计 .463.5.3 声光报警电路 .473.5.4 程序流程图 .48第 4 章 结论 .49参考文献 .50致谢 .52附录 .53外文资料原文 .66译文 .77第 1 章 引言1第 1 章 引言1.1 概述环境监控是一个重要的课题，特别是在工业应用场合中。通过对设备仪器的工作状况的监控，能够检测设备仪器的各种的工作异常情况，从而避免设备仪
9、器由于环境的恶化而出现故障而蒙受经济损失；而设备仪器一般都有一定的温度的环境因数特性，在不同的工作环境下其性能会有稍微的变化，在精密的仪器和设备中，这种性能的变化往往是噪声系统的误差，从而降低了系统的性能,这种变化可以看成固定的变化，可以通过补偿的方法修正或者消除，从而提高系统的性能稳定性。所以有必要通过某种方法检测不同的环境参数，诸如温度、湿度、电网电压、电磁干扰等。1.2 目前国内外研究现状目前温度检测仪表种类繁多，常用的温度检测仪表如图 1-1 所示。图 1-1 常见温度检测仪表电子科技大学成都学院本科毕业设计论文2近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度检
10、测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测温技术，并取得了重大进展。新一代温度检测元件如图 1-2 所示。图 1-2 新一代温度检测元件1.3 课题设计的目的和意义各种环境参数中，其中最关键也最常见的一个参数就是温度参数。在实际应用中，由于设备的温度过高或者过低,造成的工作故障比比皆是，在普通的工作场合中，可以通过温度计人为的检测环境的温度，但是这种方法不方便，并且精度不高，操作性差，无法实现全自动生产。特别在对于可靠性要求很高的生产场合中，是不允许有差错的出现，因为温度造成的故障会带来非常恶劣的效果。所以在现代的工业场所中，大体上都是采用温度湿度自动控制系统，通
11、过总线把各个地方的温湿度信息送到集中处理计算机,进行监控。传统的方式一般采用热电偶或热电阻，其输出的模拟信号，需要经 A/D 转换后才能送入单片机等微处理器，这样的硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，各种新型温度传感器和测量方法大量出现并成功应用。单总线数字式智能型传感器技术彻底改变了传统的温度测量方法，在粮库测温系统、冷库测温系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等多种系统中都需要多点温度测量系统。因第 1 章 引言3此，多点温度测量技术实现尤为重要。本课题基于以上的目标,制作一个综合的测试系统，可以同时检测多路系统的温度信息,并将温度信息实时的上传到上位机以供后续处理。基于 AT89C
12、52 单片机、C 语言和 DS18B20 传感器的多点温度测量系统设计，并对系统实际运行的结果数据进行分析。论文研究在理论和实践方面均具有重要意义，主要表现在：1.降低测量成本。测量现场的智能传感器测得被测对象的数据信息后，通过网络传输给精密测控仪器或高档次微机去分析处理，既节约了人力物力，又提高了贵重复杂设备的利用效率。2.提高了测量精度。论文通过温度传感器 DS18B20 提取 12Bit 温度数据，进行计算处理，使温度数据可精确到小数点后 4 位，这在科学研究及工农业生产中都具有重要价值。3.实现了报警测控和资源共享。添加了蜂鸣器模块，设置了温度的限度并且在 PC 终端上进行测量和数据采
13、集，可以远程监控过程和数据，使测量跨越了空间和时间的限制，并且能实现测量设备和测量信息等资源的共享。1.4 论文主要内容根据现有测温系统的缺点，我们提出了一种新型的测温方案，具有以下 4 个特性：1.采用新型的数字温度传感器，简化测温电路。2.数字信号传输，利于有干扰现场的应用。3.建立温度采集电路和 PC 机之间的串行通信，实现温度数据的实时传输；并设计了温度信息数据库，实现对温度信息的存查询、显示和报表打印等功能，方便温度场的分析和模拟。4.最大限度地减少布线工作量，降低系统的资金投入。为了达到上述 4 个目标，我们提出了多点智能测温系统的方案，并为这个方案的实施找到了技术上的支持：1）选
14、择 DALLAS 公司生产的 DS18B20 作为数字温度传感器，一条单总线上可挂接多个 DS18B20，很方便地组成多点测温系统，分辨率可达 0.0625；且省去电子科技大学成都学院本科毕业设计论文4了传统的 A/D 转换单元，简化测温电路。2）设计了实用的双层总线结构，分别是室内测温层和温度数据传输层。3）采用单总线作为室内测温层总线，简化布线工作；通过 RS232 总线实现温度采集电路和 PC 机之间的串行通信。实时温度高精度测量，本系统能够通过多个温度传感器(3x7 的矩阵)实时检测被测对象的温度信息，测量精度精确到小数点后 4 位。在测量现场通过 LCD 显示模块 SMC1602A
15、进行本地显示。根据实际需要，所检测的温度点数是可以扩展的。1.5 多点温度测量系统整体结构分析论文研制的基于智能传感器的多点温度测量系统的整个测量系统的结构框图如图 1-3。图 1-3 测量系统的结构框图其主要功能是在现场对被测温度进行采集、计算和处理，其中主要包括以下5 个部件的设计：a)稳压电源；b)液晶显示模块；c)温度处理控制模块；d)串行接口；e)温度传感器网络。第 2 章 多点环境监测系统的总体设计5电子科技大学成都学院本科毕业设计论文6第 2 章 多点环境监测系统的总体设计2.1 具体方案我们不难发现现场总线的数字化正好解决了本系统要求的第 1、2 特性，而现场总线所具有的多点通
16、信的功能又为第 3、4 项特性的实现扫清了道路。因此，能否选择一种适合于多点温度测量系统的总线结构就成为本系统成败的关键。目前国际上的现场总线种类繁多，没有统一的标准。既然系统设计是为了完成预期的功能，那么我们完全可以自主构建一个总线结构。温度传感器的选择是本系统的关键。由于智能温度传感器采用数字化技术，能以数据形式输出被测温度值，具有测温误差小、分辨力高、抗干扰能力强、用户可设定温度上下限、具有超限自动报警功能，并且带串行总线接口，适配各种微控制器，因此我们采用智能温度传感器。我们采用 DALLAS 半导体公司生产的新型数字温度传感器 DS18B20。因为和其他数字温度传感器相比，它更适合本
17、系统，比较结果见表 2-1 所示。可见 DS18B20 具有测温准确度高、总线挂接负载能力强的优势。它集温度测量、报警监测和数据通信多种功能于一体，并且兼容于 DALLAS 公司提出的单总线，可以很方便的组成底层总线。由于这层总线的主要功能是完成变风量空调实验室内温度的检测，所以称之为测温层总线。表 2-1 数字温度传感器的比较传感器 使用总线 测温准确度 测量范围（） 总线最多挂接传感器数量LM75 I2C 3 -25+100 8LM74 SPI 3 -55+125 8MAX6575 1-Wire 0.8 -55+125 8DS1820 1-Wire 0.5 -55+125 80100DS18B20 1-Wire 0.5 -55+125 80100，分辨力可编程
