吳昊 黎洋 張清宇 張衡

摘要：本系統(tǒng)設計為一個多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)，主要實現(xiàn)三路溫度采集，采集的溫度可在LCD上顯示，可通過手動調(diào)整顯示其中一路的當前溫度值，低溫限值，高溫限值，并且可以通過按鍵調(diào)節(jié)溫度的高低限值。本次設計硬件部分以AT89C52單片機為核心，通過四路DS18B20溫度傳感器采集溫度，在單片機的控制下對相應傳感器采集到的溫度進行數(shù)據(jù)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示器上。當所測溫度值超過溫度的高限值或低于低限值時，報警電路就會報警，蜂鳴器報警，發(fā)光二極管閃爍。

關鍵詞：溫度測量；51單片機；DS18B20

一、前言

隨著社會的進步和工業(yè)技術的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素。許多產(chǎn)品對溫度監(jiān)測范圍要求嚴格，而且目前市面上的溫度監(jiān)測儀器都是單點測量，且溫度信息傳輸是不及時的、不夠精確的，從而不利于工業(yè)控制及時做出決定。在這種情況下，制作出多點溫度監(jiān)測、實時性高、高精度的同步測量方案是很有必要的。因此，這次綜合設計以單片機為核心部件設計出一種多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本次綜合設計的目的在于掌握數(shù)字傳感器DS18B20的原理、性能、使用方法和特點，用keil對系統(tǒng)進行編程。本次設計綜合了電子信息、計算機技術專業(yè)領域方便的知識，具有綜合性、科學性、代表性，可全面檢驗和促進學生的理論素質(zhì)和工作能力。本設計的研究可以使學生更好的掌握基于單片機應用系統(tǒng)的分析與設計方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學風，提高電子產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)、增強針對實際應用進行控制系統(tǒng)設計制作的能力。

二、總體方案設計

（一）方案論證與比較

方案一：采用3個溫度傳感器AD590來測量環(huán)境溫度，AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。然后分別將采集到的多路數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉換芯片ADC0809進行信號轉換，即將采集模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后送到單片機進行數(shù)據(jù)的分析與處理。在方案一中，輔助電路主要由時鐘電路、復位電路、報警電路、液晶顯示電路、鍵盤控制電路等組成。

方案二：這個方案使用AT89C52單片機為核心，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20溫度的測量元件，在這個電路中采用3個DS18B20對各點溫度進行監(jiān)測，通過鍵盤電路對溫度上下限值進行修改和循環(huán)顯示，顯示電路采用LCD1602模塊。

（二）方案選擇

方案一采用模擬溫度傳感器AD590，轉換結果需要經(jīng)過運算放大器和A/D轉換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，成本低，但是后續(xù)電路復雜，且需要進行溫度標定，集成溫度傳感器AD590輸出為電流信號，且輸出信號較弱，所以需要后續(xù)放大及A/D轉換電路，如采用普通運放則精度難以保證，而測量放大器價格較高，這樣會使系統(tǒng)成本升高。

方案二以DS18B20為傳感器和AT89C52單片機為控制核心組成多點溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括復位電路、時鐘電路、溫度采集電路、鍵盤與溫度顯示電路、上下限報警電路等。采用Dallas半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨特的單總線接口，僅需要占用一個通用I/O端口即可完成與微處理的通信。

因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20體積小、經(jīng)濟、使用方便靈活。測試精度高，較高的性價比，有CRC校驗，系統(tǒng)簡明直觀，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場測溫。

綜上所述，本次專業(yè)系統(tǒng)設計采用方案二對系統(tǒng)進行設計。

三、各單元模塊功能介紹及電路設計

（一）單片機系統(tǒng)模塊

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。

AT89C52單片機進行系統(tǒng)控制，運到到了復位電路，時鐘電路，串口，I/O接口。

（二）溫度采集模塊模塊設計

DS18B20溫度測量系統(tǒng)有一個很簡單的測溫系統(tǒng)，測溫精度高，方便連接。DS18B20與單片機的硬件連接方式有：VDD連接到一個外部電源，GND接地，輸入/輸出接口和單片機的輸入/輸出接口想連。不管是何種電源方式，輸入/輸出端口引腳必須連接大約4.7k上拉電阻。

在外部電源供電的方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用5V電壓供電，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上可以掛接多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是同一個。

（三）報警模塊設計

報警模塊主要由蜂鳴器、發(fā)光二極管、以及電阻和電容構成。

當傳感器測定的溫度值超出系統(tǒng)預設值時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時發(fā)光二極管閃爍，提示監(jiān)測人員注意，以便做出相應的調(diào)整。

四、調(diào)試與結果：

該測溫系統(tǒng)采用智能型溫度傳感器DS18B20，其測量溫度的范圍為-55?度～+125度，最大分辨率可以達到正負0.05度，采用單總線方式與單片機相連，同時可直接將溫度的模擬信號轉變?yōu)榇袛?shù)字信號供處理器分析，以達到度溫度的實時監(jiān)測，最終實現(xiàn)人機交換。

五、總結

溫度測量對日常工業(yè)生產(chǎn)以及自動化生產(chǎn)控制過程中都具有很大的作用，溫度保證整個生產(chǎn)過程的安全、有序、高效的進行，一種電子溫度測量儀器相比傳統(tǒng)的溫度測量有著明顯的優(yōu)勢和更高的使用價值。本設計采用高主頻的單片機作為整個測溫系統(tǒng)的核心處理器，通過與溫度傳感器進行實時通信處理溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)字信號，進行相應的溫度參數(shù)的快速分析處理，并通過終端顯示LCD實時顯示溫度值，與用戶進行實時通信。

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