1、智能测温系统设计第1章 绪论1.1设计背景随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现. 能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻 的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也 有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便， 测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用 STC89C5单片机作为主控制器件， DSI8B20作为测温传感器通过LCD1602并行传送数据，实现温度显示。通过 DS18B20直 接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较
2、好，在-55 C 125C最大线性偏差小于0.1 C。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处 理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度， 从而简化数据传输与处理过程。1.2智能测温系统特征温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量， 但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度， 但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温 度到底是多少度。数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差 TH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响 应。因此，可用多只D
3、S18B20同时测量温度并进行告警搜索。在64位ROM勺最高有效字节中存储有循环冗余校验码 （CRC。主机根据RO啲前56 位来计算CRCfi，并和存入DS18B2C中的CRCfi做比较，以判断主机收到的 ROM数据 是否正确。3.3 DS18B20测温原理DS18B20勺测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很 小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡 频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当 计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成 温度测量.计数门的
4、开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 50 C所对应的基数分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预 置在50 C所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计 数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图 2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用， 于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程， 直
5、至温度寄存器值达到被测温度值， 这就是 DS18B20勺测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时 隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20勺各种操作必须按协议进行。操作协议 为：初始化DS18B2Q发复位脉冲）一发ROM功能命令一发存储器操作命令一处理数据。DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5 C，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲 略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂 存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1 C0.01 C. DS1820内部暂存寄 存器的分布如表1所示，其中第7字
6、节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器 1的计 数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法 获得高分辨率的温度测量结果。首先用 DS1820提供的读暂存寄存器指令（BEH）读出以0.5 C为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实 际温度整数部分T整数，然后再用BEH旨令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计 数值M每度，考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25 C、0.75 C为进位界限的关系， 实际温度T实际可用下式计算得到：T 实际=（T整数0.25 C）+（M每度M剩余）/M每度。第4章设计电路控制器使用单片机A
7、T89C2051温度计传感器使用DS18B20用液晶实现温度显示。 本温度计大体分三个工作过程。首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度， 并 将结果送入单片机。然后，通过AT89S51单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和 转换，井将此结果送入液晶显示模块。最后， SMC1602A芯片将送来的值显示于显示屏上。由图1可看到，本电路主要由 DS18820温度传感器芯片、SMCI602A液晶显示模 块芯片和AT89S51单片机芯片组成。其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与 单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。4.1显示电路显示电路采用SM
8、CI602液晶显示模块芯片该芯片可显示16X 2个字符，比以前的七段 数码管LEE显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于SMCI602芯片编程比较简单， 界面直观，因此更加易于使用者操作和观测。SMCI602芯片的接口信号说明如表4-1列表4-1 SMCI602A芯片的接口信号说明编号符号引轟说明第号jfr 口 付T引脚说明1VSS电源地9D2数据I/O2VDD电源正极10D3数据I/O3VL晶压信 号11)4 数据I/O4RS数据命令选择12D5数据I/O5R/W读/写选择端13D6数据I/O6E使能信号14D7数据I/O7DO数据I/O15BLA背光正极8D1数据I/O16BLK背光
9、负极4.2温度检测电路DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式， DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。DS18B20的电源供电方式有2种：外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄 生电源方式时，VDD和GND均接地，他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有 用,原理是当1 W ire总线的信号线DQ为高电平时,窃取信号能量给DS18B20供电,同时一部分能量给内部电容充电,当DQ为低电平时释放能量为DS18B20供电。但寄生 电源方式需要强上拉电路，软件控制变得复杂（特别是在完成温度转换和拷贝数据到 E2PR0M寸）,同时芯片的性能也有所降低。因此,在条件允许的场合,尽量采用外供
10、电方式。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O 口线要接5KQ左右的上拉电。在这里 采用前者方式供电。DS18B20与芯片连接电路如图4-1所示：DS18B20图4-1 DS18B20与单片机的连接第5章系统软件设计5.1概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的， 当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序） ，它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程 序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件 也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执
11、行模块进行 功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统 的总体功能选择一种最合适的监控程序结构， 然后根据实时性的要求，合理地安排监控 软件和各执行模块之间地调度关系。主程序流程见图 5-1 o5.2主程序模块主程序需要调用4个子程序，分别为数码管显示程序，温度测试及处理子程序， 报警子程序，中断设定子程序。各模块程序功能如下：数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。报警子程序：进行温度上下限判断及报警输出。中断设定程序：实现设定上下限报警功能。结论本次课设的任务是采用 AT89
12、C2051单片机作控制器，温度传感器选用DS18B2C来设 计数字温度计，系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路。主控制器由单 片AT89C2051实现，测温电路由温度传感器 DS18B20实现，显示电路由4位LED数码管 直读显示。通过本次课设使我学会了很多东西，通过自己找材料，向老师答疑，与同学讨论， 自己修改，研究，最终完成本次课设。在这个过程中，不但使我对单片机课程所学的知 识有了更深入的了解，而且还培养了我的自学能力。有些不懂的问题通过向老师请教得 到解决，使我受益匪浅。课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我再一次的 加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我第一
13、次将课本知识运用到了实际设计， 使得所学知识在更深的层次上得到了加深。 再次，因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度，这对我来讲都是一种锻炼，培养了我自学、查阅搜集资料的能力；再有， 计算操作工程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我还是坚持下来了，这 就是我意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里，它必将成为我的宝贵财富。致谢在论文完成之际，我要特别感谢老师的悉心指导和热情关怀。在撰写论文的过程中， 无论是在论文的选题，构思和资料的收集方面，还是论文的研究方法以及成文定稿方面， 我都得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助， 在此表示真诚的感谢和深深的谢意。 在 论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。最后祝愿老师工作顺利，身体健康，万事如意！同时也祝所有的同学学业有成，前 途无量！参考文献1杨素行著模拟电子技术基础（第三版）M.北京：高等教育出版 社,2006.2康华光著.数字电子技术基础（
