多路系统测温解析.docx

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多路系统测温解析

摘要

随着社会的发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。

此次设计是以AT89C51单片机系统为核心，能实现8路及以上的温度点测量和实时显示，可根据设定的上下限输出报警及显示。

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，它以其耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样的特点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

关键词：

DS18B20；温度测控系统；单片机

目录

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

引言……………………………………………………………………………1

1题目分析……………………………………………………………………2

1.1设计题目…………………………………………………………………2

1.2主要内容…………………………………………………………………2

1.3具体要求…………………………………………………………………2

2设计方案………………………………………………………………………3

3硬件设计……………………………………………………………………4

3.1温度传感器………………………………………………………………4

3.2显示模块…………………………………………………………………5

3.3数据存储模块……………………………………………………………6

3.4日历时钟模块……………………………………………………………7

3.5按键输入模块……………………………………………………………8

3.6串行通信模块……………………………………………………………8

3.7报警模块…………………………………………………………………10

4仿真结果图……………………………………………………………………11

总结体会…………………………………………………………………………13

参考文献…………………………………………………………………………14

致谢………………………………………………………………………………15

附录A程序………………………………………………………………………16

附录B原理图……………………………………………………………………22

引言

随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。

本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。

本设计采用51单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器DS18B20，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。

单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LCD进行显示。

我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。

用芯片DS1302作为时钟芯片，24C02C作为数据记录与存储芯片。

最终实现8路及以上的温度点测量和实时显示，并可根据设定的上下限输出报警及显示，RS232总线接口。

1题目分析

1.1设计题目

多路温度测控系统

1.2主要内容

设计一多路温度测控系统，能实现8路及以上的温度点测量和实时显示，可根据设定的上下限输出报警及显示，具有RS485或RS232总线接口。

设计完整的电路原理图和编写相关程序。

1.3具体要求

用MCS-51系列单片机或其它CPU作为控制器设计一完整测控仪器,包括以下内容：

温度可采用标准系列热电耦或标准热电阻或DS18B20；

用LCD1602显示或用LED显示；

用输入按键可以暂停、转换、通道的显示；

日历时钟显示；

数据记录存贮功能；

RS485或RS232通讯；

PROTEUS仿真以上一种功能。

2设计方案

总体设计框图

这里通过按键选择要测量的单个DS18B20的温度，DS18B20将温度值转化并储存在储存器中，系统多出来用LCD来显示出来，如果有值超过高温报警值或低于低温报警值则产生报警。

本设计运用主从分布式思想，由一台上位机，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，通过上位机单片机进行现场温度采集。

温度值既可以送回主控上位进行数据处理，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。

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。

本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。

3硬件设计

3.1温度传感器

这里采用的温度传感器为DS18B20，DS18B20型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。

全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

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9～12位的数字值读数方式。

单线数字化智能集成温度的传感器，其特点是：

1DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和A／D转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便．

2DS18B20能提供9到12位温度读数，精度高，且其信息传输只需1根信号线，与计算机接口十分简便，读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源．

3每一个DS18B20都有一个惟一的序列号，这就允许多个DS18B20连接到同一总线上．尤其适合于多点温度检测系统．

④负压特性：

当电源极性接反时，DS18B20虽然不能正常工作，但不会因发热而烧毁正是由于具有以上特点，DS18B20在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。

DS18B20外部形状及封装图

在设计中采用8个数字式温度传感器DS18B20在电路中的连接如下图：

3.2显示模块

在显示模块里用的是LCD显示

3.2显示模块

LCD1602引脚图

1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：

VSS为电源地；第2脚：

VCC接5V电源正极；第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；第4脚：

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；第5脚：

RW为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作；第6脚：

E（或EN）端为使能端；第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据端；第15～16脚：

空脚或背灯电源；15脚背光正极，16脚背光负极。

LCD1602在电路中与单片机的连接入下图：

3.3数据存储模块

　AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。

AT24C02有一个16字节页写缓冲器。

该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

管脚名称

功能

A0A1A2

器件地址选择

SDA

串行数据/地址

SCL

串行时钟

WP

写保护

Vcc

+1.8V~6.0V工作电压

Vss

地

24C02的管脚描述

24C02在电路图中与单片机的的连接如下：

3.4日历时钟模块

在这个模块中用的芯片是DS1302，DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。

DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。

这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。

传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。

但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。

DS1302在电路中与单片机的连接入下图：

3.5按键输入模块

按键与单片机的连接如下图：

通过开始/暂停按键来控制LCD是否显示温度值，通过通道+按键和通道-来选择显示哪一个18B20的温度值。

3.6串行通信模块

个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会（ElectronicIndustriesAssociation，EIA）所制定的异步传输标准接口。

通常RS-232接口以9个引脚（DB-9）或是25个引脚（DB-25）的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。

PC机的串口一般为RS-232C,他采用负逻辑电平：

其中-3v—-15v为逻辑1；+3v—+15v为逻辑0；-3v—+3v为过渡区，不作定义。

因此，MCS-51系列单片机串行口与PC机的RS-232接口不能直接对接，必须进行电平转换。

这里选用的是MAX232。

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。

MAX232引脚图

第一部分是电荷泵电路。

由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。

功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。

由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

　　TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚　　（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。

第三部分是供电。

15脚GND、16脚VCC（+5v）。

这里PC机用上位机代替。

其电路中与单片机的连接如下图：

3.7报警模块

在这里设置高限报警大于60℃和低限报警小于0℃，如果温