《智能测温仪》毕业设计论文 - 图文

金 华 职 业 技 术 学 院

J I N H U A P O L Y T E C H N I C

毕业教学环节成果

（2013届）

题 目 智能测温仪的设计与制作 学 院 信息工程学院 专 业 应用电子技术专业 班 级 应电101 学 号 201031010030110 姓 名 杨义 指导教师 郑惠群

2013年 5月25日

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金华职业技术学院毕业教学成果

目 录

摘要................................................................ 3 引言................................................................ 5 1 控制方案选择..................................................... 6 1.1 智能测温仪的功能 .............................................. 6 1.2 系统方案简介 .................................................. 6 1.3系统控制方案： ................................................ 6 2 智能测温仪的基本结构与工作原理................................... 6 2.1 硬件结构 ...................................................... 6 2.2 工作原理 ...................................................... 7 3 硬件电路设计..................................................... 7 3.1 单片机最小系统的设计 .......................................... 7 3.1.1 主要性能参数 .............................................. 8 3.1.2 AT89C52管脚说明.......................................... 9 3.2 数码管显示电路设计 .......................................... 11 3.3 数据采集电路设计............................................ 11 3.3.1 DS18B20的内部结构与外形................................. 12 3.3.2 技术性能描述 ............................................. 12 3.3.3 DS18B20工作原理 ....................................... 12 3.3.4 DS18B20温度传感器使用中注意事项 ....................... 13 3.4 按键显示电路的设计 ........................................... 14 3.4.1键盘电路.................................................. 14 3.5 报警电路 .................................................... 14 4 软件电路设计..................................................... 15 4.1 系统软件介绍 ................................................. 15 4.2 温度程序 ..................................................... 15 4.2.1读出温度子程序............................................ 15 4.2.2计算温度子程序............................................ 16 4.2.3 显示程序 ................................................. 17 4.3 按键程序 ..................................................... 17 5 系统调试及性能分析............................................... 19 结论............................................................... 19 谢辞............................................................... 20 参考文献........................................................... 21 附件1：仿真电路图 ................................................. 23

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附件 2：元器件清单................................................. 24 附件 3：PCB图 ..................................................... 25 附件 4：实物图..................................................... 26

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智能测温仪的设计与制作

信息工程学院 应用电子专业 杨义

摘要：本设计以AT89S51单片机为核心来设计温度控制系统和报警系统。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。这个智能测温仪主要的功能是能测量当前环境的温度如果温度高于或低于设定值则蜂鸣器会报警;其他则是可以自己设定报警温度的上限和下限。此设计采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、超温报警程序。

关键词：温度传感器 STC89C52 测量 报警

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Intelligent thermometer design and

production

（Major of Applied Electronic Technology，Information and Engineering

College，Yangyi）

Abstract：This design with AT89S51 as the core to design the temperature control system and alarm system. Temperature signal by the temperature chip DS18B20 acquisition, and digital signals by means of transfer to the single chip microcomputer. The intelligent thermometer main function is to measure the current environmental temperature if the temperature above or below the set value, buzzer will alarm; The other is can set up your alarm temperature upper limit and lower limit. This design USES a modular structure, main modules: digital tube display program, keyboard scanning and key processing program, temperature signal processing procedures, over temperature alarming program.

Key words：The temperature sensor STC89C52 measurement alarm

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阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）， 参见表1。 Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址

P2口: 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑 门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3 口：是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻 辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。

PSEN： 程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，

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复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。

XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器 在AT89C52 片内存储器中，并非所有的地址都被定义，从80H—FFH 共12 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。 3.2 数码管显示电路设计

数码管简介[14] 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管。八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管

为了提高数码管的显示亮度在本系统的设计中没有采用直接将数码管的引脚接在单片机上而是采用了74HC573作为借口电路其输出能力相对于单片机要强很多数码管的亮度达到一个满意的效果因为考虑到系统传感器精度的和采集范围问题故此处只用了四位数码管。下面是数码管与单片机接口电路。如图3-2

图3-3原理图

3.3 数据采集电路设计

由于每片DS1820含有唯一的硅串行数所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线（单

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线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。如图3-4所示。

图3-4 DS18B20电路图 图3-5 DS18B20电路图

3.3.1 DS18B20的内部结构与外形

DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。DS18B20 的管脚排列如图3-5所示。 3.3.2 技术性能描述

（1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（2）测温范围 －55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。 （3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

（4）工作电源: 3~5V/DC

（5）在使用中不需要任何外围元件

（6）测量结果以9~12位数字量方式串行传送 （7）不锈钢保护管直径 Φ6

（8）适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 （9）标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选

（10）PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 3.3.3 DS18B20工作原理

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的

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位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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 为所测温度。图3-5中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值，如图3-6。

斜率累加预置 低温度系数晶计数器1 预置 比较 LS置位、清除 温度寄存 =0 高温度系数晶计数器2

=0 图3-6 DS18B20工作原理

3.3.4 DS18B20温度传感器使用中注意事项

(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20温度传感器与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。

(2)在DS18B20温度传感器的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。

(3)连接DS18B20温度传感器的总线电缆是有长度限制的。在采用DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

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(4)在DS18B20温度传感器测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。

(5)测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一对线接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地 3.4 按键显示电路的设计 3.4.1键盘电路

设置4个按键，每按下1次，K1状态计数器加1，K1状态计数器减1，使用“+”、“-”依次逐位预置上限温度百位、十位、个位和下限温度百位、十位、个位。预置完毕后，K4为设置完成确定键，预置上、下限温度范围限制为-30°C ~125°C。K3为上下限报警切换，测温时可切换上、下限报警温度。按键设置如图3-7。

图3-7 按键显示电路

3.5 报警电路

电路图上设置两个红色LED报警灯，蜂鸣器一只，测温值超过预置的上限和下限温度时、预置的温度高于32°C时报警，下限温度10°C时报警，发出声光报警信号，如图3-8。

图3-8 报警电路

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