机控作业

基于51单片机的温度监测系统

摘要

在日常生活中温度在我们身边无时不在，温度的监测和应用在各个领域都有重要的作用。很多行业中都有大量的用电加热设备，和温度监测设备，如用于报警的温度自动报警系统，热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，这些都采用单片机技术，利用单片机语言程序对它们进行监测。而单片机技术具有监测和操作使用方便、结构简单便于修改和维护、灵活性大且具有一定的智能性等特点，可以精确的监测技术标准，提高了温控指标，也大大的提高了产品的质量和性能。

由于单片机技术的优点突出，智能化温度监测技术正被广泛地采用。本文介绍了基于单片机AT89C51 的温度监测系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器DS18B20 采集温度数据，7段数码管显示温度数据，按键设置温度上下限，当温度低于设定的下限时，点亮绿色发光二极管，当温度高于设定的上限时，点亮红色发光二极管。给出了系统总体框架、程序流程图和Protel 原理图。

关键词：单片机 温度监测系统 温度传感器

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目 录

第1章绪论 ........................................................................................ 1

1.1温度监测系统的背景和意义................................................. 1

1.1.1 温度监测系统设计发展历史及意义 .......................... 1 1.1.2温度监测系统的目的 .................................................. 1 1.1.3 温度监测系统完成的功能 .......................................... 1

第2章 总体设计方案 ....................................................................... 3

2.1 方案一 .................................................................................. 3 2.2 方案二 .................................................................................. 3 第3章硬件设计................................................................................. 6

3.1单片机的选择 ........................................................................ 6 3.2温度传感器 ............................................................................ 7

3.2.1DS18B20封装与引脚 ................................................... 7 3.2.2 DS18B20的简单性能 .................................................. 7 3.2.3设计原则 ...................................................................... 8 3.2.4温度传感器检测电路 .................................................. 8 3.3显示电路 ................................................................................ 9 3.4 按键电路 ............................................................................. 10 3.5 晶振监测电路 ..................................................................... 11 3.6复位电路 .............................................................................. 11 3.7二极管显示报警电路 .......................................................... 12 3.8电源部分 .............................................................................. 12 3.9原理电路总体设计 .............................................................. 12

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第1章绪论

1.1温度监测系统的背景和意义

1.1.1 温度监测系统设计发展历史及意义

温度监测系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的监测电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度监测对象的运行性能一直以来都是监测人员和现场技术人员努力解决的问题。这类监测对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致监测系统性能不佳,甚至出现监测不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。监测领域还大量采用传统的PID监测方式,但PID监测对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度监测。

1.1.2温度监测系统的目的

温度监测在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度监测。而以往温度监测是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度监测系统，实现对温度的实时检测，具有提醒和控制的功能，本设计的内容是温度测试报警系统，监测对象是温度。它的特点在于应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的监测系统。

1.1.3 温度监测系统完成的功能

本设计是对温度进行实时监测，设计的温度监测系统实现了基本的温

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度监测功能：此设计中温度恒定值设置为60℃，上下跳转温度为1℃，设计精度值为0.1。当温度低于设定下限温度即59℃时，绿灯亮，报警提醒需要外界的加热措施。当温度上升到上限温度时，停止加温，红灯亮保持温度。当温度高于设定上限温度即61℃时，红灯亮，需要外界采取降温措施（本设计中没有附加外界的加热和降温措施）。当温度下降到恒温度时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。

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第2章 总体设计方案

2.1 方案一

利用温度传感器将温度测出，通过某种电信号传给外部电路产生一种变化，然后由外部电路控制装置的开启。测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的传感器件利用其感温效应，（如电阻随温度的变化有一个变化的曲线，即利用它的变化特性曲线）温度的变化使得电阻发生了变化根据欧姆定律，电阻的变化会带来电流或者电压的变化。再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，然后进行模拟信号换成数字信号（A/D）转换，将数字信号送入单片机，用单片机进行数据的处理，将温度显示在电路上，这样就可以将被测温度显示出来。最后还有外围的控制电路，采取一定的措施来控制产生温度的电路，如加温、降温、保持不动、或者报警。这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。

设计流程图如图2-1

图2-1 设计流程图

2.2 方案二

利用温度传感器芯片直接将温度数据测出，之后通过单片机程序控制温度的上、下限值，用外部电路产生显示和控制加热和降，来达到设计的要求。

在设计中温度的监测流程图如图2-2所示

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图2-2 温度监测整体流程

在本系统的总体电路设计方框图如图2-3所示，它由五部分组成:单片机AT89C51控制部分； DS18B20温度传感器采集部分；3位LED数码管显

示部分；按键调节部分；二极管报警部分。

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整个设计总体分为以下几个部分：监测部分、显示部分、温度采集部分、按键监测部分。

1、控制部分

由单片机AT89C51芯片在程序控制和外围简单组合电路作用下运行，和控制温度的上、下限，和 LED的温度显示。控制发光二级管的亮灭，起到提醒报警功能。

2、显示部分

显示电路采用3位7断共阳LED数码管，从P3口送数，P0口扫描。有两部分显示电路，第一是显示DS18B20温度传感器所检测的当前温度，第二是设定恒定的温度值。

3、温度采集部分

由DS18B20智能温度传感器直接采集被测温度。 4、按键监测部分

由三个按键监测调节，用来调节温度的恒定限值，起到预设调节作用。

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第3章硬件设计

3.1单片机的选择

89C51是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微监测器（内部数据总线为8位，外部数据总线为8位），它与MCS-96系统中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便（48PINDIP）等优点。89C51在工业应用方面有许多明显的特点，它具有灵活方便的8位总线外围支持器扩展功能，而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出监测通道都制作在同一块硅片上，大大地灵活了外部连线，增强了系统的稳定性并且速度快（时钟12MHz），非常适合于工业环境下安装使用。因此本系统CPU选用89C51芯片。

89C51单片机引脚采用40双列直插式封装结构。89C51系统CPU中的主要组件有：高速寄存器阵列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器监测器和算术逻辑单元（RALU）。它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器，监测器进行的。8051系统的CPU的主要特色是体积小，重量轻，抗干扰能力强，售价低，使用方便。此外，通过SFR还可以直接监测I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。

CPU内部的一个监测单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。这两条总线是：16位地址总线（A-BUS）和8位数据总线（D-BUS）。数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据，地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器监测器连接的多路复用地址/数据总线[7]。CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0,R1间接访问的。

89C51工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入，也可采用芯片内部的振荡器。其工作频率为6～12MHz。在本系统中采用12MHz频率。

单片机引脚如图3-1所示

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图3-1单片机引脚

3.2温度传感器

3.2.1DS18B20封装与引脚

DS18B20封装与引脚如图3-2所示

图3-2 DS18B20的封装与引脚

3.2.2 DS18B20的简单性能

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

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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，实现多点测温。

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。

3.2.3设计原则

DS18B20有2种供电方式，一种是直流电源，还有一种是寄生虫方式供电。采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。电源是利用直流稳压电源。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 μs。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机监测DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤： ? 初始化； ? ROM操作指令； ? 存储器操作指令。

3.2.4温度传感器检测电路

通过QD接向单片机的P3.0口。

DS18B20温度传感器电路如图3-3所示。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9517.html