温度测量报警系统设计

摘 要

本论文介绍了一种以单片机为主要控制器件，以DS18B20为温度传感器的温度测量报警系统。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和温度显示电路等，主控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20，显示电路采用3位数码管显示。本设计中系统程序主要包括DS18B20工作程序、LED显示子程序、键盘输人程序和温度检测报警程序等。此外，还介绍了系统的调试和性能分析。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，与传统的温度报警系统相比，本设计具有低成本和易使用的特点。DS18B20温度传感器还可以在远距离多点测温控制等方面进行应用开发，具有很好的发展前景。

关键词：89C51，单片机，DS18B20，传感器

Abstract

This paper presents a microcontroller to the main control device to DS18B20 temperature sensor for measuring the temperature alarm system. Hardware including main circuit design and system design process. Hardware including main controller circuit, the circuit temperature and temperature display circuit, the main controller using MCU AT89C51, temperature sensors using U.S. DALLAS Semiconductor production DS18B20, showed that three digital circuits used in a dynamic scanning of the Direct Reading Show. The design of the system procedures include DS18B20 procedures, LED display routines, keyboard input process and temperature detection alarm procedures.In addition, it introduced a system of debugging and performance analysis. As a result of the improved intelligence DS18B20 as a temperature sensor detection devices, with the traditional temperature alarm system compared with the established low-cost and easy to use features. DS18B20 temperature sensor can also long-range multi-point temperature control, and other aspects of application development, has good prospects for development.

Key words: 89C51MCU DS18B20 Sensor

目 录

第一章 绪论 ............................................................................................................ - 1 - 1.1本课题研究的意义 ......................................................................................... - 1 - 1.2目前发展状况 ................................................................................................. - 1 - 第二章 系统总体设计 ............................................................................................ - 3 - 2.1课题要求简述 ................................................................................................. - 3 - 2.2工作原理 ......................................................................................................... - 3 - 2.3 课题总体设计思路 ........................................................................................ - 3 - 第三章 系统硬件设计 ............................................................................................ - 5 - 3.1温度测量模块设计 ......................................................................................... - 5 - 3.2控制模块设计 ............................................................................................... - 12 - 3.3显示输出设计 ............................................................................................... - 15 - 3.4报警电路设计 ............................................................................................... - 17 - 3.5键盘控制器设计 ........................................................................................... - 18 - 3.6电源设计 ....................................................................................................... - 18 - 3.7系统硬件连接设计 ....................................................................................... - 19 - 第四章 系统软件设计 .......................................................................................... - 21 - 4.1 系统软件总体工作过程 .............................................................................. - 21 - 4.2软件程序 ....................................................................................................... - 21 - 4.3 LED数码显示器显示程序 .......................................................................... - 24 - 第五章 结论 .......................................................................................................... - 25 - 参考文献 ................................................................................................................ - 26 - 致 谢 ................................................................................................................ - 27 -

第一章 绪论

1.1本课题研究的意义

在当今科学研究和生产生活中，温度是一个十分重要的物理量,对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高,人们也迫切需要检测与控制温度:如大气及空调房中温度的高低,直接影响着人们的身体健康;在大规模集成电路生产线上,环境温度不适当,会严重影响产品的质量。

采用单片机控制温度，无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，人们对它的要求越来越高。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在各个领域不断地深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实施检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，所以我们仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，设计单片机外围设备。

数字温度传感器因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，现在被广泛应用于各种温度控制系统中。DS18B20就是单总线数字式温度传感器。

本论文的立足点是，运用比较常规的温度传感器和单片机芯片以及价格低廉的电子元件构成低成本、高性能的智能系统，努力学习传感器和单片机的相关知识，熟练掌握，灵活运用，最终实现将智能数字式温度测量报警系统应用到更广泛的领域中去。

1.2目前发展状况

电子仪器是对物质世界的信息进行测量与控制的基本手段。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响

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因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。

数字时代的到来，温度控制系统越发显得重要。习惯上，人们大多仍继续使用着传统的模拟传感器对温度进行测量，用机械元件进行温度控制。一个传统意义上的温度控制系统在控制时，首先要经过感温元件，测量电路，放大电路，模数转换电路后才能得到相应的数字量信息，然后通过机械元件控制加热或者冷却或者报警才能达到对温度的控制，系统比较繁琐。这样在应用实例中许许多多的缺点就暴露了出来。例如，系统的元件比较多，所以必须要考虑的线路环节较多，而且器件之间又难免存在着干扰，传统温度控制系统对恶劣工作条件适应能力差，不能在极限工作条件下正常工作。

利用传统的模拟信号传感器实现温度测量，需要解决引线误差补偿，切换误差，放大电路零点漂移误差等问题，传统的机械元件控制加热冷却或者报警存在着控制精度不高，时间控制不准确等问题，并且需要模数转换等复杂的接口，在实际应用中很是不方便，因此传统的温度控制元件正逐步被新型温度控制器所代替。

最近几年，由于半导体技术的迅猛发展，数字化技术推动了信息化的革命，在传感器和控制器的器件结构上采用数字化技术，使信息的采集变的更加方便．功能强大，精确，价格低廉的数字式温度传感器和控制器不断的出现。随着传感器和控制器这两个温度控制器主要元件技术的不断更新，温度控制系统也有了长足进步。温度控制系统正在日趋的集成化和微型化，适应能力也不断提高。但随着集成化和微型化的加剧，也出现了若干问题。

例如程序设计要求精密无误，内部损坏很难修理等问题。虽然存在一些不足，但是充分利用微处理技术发展数字化和集成化的温度控制系统仍是温度控制发展的方向之一。而且在未来的生产生活中，温度控制系统将被更广泛的应用。

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第二章 系统总体设计

2.1课题要求简述

本课题为温度测量报警系统设计，该系统设计的要求为：

（1）设计制作一个具有0—100度的数字温度表，测量值数据用3位数码管显示，其中有一位小数，小数点能自动移动，小数点左边1位以上的零自动熄灭。 （2）测量温度误差小于0.5度。

（3）具有被测温度上，下限设置功能，当检测温度超过上，下限值时，用“嘀——嘟”音响发出报警信号。

为达到上述要求，该系统采用了温度传感器（内置A/D转换器）、单片机控制器、3位数码管显示器及报警设置与控制电路等组成。

2.2工作原理

图2-1 系统总体组成框图

键盘控制电路 数码管显示器 单片机 控制器 温度传感器 （A/D转换器） 超温报警电路 上图所示智能数字式温度测量报警系统的工作原理为：由温度传感器采集温度信号并转换成模拟信号，然后经过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号后送入单片机输入端。单片机根据输入端接收到的数字信号，通过软件编程，将数字信号由数码管显示器显示出来。由键盘设置温度上下限，当温度超过设置的上下限温度值时超温报警器报警。

2.3 课题总体设计思路

（1）依照课题设计要求,选取AT89C51单片机为核心器件。 （2）温度传感器采用 DSl8B20 数字式温度传感器。 （3）按键采用独立式按键，分别为：

设置键：当该键按下时，进入上下限温度设置状态。

加一键：在输入上下限温度时，该键按下一次，被调整位加一。

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