测量室内温度

基

于

单

片

机

的

室

内

温

度

测

量

系

统

专业：2011级电子信息工程

姓名：范开鹏

学号：

时间：2013年10月19日

一、设计任务书

1、设计题目：基于单片机的室内温度测量

2、设计背景：在日常生活中温度与人们息息相关，采用单片机来对温度进行控制已成为当今的主流。现在采用单片机来实现对温度的控制。它的主要组成部分有：AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。可实时的显示和设定温度，实现对温度自动控制。

3、设计要求：

1）能够完成对温度的测量且达到精度范围；

2）设计方案和结构框图应简单明了；

3）所设计的测温计应当方便使用；

4）温度计抗干扰能力要强；

5）完成此次设计所需费用应当合理；

6）完成本毕业设计电路原理图设计。

7）完成本毕业设计程序流程图和汇编语言源程序设计

8）完成软件和硬件系统的调试，功能指标达到技术要求；

9）完成本毕业设计程序流程图和汇编语言源程序设计

4、元器件选择、系统组成：

CPU选用的是 AT89S51 、温度传感器用的是Dallas公司的DS18B20、显示器选用的LCD液晶屏；主要组成部分有：AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。

元件清单列表如下：

二、数学模型的建立和算法的确立

电路的总体工作原理

温度控制系统采用AT89S51八位机作为微处理单元进行控制。采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。

系统框图如下：

各元件功能、选择原因及系统总体设计思路

运放、数／模转换电路

CMOS 8位单片机，片

1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S51单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89S51单片机作为整个系统的控制器。

5.温度传感器的选择

采用模拟集成温度传感器，集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。AD590把被测温度转换为电流再通过放大器和A/D转换器，输出数字量送给单片机进行温度控制。

6.采用数字单片智能温度传感器

智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU). 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。DS18B20具有3引脚TO－92小体积封装形式;温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内,精度为0.5℃。DS18B20的精度较差为±0.2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。

由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。

7. 显示器的选择

LED显示器

采用传统的七段数码LED显示器。LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。

LCD液晶屏

采用LCD液晶屏进行显示。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为：

1 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。

2 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。

3 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。

虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。

8. 单片机的选择

采用AT89S51单片机

由于MCS-51系列单片机具有优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强，而且51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。

2.2.2该系统的总体设计思路如下：

温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。检测范围5摄氏度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（温度高于设定温度时，风扇开；当温度低于设定温度时，加热器开）。

2.2.3 测温计系统各部分具体设计

1.单片机最小系统的设计