智能测温系统设计

第1章绪论

1.1 前言

本设计的简单实用的数字式温度测控系统，亦可广泛应用于各种定时、温度控制领域，如工业工控过程的温度控制，发电厂、热电厂、大型中央空调设备用户端、自动化生产线、农业养殖、温棚、温室、干燥房、粮食仓库、井下温度控制等场合。系统能够随时测量环境温度并且显示当前的温度值，因此，研究和开发经济、实用的定时温度测控系统具有现实意义，也有着广泛的应器上当前室温的显示等等。不同的温度传感器测量的精度以及功能强弱各不相同用前景。温度采集与显示系统在工业、民用、军事等领域占有重要的地位，比如空调遥控，因此在不同的应用场合可设计不同的系统对温度进行检测和控制，如在普通的室内温度检测中，可用一般的温度传感器，由数码管直接显示该室内的温度。但是普通型传感器芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能被处理器识别，而且不能实现多点温度的测量，最大的缺点就是它的精度不是很高。而在要求精度很高的温度控制中，显然普通的温度采集和显示系统已不能满足设计的需要。因此，针对此现状，本文设计了一种由单片机控制的智能温度采集与显示系统。它以STC89C51单片机为核心，实现对温度信号的采集和显示。在温度信号的采集方面，利用单总线数字温度传感器的特点及功能实现对温度的采集，由DALLAS半导体公司生产的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。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，可在-55—+125℃的范围内测量温度。从中央处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线，其指令信息和数据信息都经过单总线接口与DS18B20进行数据交换，且每个DS18B20有唯一的系列号。因此同一条单总线上可以挂接多个DS18B20，构成主从结构的多点测温传感器网络。而在显示方面采用数码管显示。此系统具有结构简单、价格低廉、易于操作及系统扩展、性价比高等特点。它利用单片机的强大功能和可扩充性为后盾，可实现对某一路温度和温度的上下限进行有效的控制与输出。

温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。可运行性强，价格低廉等优点，特别适

用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。

本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。保证环境保持在限定的温度中。

1.2设计任务

设计测量温度范围－55℃~＋125℃的智能测温系统，要求数码管实时显示测量温度，精确为0.5℃。

1、进行方案论证，确定设计方案；

2、绘制系统硬件仿真电路，掌握各部分电路的原理、功能和应用方法；

3、进行程序设计，实现系统要求的基本功能；

4、编写课程设计论文。

第2章系统总体设计

2.1 设计简介

在本次设计中，利用DS18B20设计电子温度计。温度控制系统中STC89C51为核心控制器，它与DS18B20温度传感器组成主电路。另外还有显示电路和报警电路组成辅助电路。和在一起构成了一个完整的电子温度计系统。该温度控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两大部分。

应该具有以下功能：

1. 采集外来的温度信号；

2. 通过ds18b20温度传感器转换温度；

3. 转换后通过数码管显示温度；

4. 根据周围环境温度变化改变现实数据；

5. 温度超过限制温度报警；

2.2 系统总体设计

图2-1 总体框图

系统的硬件设计部分主要由以下几部分组成：

1. 单片机最小系统：采用STC89C51 单片机；

2. 温度采集模块：采用DS18B20 温度传感器；

3. 温度显示模块：采用4位LED 双数码管显示；

4. 按键部分：采用独立键盘输入最高最低温度限制；

5. 报警模块：采用蜂鸣器和LED灯发出声光报警；

6. 电源模块：采用220V转5V稳压电源为系统提供电源；

2.3 设计方案原理

单片机是整个系统的核心处理器，其负责驱动温度传感器DS18B20 工作、温度显示、控制外围设备的工作以及与上位机进行通信等工作。本系统选用美国ATMAL 公司生产的STC89C51单片机。此外STC89C51 单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。单片机最小系统主要由两块组成，其一为晶振起振电路，其二为复位电路。

温度传感器是该系统的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。DS18B20 有三个管脚： GND 为电源地，DQ 为数字信号输入/输出端，VDD 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。在外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由VDD 引脚接入，此时I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时理论上总线可以挂接任意多个DS18B20 传感器，组成多点测温系统。在外部供电的方式下，DS18B20 的GND 引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。

本系统中DS18B20 的DQ 口与单片机的 P3.2 口连接，GND 接地，VDD 接电源，R1 为信号和5V 电源之间的上拉电阻，其电路连接所示。数码管的动态显示：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。