基于单片机的智能温度计的设计

沈阳理工大学课程设计

目录

1设计背景 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2设计内容 (1)

2智能温度计系统简介 (2)

2.1方案选择 (2)

2.2系统设计原理 (3)

2.3系统组成 (4)

3.系统硬件设计 (6)

3.1DS18B20温度传感器 (6)

3.1.1DS18B20介绍 (6)

3.1.2温度传感器工作原理 (6)

3.1.3DS18B20相关介绍 (8)

3.1.4DS18B20使用中的注意事项 (9)

3.2液晶显示器（1602液晶显示器） (10)

3.2.1液晶显示器的介绍 (10)

3.2.2 1602LCD的特性 (11)

3.2.3液晶模块简介 (11)

3.2.3液晶显示部分与89C51的接口 (13)

3.3 80C51单片机的介绍 (14)

3.3.1 80C51单片机的主要特性 (15)

3.3.2 80C51单片机管脚 (16)

3.3.3 80C51单片机的中断系统 (18)

3.3.4 80C51单片机的定时/计数器 (18)

单片机课程设计

3.3.5 80C51单片机的最小系统 (19)

3.4系统总体电路图 (20)

4.软件设计简介 (21)

4.1 C语言简介 (21)

4.2 程序设计 (21)

5.电路仿真 (24)

5.1 Proteus软件介绍7 (24)

5.2智能温度计Ptoteus仿真 (25)

总结 (27)

参考文献 (28)

附录：源程序代码 (29)

沈阳理工大学课程设计

1设计背景

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测量，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。

本设计是一个智能温度测量，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。

1.1课题背景

随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。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。

1.2设计内容

本次课程设计模拟工业现场，对温度进行测量，并实时显示出来，并且可以设定温度的上下限，当温度达到上下限时系统自动报警。控制系统主控制器采用51单片机，温度测量采用DS18B20，设定温度后，当温度达到设定限时，可以通过闪彩灯和响蜂鸣器报警提示，并且实时显示在1602液晶显示器上。

2智能温度计系统简介

2.1方案选择

该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。

方案一：

采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。

系统主要包括对A/D0809 的数据采集，自动手动工作方式检测，温度的显示等，这几项功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。故现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片，处理芯片为51 芯片，执行机构有4 位数码管、报警器等。系统框图如图2.1 所示。

图2.1 热电偶温差电路测温系统框图

方案二：

采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。

从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。

2.2系统设计原理

利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警并且指示灯闪烁。同时处理后的数据送到LCD 中显示。