多路温度采集控制系统

《专业综合课程设计》设计说明书

设计题目：多路数据（温度）采集系统的设计

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指导教师：

起止日期：

成绩评定：

嘉兴学院机电工程学院

指导教师评语及成绩评定

设计题目：多路数据（温度）采集系统的设计

1 引言

在科学研究中，运用数据采集系统可以获得大量的动态信息，这也是获取科学数据和生成的重要手段之一。无论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。随着计算机的发展，数据采集系统对通信起到了巨大的推动作用。计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也构成了强有力的信息处理系统。数据采集，从严格的意义上来说，应该是计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并能够对数据的存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取有用的信息，供显示、打印、绘图等作用。

本次课程设计则是针对多路数据(温度)采集系统进行了初步的研究，使多路采集系统具有对多路模拟信号进行采集和处理的功能。整体设计中采用了模块化的设计，以单片机AT89C51为核心的4路温度采集控制系统：系统运行时，循环扫描显示对应的DS18B20温度传感器的温度，循环逐次显示温度；每隔10ms，采集一次温度。软件部分则是在Keil软件中，应用C语言编写。

2多路数据（温度）采集系统的工作原理

2.1总体方案设计

数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号检测等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的信息存储起来，建立相应的数据库并进行管理与调用。数据处理就是从采集到的信息中删除有关干扰，与无关信息。对数据进行统计分析便于检索。数据输出及显示就是把数据以适当的形式输出与显示。主要结构如下图：

路

温

度

2.2方案比较与论证

2.2.1采集电路

方案一：使用传统温度传感器。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻可靠性差，测量温度准确率低，对于1摄氏度的信号是不适用的，还得经过专门的接口电路转换成数字信号才能由微处理器进行处理。对于这类传感器，使用起来较麻烦，但价格较便宜。

方案二：使用数字式温度传感器。数字温度传感器使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期使用起来方便，但价格昂贵。

经过比较，从系统技术参数要求和功能仿真方面考虑，数字式温度传感器比传统温度器功能更全面，使用时更方便，仿真时也更简便，故选用方案二。本次设计采用市面上运用较为广泛的数字式温度传感器——DS18B20。

2.2.2处理器选择

方案一：采用AT89C52单片机作为处理器，能达到要求，但其内存过小，处理精度较低，不是最好的选择；

方案二：采用TI公司的各种单片机，虽然能很好的达到设计的要求，但其成本过高，且程序较复杂，不适宜与本次设计。

通过对比，方案一的AT89C52的功能完全能够符合题目的各个部分和发挥部分的设计，故选用方案一

2.2.3 显示部分

方案一：用LED数码管，其操作简单，显示直观。不仅程序的设计简易，而且对周围的环境要求很低，方便维护

方案二：用LCD液晶，具有体积小、低功耗、显示丰富等优点。电路连接简单，价格较高。

总的来说，LCD液晶显示电路连接简单且能满足设计需求，又LCD1602上课时学过，不需再单独学习其他LCD显示程序编写要求，所以本设计选用LCD液晶显示。

3 实现方案

本次设计的电路主要包括了最小系统电路、温度采集系统电路、控制系统电路及显示系统电路等几部分电路组成。

3.1 最小系统电路：

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程

可擦除只读存储器的低电压、高性能

CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机

的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器

制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令

集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位

CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，

ATMEL的89C51是一种高效微控制器。

下图中的晶振电路和复位电路与单片

机连接构成最小系统电路。

晶振电路：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器

的输入和输出。该反向放大器可以配置

为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均

可采用。如采用外部时钟源驱动器件，

XTAL2应不接。

复位电路：

为在系统上电时提供复位信号，直至

系统电源稳定后，撤销复位信号

3.2 温度采集电路

由四个DS18B20温度传感器构成本系统的温度采集电路

DS18B20温度传感器是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器[5]。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因：

（1）系统的特性：测温范围为-55℃～+125℃，测温精度为士0.5℃；温度转换精度9～12位可变，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出；12位精度转换的最大时间为750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。

（2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支DS18B20的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。

（3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O端口且一条总线上可以挂接几十个DS18B20，测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。

（4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。同时因为DS18B20是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。

DS18B20温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD，共用地线GND。DS18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长[6]。这种情况下，用