多点温度检测与控制系统

摘要

在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。

DS18B20是一种高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验，介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图。

关键字：温度测量；单总线；数字温度传感器；单片机

目录

第1章绪论 (4)

1.1系统背景 (4)

1.2系统概述 (4)

1.3系统设计方案 (4)

第2章硬件设计 (6)

2.1单片机系统设计 (6)

2.2显示电路设计 (7)

2.3键盘电路设计 (7)

2.4报警电路设计 (8)

2.5通信模块设计 (9)

第3章软件设计 (10)

3.1软件实现 (10)

3.2温度测量程序流程图: (10)

3.3键盘程序设计 (11)

第4章设计总结 (9)

参考文献 (10)

附录：器件清单 (11)

第1章绪论

1.1系统背景

在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。

1.2系统概述

本设计运用主从分布式思想，由一台PC微型计算机，单片机多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过PC机控制单片机进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。也可以由单片机单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。

单片机采用的是基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。

1.3系统设计方案

本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

实际采用电路方案如下图1.1

图1.1 总体电路方案

采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松地组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。

它有如下特点：

（1）独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其他电路，直接输出被测温度值；

（2）多点能力使分布式温度检测应用得以简化；

（3）不需要外部元件；

（4）既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；

（5）不需备份电源；

（6）测量范围为-20~125，固有测温分辨率为0.5；

（7）通过编程可实现9~12位的数字读数方式；

（8）用户可定义非易失性的温度告警设置；

（9）警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况）；

（10）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。

以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。

根据DS18B20以上特点，此方案实现本课题较好。

第2章硬件设计

2.1单片机系统设计

本课题运用Intel公司的8051进行系统控制，运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。89C51单片机串口主要有两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成，其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H，其名称亦同样为SBUF。

单片机最小系统电路如图2.1

图2.1 单片机最小系统

2.2显示电路设计

显示电路采用的是共阴极七段数码管。显示方式有动态扫描和静态显示，两种方法在本设计中皆可。由于静态扫描要用到多片串入并出芯片，考虑到电路板成本计算。本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。即用两块芯片就可以完成显示功能。显示数据由4511译码器输出，ULN2003为位驱动扫描信号。显示电路如图2.2

图2.2 显示电路

2.3键盘电路设计

本课题使用行列扫描方式，在单片机的P1口上连接上4*4的键盘，单片机扫描键盘，如果有键按下，单片机会根据键码执行相应的程序，使整个系统的功能更加完善。键盘电路如图2.3

图2.3 键盘电路

2.4报警电路设计

为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用AT89C51单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后通过串口可以立即发送到上位机，如温度不在设定的范围内，给出报警信号。电路如图2.4

图2.4 报警电路