温度传感器

第一章设计方案

1.1设计思路

本设计是一个基于单片机PIC18F4620的数字温度计和温度传感器DS18B20的设计,用来测量环境温度,测量范围为-55~125℃,显示分辨率为0.5℃,误差≤±0.5℃.

整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计.硬件电路主要包括主控制器、测温电路和显示电路等。主控制器采用单片机PIC18F4620，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20来实现环境温度的采集，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，显示电路采用LCD显示屏直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，写入温度子程序，报警子程序等。

1.2总体系统框图

本系统采用单片机作为微控制器，如图1.1所示，分为：测温电路、显示电路、复位电路、晶振电路、报警电路。单片机用PIC18F4620，温度传感器用DS18B20，采用4MHZ晶振，电源采用5V。该电路经过设计分析、绘图、仿真调试、制板、焊接等工作后数字温度传感器成型。

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，它能用作工业测温元件，此元件线形较好。

DS18B20最大的特点之一采用了单总线的数据传输，有数字温度计DS18B20和微控制器PIC18F4620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PIC单片机控制，软件编程的自由度大，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

1-1系统框图

1.3所用主要元器件

单片机PIC18F4620一个，温度传感器DS18B20一个，4MHZ晶振一个，LCD1602一个，排阻一个，电源一个，USB一个，蜂鸣器一个，三极管一个，电阻电容及导线若干。

第二章硬件设计

2.1电路原理图

按照设计思路和系统框图,得到的电路原理图如图2-1所示.

在图中,主控制器为单片机PIC18F4620,为增强型闪存单片机,单字指令可达32768,有44个引脚,可在软件控制下自动编程,有四种晶振模式,拥有自动采样功能, 支持高低压检测中断。

采用的温度传感器为DS18B20温度传感器,它能直接读出被测温度,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。

本设计的发挥部分，是加入了报警电路，如果我们所设计的系统是监控某一设备，一旦环境的温度超过我们所设定的温度值（10℃~35℃）时，系统会产生报警。

本系统中上电复位采用按键电平方式开关复位,这种方式电路比较简单,且又避免了上电自动复位需要切断电源的缺点.

单片机的晶振频率为4MHZ,所以我们采用了4MHZ,加两个22p电容。在单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成一个稳定的自激振荡器。

温度的显示可以采用LED数码管来显示，LED亮度高、醒目，但是电路复杂，占用资源多且信息量小。而采用液晶显示器有明显的优点：工作电流比LED小几个数量级，故其功耗小；尺寸小，厚度约为LED的1/3；字迹清晰、美观，寿命长，使用方便，故本设计采用LCD1602来显示温度。

第三章软件设计

3.1 概述

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的。当硬件定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系；而是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。

3.2 主程序模块

主程序需要调用四个子程序，各模块功能程序如下：

（1）数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。

（2）温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的程序进行处理，进行判断和显示。

（3）报警子程序：进行温度上下限判断及报警输出。

（4）中断设定程序：实现设定上下限报警功能。

主程序流程图见图3-1.

3-1 主程序流程图

第四章综合调试

硬件设计和软件设计完成后,我们就准备材料进行焊接了。在焊接时，我们应做到以下几点：

（1）水平安装电阻、二极管（发光二极管除外），紧贴印刷板。

（2）插件装配要美观、均匀、端正、整齐，不能歪斜，高矮要有序。

（3）所焊出来的焊点要求圆滑、光亮、防止虚焊、搭焊和散锡。

（4）布局合理，疏密适当。

（5）用比较好的助焊剂。

焊接完成后，将程序烧录到单片机机中，我们就可以开始调试了。对于整个系统的调试是将温度传感器置于被监测温度处，接通系统电源，系统开始运行，随着温度的不断调节，显示温度不断变化，离开被监测温度处，显示温度不断下降。当温度大于35度或小于10度是，蜂鸣器就会报警，而发光二极管也会由绿变红。再将显示温度同温度进行多次计算比较，结果显示温度与实际温度间的误差小于0.1℃，满足系统设计要求。以上过程经过多次反复检测系统均运行正常、稳定，系统基本实现了预定的功能。

系统需要的改进方向：

（1）停电正常工作

系统能在断电时正常工作，使用将更加方便。

（2）在外界干扰出错后能自动恢复正常

在外界干扰出错后能自动恢复正常，就不必要手动复位。

第五章总结与体会

在做这次比赛设计的过程中，我们深深地体会到“工欲善其事，必先利其器”的道理，生活中无论做什么事，都应该事先有充分的准备，做到心中有数，才能更好地完成工作。在做的过程中，为了使设计更加完善，我们查阅了大量的有关这方面的资料。而且，在这次课程设计中，全面实践一个基于单片机的应用系统的开发过程，我们运用了学过的专业课知识，如：proteus仿真、C语言、单片机知识等，是一个综合性很高的实践。对于一些以前学的不是很扎实的课程的内容，也在不断的研究中深化了理解和运用。

另外还充分体会了从事单片机开发工作需要特别严谨认真的态度和作风，一点马虎不得。每一个细微的细节都必须十分的注意，如果不认真思考决策，就会出现或大或小的错误，导致设计无法成功，有时还需要推倒很多前面做的工作重来。