【正文】 ： 信息采集、信息傳輸和信息處理中，傳感器 技術(shù)（信息采集）位 于信息技術(shù)的前沿，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在國(guó) 內(nèi)外 各領(lǐng)域已經(jīng) 受到了 廣泛 的引用 ，而 能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和 監(jiān)控 系統(tǒng) 也早已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。 人 們 的生活環(huán)境 與 溫度 密不可分 ， 在 日常生活 中 溫度是 最常用到的一個(gè)物理量 ， 對(duì) 它 進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量 和 實(shí) 時(shí) 的 檢測(cè)是必須的 。 傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱電阻 和熱電偶 為 測(cè) 溫元件 ，不僅 需要 復(fù)雜麻煩 的 信號(hào)處理電路 ，制作價(jià)格昂貴，而且 可靠性差，準(zhǔn)確度低，誤差 較大 。相比 之下 ， 本 設(shè)計(jì) 利用單片機(jī) AT89C51 和溫度傳感器 DSl8B20 構(gòu)成的智能 數(shù)字 溫度計(jì)就可以直接 進(jìn)行溫度 測(cè)量 ，并實(shí)時(shí)顯示 溫度的數(shù)字值， 不僅 方便 可靠 ，直觀準(zhǔn)確 ，而且 測(cè)溫范圍廣 ， 適用范圍寬。選用單片機(jī) AT89C51 作為主控器， DSl8B20 作為測(cè)溫傳感器 ，借助 6位共 陰極 LED 數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度 的實(shí)時(shí)傳輸與 顯示。 20 世紀(jì) 90 年代中期 誕生 的數(shù)字溫度傳感器是計(jì) 算機(jī) 、 微電子 與 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶， 它 能輸出 信號(hào)全數(shù)字化。 科技 的 進(jìn)步 使人們對(duì)傳感器的 需求日漸增高 ，如今 的溫度傳感器在單片機(jī)的基礎(chǔ)上 正朝著 數(shù)字式智能化、總線 式 標(biāo)準(zhǔn)化 、 虛擬式 網(wǎng)絡(luò)化 、安全式 功能 化 等高 技術(shù) 的方向迅速發(fā)展。 本文 說(shuō)明了 智能溫度傳感器 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特征 、測(cè)溫原理與工作過(guò)程 ，并詳細(xì)介紹 了 AT89C51單片機(jī) 與 DS18B20 傳感器 結(jié)合 構(gòu)成的 檢測(cè)系統(tǒng) 的工作原理 ，不僅 讀數(shù)方便 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 而且 測(cè)溫準(zhǔn)確 、 抗干擾 性 強(qiáng)， 適合于在艱難 環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 溫。 該論文主要介紹了利用 51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的檢 測(cè)、控制與顯示，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集和溫度檢測(cè)兩個(gè)部分，既有硬件設(shè)計(jì)，也有軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)各模塊的功能做了應(yīng)有的分析，其實(shí)現(xiàn)的功能如下： ● 以 MCS51 系列單片機(jī)為核心器件， 實(shí)現(xiàn)了 數(shù)字式溫度計(jì) 的設(shè)計(jì) ● 利用溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行單點(diǎn)溫度檢測(cè) ● 測(cè)量范圍為 0℃～ 100℃， 檢測(cè)精度誤差在 ℃以內(nèi) ● 用 6位共陰極 LED 數(shù)碼管 進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示 ● 具有溫度上下限報(bào)警功能 6 第 1 章 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)背景 課題概述和意義 隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展與壯 大，單片機(jī) 的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在 ， 而 數(shù)字溫度計(jì) 更是被人們緊追不舍 。 由于 超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展 ，更由于高科技的不斷創(chuàng)新與改造， 單片微型計(jì)算機(jī) 在這種社會(huì)背景下應(yīng)運(yùn)而生了。 體積小、功能強(qiáng)、集成度高、價(jià)格便宜是它最大的 特點(diǎn)， 正是由于這些特點(diǎn)， 所以 在工農(nóng)業(yè)控制、電子器 件 、 各種 裝置 設(shè)備中都有它的影子。因?yàn)樗募尤?，許多 產(chǎn)品 走向了 小型化 和 智能化， 不僅改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)化了產(chǎn)品的功能，而且 降低了 制作 成本，簡(jiǎn)化了 電路 設(shè)計(jì)。 在我們的周?chē)瑴囟瓤偸侨缬半S形的陪伴著我們，無(wú)論何時(shí)何地，我們總可以感受到溫度的氣息。 溫度 是 各行各業(yè) 最常 見(jiàn) 到的一個(gè)物理量 ， 有時(shí)候人們總希望溫度不要存在，因?yàn)樗母淖儠?huì)造成很大的影響。譬如：在高溫環(huán)境中，會(huì)有很多物質(zhì)無(wú)法保存，這樣不僅會(huì)造成人們生活上的困擾，也會(huì)給許多產(chǎn)業(yè)帶來(lái)意料之外的損害。盡管如此，溫度還是人們生活中不可或缺的一部分，在我們的人生中扮演著無(wú)法取代的角色。因此， 在很多 時(shí)候， 對(duì)溫度 進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量 與顯示，進(jìn)而來(lái)完成對(duì)它的控制是很有必要的 。 生活中，我們有 冷、熱、溫、涼、燙等詞 ，這些都是用來(lái)描述 物 質(zhì) 的冷熱程度 的 。但 這些詞只是 粗糙 的形容了物質(zhì)，而 為了 更加 準(zhǔn)確地描述物 質(zhì) 的冷熱程度， 人們又 引入了 溫度這一 物理量 。 大多時(shí)候， 我們都 是使用溫度計(jì) 來(lái) 直接 測(cè)量、 讀取溫度 ，若使 用傳統(tǒng)的熱電偶 或 熱電阻 作為 測(cè)溫元件 來(lái) 測(cè)量溫度 ，不但 需要 復(fù)雜麻煩的硬件支持， 而且 軟件調(diào)試 困難 ，制作成本高 。若采用 單片機(jī) AT89S51 與 溫度傳感器 DS18B20 結(jié)合實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 就可以直接測(cè)量 、讀取 溫度 ， 不僅 簡(jiǎn)單 方便 ， 測(cè)溫準(zhǔn)確，而且 抗干擾能力強(qiáng)，適合于 在困難 環(huán)境 中 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，應(yīng)用前景 非常廣泛 。 因此， 開(kāi)發(fā) 研究 更加簡(jiǎn)潔 方便 、高效 可靠 的 智能型 數(shù)字溫度 計(jì) 成為一個(gè)很有意義的課題 。 本文主要介紹 了 51 單片機(jī)在采集 、檢測(cè) 環(huán)境溫度中的應(yīng)用。 利 用智能溫 度傳感器 DS18B20 檢測(cè)環(huán)境溫度 ， 單片機(jī) AT89C51 控制、 執(zhí)行程序 ，并 對(duì)溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析 與 處理，轉(zhuǎn)換成環(huán)境對(duì)應(yīng)的 實(shí)際 溫度值，通過(guò) I/O 口輸出到 LED 數(shù)碼 管 顯示 出來(lái)。系統(tǒng)中還設(shè)有 報(bào)警電路 ， 用來(lái)監(jiān)控某一設(shè)備 ， 通過(guò) 對(duì)設(shè)定的最高 、 最低 溫度的控制來(lái)完成 報(bào)警 功能的設(shè)計(jì)， 當(dāng)設(shè)備的溫度超過(guò)所設(shè)溫度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警 提醒，以 便 人們 能 及時(shí)的 進(jìn)行處理， 避免因 溫度變化而造成不必要的損失。 溫度計(jì)的介紹 7 溫度是生活 與生產(chǎn) 領(lǐng)域 中 最常 接觸 到的物理量 之一 ， 很多 時(shí)候我們 都需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的 溫度 檢測(cè) 。 隨著 各行各業(yè)的飛速 發(fā)展和 人們 的 需 求 ，測(cè)溫技術(shù)也不斷地改 善 和提高 ， 測(cè)溫范圍 也 逐漸推廣 。 由于需求的不同 ， 人們 又制造出了各種不同樣式和功能的測(cè)溫儀器 ， 接下來(lái)就對(duì)幾種常見(jiàn)的 溫度計(jì) 做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹 。 電阻溫度計(jì)： 有 金屬電阻和半導(dǎo)體電阻溫度計(jì) 之分 ， 它們 都是 利用 電阻值隨溫度的變化 而變化 這一特性 制作 的。電阻溫度計(jì)的測(cè) 溫 范圍 在 260℃ ~600℃ 之間 ， 操作簡(jiǎn)單 方便 、直觀 可靠， 已 廣泛應(yīng)用 于各行各業(yè) 。 氣體溫度計(jì)： 常 用氫氣或氦氣作 為 測(cè)溫 原料， 由于 這些原料 的液化 度 很低，接近于絕對(duì)零度， 所以由此制成的 氣體溫度計(jì) 具有廣泛的 測(cè)溫范 圍 。除此之外，它 還具有很高 的 精確度，多用于精密測(cè)量 場(chǎng)合 。 壓力式溫度計(jì) ： 利用封 閉測(cè)溫系統(tǒng)內(nèi) ， 蒸發(fā)液體的飽和蒸氣 所產(chǎn)生的體積、壓力與 溫度 的 變 化關(guān)系而進(jìn)行溫度 檢 測(cè)的 便是 壓力式溫度計(jì) 。 它 主要 由毛細(xì)管 、溫包和指示表三部分組成 ，具有 體積小 、 反應(yīng)快、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 靈敏度高、讀數(shù) 方便 等 優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在 測(cè)溫范圍 受 限，熱損 厲害等缺點(diǎn) 。 指針式溫度計(jì)：指針式溫度計(jì)形如儀表盤(pán)， 又 稱寒暑表， 采 用金屬的熱脹冷縮原理。它是 用 鉚在一起 的 銅片和鐵片 組成的 雙金屬片作為感溫元 件 的 ， 通常 被用來(lái)測(cè) 量 室溫 ，也 用來(lái)控制指針。， 水銀溫度計(jì)： 常用的 膨脹式溫度計(jì) 便是由 水銀 制作而成的 溫度計(jì)， 由于 水銀的凝固點(diǎn) 為 ℃，沸點(diǎn) 為 ℃， 所以 只能作為就地監(jiān)督的儀表 ， 通常 用來(lái) 檢 測(cè) 0~500℃范圍 內(nèi) 的溫度。用它來(lái) 監(jiān)控 溫度，不僅直觀 可靠 ，而且還可以 有效的 避免 因 外部遠(yuǎn)傳溫度計(jì) 所帶來(lái) 的誤差。 單片機(jī) 的發(fā)展?fàn)顩r 單片機(jī) 是發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的一款芯片，是 微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支 ，既 能夠 直接處理 控制 電信號(hào)， 又能夠 間接 操控 溫度、濕度、壓力等非電信號(hào)。 正是 由于 這種特性 ， 因而 在生活與 工業(yè) 生產(chǎn) 領(lǐng)域被廣泛 使 用。 由于單片機(jī)的接口 電路 是數(shù)字信號(hào)， 若 使用 單片機(jī) 來(lái) 控制處理 溫度、濕度、壓力等非電信號(hào)， 就 必須 借助相 應(yīng)的傳感器 來(lái)外加 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 ， 然后將信號(hào) 傳 送 給單片機(jī)進(jìn)行 溫度 數(shù)據(jù) 的 處理和顯示。在 許多 測(cè)溫領(lǐng)域，溫度傳感器 通常被用來(lái) 將溫度信息轉(zhuǎn)換 成對(duì)應(yīng)的 電流或電壓 信號(hào)， 進(jìn)而完成 溫度的采集和 數(shù)據(jù)處理顯示。 單片機(jī)的 種類(lèi)很多 ,按應(yīng)用 可 分為通用型和專(zhuān)用型。專(zhuān)用型是 專(zhuān)為 某 些 特定的 產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的 ,如洗衣機(jī)。通用型有總線型 、 非總線型 、 8 位和 16 位之分 。 溫度傳感器 的發(fā)展 傳感器是 能感 應(yīng) 外界信息 ， 并將這些信息按一定 的 規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝 8 置 ，簡(jiǎn)而言之， 傳感器是 一種能 將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置 ，通常 由信號(hào)感受器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器技術(shù) 在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的 的應(yīng)用。其中， 應(yīng)用最為廣泛的要數(shù) 溫度傳感器 了 。 溫度傳感器是開(kāi)發(fā)最早，應(yīng)用最廣的一類(lèi)傳感器。 1821 年 ， 德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明 了能 把 溫度 轉(zhuǎn)變 成電信號(hào)的傳感器， 即 后來(lái)的熱電偶傳感器。 50年 后，德國(guó)西門(mén)子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。 后來(lái)又 相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、聲學(xué)溫度傳感器 、 PN 結(jié)溫度傳感器和紅外 傳感器 等 。 傳感器在我國(guó) 的發(fā)展相對(duì)較晚，在信息采集、信息傳輸和信息處理中，傳感器 技術(shù)位于最前端 ，尤其是溫度傳感器技術(shù) 。 溫度傳感器 是 測(cè)量溫度的關(guān)鍵， 現(xiàn)在應(yīng)用最廣的便是 智能集成溫度傳感器。 選題的目的和意義 選題的目的 選用單片機(jī) AT89C51 作為主控器， DSl8B20 作為測(cè)溫傳感器 ， 結(jié)合 AT89C51與 DSl8B20 便可以設(shè)計(jì)成一個(gè) 智能 數(shù)字 溫度計(jì) 。它既 可以直接 對(duì)環(huán)境進(jìn)行溫度測(cè)量 ，并實(shí)時(shí)顯示 數(shù)值， 又可以對(duì)溫度進(jìn)行預(yù)設(shè)，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度報(bào)警電路，方便人們維護(hù)。本設(shè)計(jì) 能夠測(cè)量 的溫 度范圍為 55~128℃，并且小于 0℃ 、 大于100℃時(shí)報(bào)警，用 6 位共陰極 LCD 數(shù)碼管 顯示。通過(guò) 畢業(yè)課題的 設(shè)計(jì) ，我了解了單片機(jī)的發(fā)展 與 應(yīng)用， 熟悉了 數(shù)字溫度計(jì)的工作原理 ，也 鞏固 了大學(xué) 所學(xué)的知識(shí) ，并為大學(xué)生涯畫(huà)上了圓滿的句號(hào) 。 選題的意義 伴隨著科技 的發(fā)展 和社會(huì)的進(jìn)步 ，人們的生活 正在朝著 數(shù)字化 的方向發(fā)展 ，而 多功能的 智能 數(shù)字溫度計(jì)給我們帶來(lái) 了 很大的 便利。用 美國(guó) MAXIM/DALLAS 半導(dǎo)體公司的支持“一線總線”接口的 單總線 溫度傳感器 DS18B20 為 感溫器件 ， 既簡(jiǎn)化了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)， 又 降低了 成本； 用 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī) 為 主控器 來(lái) 設(shè)計(jì)的 智能數(shù)字溫度計(jì)不僅 簡(jiǎn)單 方便 、 直觀 準(zhǔn)確 ，還 具有一定 的 控制 報(bào)警功能。 隨著 電子 信息技術(shù)的 快 速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步 完善， 人們 對(duì)各種信息參數(shù)的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng) 。 在三大信息 ： 信息采集、信息傳輸和信息處理中，傳感器 技術(shù)（信息采集）位 于信息技術(shù)的前沿，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在國(guó) 內(nèi)外 各領(lǐng)域已經(jīng) 受到了 廣泛 的引用 ，而 能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和 監(jiān)控 系統(tǒng) 也早已 應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。 人 們 的生活環(huán)境 與 溫度 密不可分 ， 在 日常生活 中 溫度是最常用到的一個(gè)物理量 ， 對(duì) 它 進(jìn)行準(zhǔn) 確的測(cè)量 和 實(shí)時(shí) 的 檢測(cè)是必須的 。 因此，開(kāi)發(fā) 研究 更加簡(jiǎn)潔 方便 、高效 可靠 的 智能型 數(shù)字溫度 計(jì) 成為一個(gè)很有意義的課題 。 9 第 2 章 系統(tǒng)概述 設(shè)計(jì)方案的選擇 設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于兩 個(gè) 部分：溫度傳感器和主控單元的選 取 。 傳感器部分 1. 方案一 采用 低溫?zé)崤?作為溫度檢測(cè)部分的測(cè)溫元件，熱電偶的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，僅 由 兩個(gè) 異金屬導(dǎo)線焊接在一起 就能構(gòu) 成，由單一導(dǎo)體 產(chǎn)生 的溫差電勢(shì) 和 兩種金屬 造成的接觸電勢(shì) 便組成了電偶的 熱電勢(shì)。 利 用帶有 A/D 通道的單片機(jī) 來(lái)進(jìn)行溫度的 數(shù)據(jù)采集，將隨溫 度變化的電壓或電流 信號(hào) 采集過(guò)來(lái)， 通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī) 來(lái)執(zhí)行程序、處理數(shù)據(jù) ， 然后用 顯示電路就可以 對(duì) 被測(cè) 的 溫度 進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。熱電偶 有著測(cè)溫 范圍寬 、 體積小 的特點(diǎn) ，但也存在著輸出電壓小、漂移較高 、 易受 外界 噪聲 的 影響 等 缺點(diǎn) ，而 且這種 方案 需要 另加 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 給設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。 采用熱電偶來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)溫 系統(tǒng) 不僅 包括 了 對(duì) ADC0809（ A/D 轉(zhuǎn)換器） 的數(shù)據(jù)采集 和 溫度 檢 測(cè)，還 含 有 51 芯片的執(zhí)行和處理，并且還有 復(fù)位電路，晶振電路，顯示電路、 報(bào)警電路 和 啟動(dòng)電路等。系統(tǒng)框圖如圖 21所示。 圖 21 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)框圖 2. 方案 二 傳統(tǒng)的溫度傳感器 多 以熱敏電阻作為 測(cè)溫元件， 一根線上只能掛一個(gè)傳感器，不 利于進(jìn)行 多點(diǎn) 的 測(cè)量 ， 一定程度上 加大了 軟件實(shí)現(xiàn)的難度 。由于 熱敏電阻的可靠性差，準(zhǔn)確率低， 測(cè)溫范圍小，故 不適用 于 檢測(cè) 1℃的信號(hào) 。 用 傳統(tǒng)的 溫度傳感器輸出 的信號(hào) 是模擬信號(hào)， 要用 A/D 轉(zhuǎn)換 電路才能 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ， 這樣便加大了 測(cè)溫裝置的復(fù)雜