【正文】 .......................................... 27 設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................................................................................ 27 畢業(yè)設(shè)計(jì)心得體會(huì) ................................................................................................ 28 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................................... 29 致 謝 ...................................................................................................................................... 30 附錄 A 程序源代碼 ............................................................................................................... 31 附錄 B 元器件清單 .............................................................................................................. 41 1 1 緒論 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要意義。在單片機(jī)的應(yīng)用中，一個(gè)很重要的應(yīng)用就是對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè) 。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，采用智能溫度傳感器以實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)字化，既能以數(shù)字形式直接輸出被測(cè)溫度值，具有測(cè)量誤差小，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，帶串行總線接口等優(yōu)點(diǎn)。溫度的數(shù)字輸出顯示在 7 段 LED 數(shù)碼管顯示器上。單片機(jī)、溫度傳感器與 7 段數(shù)碼管顯示器等電子器件的互聯(lián)，可以研制和開發(fā)出具有高性價(jià)比的新一代測(cè)溫系統(tǒng) —— 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)。 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)，即對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，使用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。經(jīng)單片機(jī)處理后，將實(shí)時(shí)溫度顯示在 四個(gè) 7 段 LED 數(shù)碼管顯示器上。 隨著人們生活水平的不斷提高 ,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 由于 甲型 H1N1 流感入境， 所以 為了把好關(guān)，需對(duì)流動(dòng)人口進(jìn)行人體體溫測(cè)量。由于溫度傳感器 DS18B20 具有獨(dú)特的單 總 線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能，零待機(jī)功耗，電壓范圍僅為 ～ 而且具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確的特點(diǎn)，最主要的是用戶可定義報(bào)警設(shè)置，報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度 (溫度報(bào)警條件 )，那么只要檢測(cè)到溫度超過設(shè)定的正常人體體溫就會(huì)發(fā)出報(bào)警，這樣就能更有效的防止流感的擴(kuò)散。出于對(duì)此問題的探索，我通過上網(wǎng)查閱及相關(guān)資料的收集，做了本設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用 LED 數(shù)碼管顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) STC89C52，測(cè)溫傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陰極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù) ,實(shí)現(xiàn)溫度顯示 ,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。 2 完成本設(shè)計(jì)需要軟件編程和硬件電路設(shè)計(jì)，需要用到兩種軟件。 軟件編程 Keil51 的簡介 軟件編程用 Keil Software 公司提供的產(chǎn)品軟件 uVision3 IDE，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及仿真于一體，適合個(gè)人開發(fā)或人數(shù)少、多開發(fā)過程的管理還不成熟的開發(fā)團(tuán)體，這一軟件簡單易用。 硬件電路設(shè)計(jì) Proteus 的簡介 硬件電路設(shè)計(jì)使用英國 Lab Center Electronics 公司推出的 Proteus 用于仿真單片機(jī)及 其外圍設(shè)備的 EDA 工具軟件。 Proteus 具有高級(jí)原理布圖 (isis)、混合模式仿真(Prospice)、 PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線 (ARES)等功能。 Proteus 的虛擬仿真技術(shù) (USM)第一次真正實(shí)現(xiàn)了在物理原型出來之前對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和測(cè)試。 Keil51 與 Proteus 配合使用可以在不需要硬件投入的情況下，完成單片機(jī)匯編語言、C 語言等應(yīng)用系統(tǒng)的仿真開發(fā)，從而縮短實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。 設(shè)計(jì)中用到的所有電子器件 單片機(jī) (STC89C52)、溫度傳感器 (DS18B20)、 7 段 LED 數(shù)碼管、晶振、排阻、電容、電阻、 蜂鳴器、發(fā)光二極管、按鍵、 NPN 型三極管等。 3 2 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì) 要求 (1)穩(wěn)定測(cè)量范圍 55℃ ～ 125℃ ,溫度顯示范圍 ℃ ～ ℃ ； (2)測(cè)量精度可達(dá)到 ℃； (3)四位共陰 七段 LED 數(shù)碼管顯示； (4)可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能 ，當(dāng)下限報(bào)警溫度設(shè)置為 0℃時(shí)，下限報(bào)警功能失效 。 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 方案 一 ： 采用模擬集成溫度傳感器 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、 可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路 比較復(fù)雜 。 圖 是 AD590 用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^ AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為 1kΩ時(shí)，輸出電壓 V0隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把 AD590 放于冰水混合 物中，調(diào)整電位器 R2，使 V0=?；蛟谑覝叵?(25℃ )條件下調(diào)整電位器 ,使V0=+25=（ mV）。但這樣調(diào)整只可保證在 0℃或 25℃附近有較高精度。 AD590 把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電流再通過放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，輸出數(shù)字量送給單片機(jī)進(jìn)行溫度控制。 這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩 ，而且測(cè)量精度比較低 。 4 圖 基于 AD590 測(cè)溫基本應(yīng)用電路 方案二： 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是微電子技術(shù)、計(jì)算 機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線 (1WIRE)總線、 I2C 總線、 SMBUS 總線和 SPI 總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總 線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有 DS18B20， 智能溫度控制器適配各種微控制器 ， 構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng) ；它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作 ， 自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀 。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 ,具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式 。溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度 ,測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ， 被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出 ， 其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生 ； 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信 ， 占用微處理器的端口較少 ， 可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。同 DS1820 一樣， DS18B20 也支持 “ 一線總線 ” 接口，測(cè)量溫度范圍為 55℃ ~+125℃， 5 在 10℃ ~+85℃范圍內(nèi) ， 精度為 ℃。 DS18B20 的精度較差為177。 ℃ ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電 壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念 。 現(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使您可以充分發(fā)揮 “ 一線總線 ” 的長處。 DS18B DS1822 “ 一線總線 ”數(shù)字化溫度傳感器。 由于 DS18B20 將溫度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機(jī)連接簡單、 方便，與 AD590 相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用 DS18B20。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二硬件電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，而且測(cè)量的準(zhǔn)確度高，故 本設(shè)計(jì) 采用方案二。 總體設(shè)計(jì)框圖 數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框 圖如圖 所示 ，控制器采用單片機(jī) STC89C52，溫度傳感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 數(shù)碼管以 并 口 方式 傳送數(shù)據(jù) 并以動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的方式 實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖 總體設(shè)計(jì)方框圖 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機(jī)復(fù)位 時(shí)鐘振蕩 報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 6 3 系統(tǒng)硬件電路組成及工作原理 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： (1)獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； (2)多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián) 在同一根數(shù)據(jù)線 上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； (3)無須外部器件； (4)可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； (5)零待機(jī)功耗； (6)溫度以 6 或 12 位數(shù)字； (7)用戶可 自 定義 設(shè)置 報(bào)警 溫度 ； (8)報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度 (溫度報(bào)警條件 )； (9)負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) Vdd I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 7 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL， 可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。 TO92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見 下 圖 ，其引腳功能描述見下： 1． GND 地信號(hào) 。 2． DQ： 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用 在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3． VDD： 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 圖 DS18B20 管腳圖 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM。高速暫存