【正文】 課程考核答 題 冊(cè)課程名稱(chēng) 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) 課程性質(zhì) 院（部） 物電學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 電子聲像 學(xué)號(hào) 201014801108 姓名 趙培琳 年級(jí) 2010級(jí) 班 一班 層次 本科 學(xué)年 20122013 學(xué)期 2 成 績(jī) 評(píng) 定 表序 號(hào)評(píng) 語(yǔ)得 分總成績(jī) 評(píng)卷人 基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)將信號(hào)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，并有報(bào)警提示功能。報(bào)告中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)模塊、溫度控制模塊、顯示模塊和報(bào)警模塊。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。報(bào)告中還重點(diǎn)介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤(pán)掃描及按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī) DS18B20溫度芯片 溫度控制 串口通訊目錄摘要1 緒論 1 課題研究的背景和意義 1 本設(shè)計(jì)的主要要求 12 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2 系統(tǒng)方案選擇 2 整體電路設(shè)計(jì) 23 硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 DS18B20溫度傳感器 3 DS18B20供電方式 4 DS18B20測(cè)溫原理 4 復(fù)位電路模塊 4 顯示電路模塊 5 按鍵電路模塊 54 軟件設(shè)計(jì) 65 系統(tǒng)調(diào)試 86 分析 97 結(jié)論 9參考文獻(xiàn)： 9附錄A 10附錄B 10程序代碼： 10基于DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)1 緒論 課題研究的背景和意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍、最重要日常檢測(cè)參數(shù)之一。任何物理變化和化學(xué)變化的過(guò)程都與溫度密切相關(guān)。溫度檢測(cè)和控制都直接與安全生產(chǎn)、節(jié)約能源等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。溫度測(cè)量在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域占著重要的地位，航空、家電、科研等領(lǐng)域都需要溫度測(cè)試設(shè)備，用于測(cè)試和確定電工、電子及其它產(chǎn)品及材料進(jìn)行高溫、低溫、交變溫度或恒定試驗(yàn)的溫度環(huán)境的變化，判斷當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)的溫度值達(dá)到警示條件時(shí)發(fā)出警告信號(hào)。常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同，在工業(yè)企業(yè)中，如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來(lái)都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問(wèn)題。這類(lèi)控制對(duì)象慣性大，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，存在很多不確定的因素，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳，甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用，但由于繼電器動(dòng)作頻繁，可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式，但PID控制對(duì)象的模型難以建立，并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí)，參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問(wèn)題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有拓展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。 本設(shè)計(jì)的主要要求（1） 測(cè)量溫度范圍：50℃～150℃；（2） 精度：177?！?；（3） 線性度：177。℃；（4） 超限報(bào)警功能；（5） 具有溫度和時(shí)間顯示功能；（6） 工作電壓：總線供電。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)方案選擇方案一：采用純硬件的閉環(huán)控制系統(tǒng)。方案二：測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。方案三：考慮使用數(shù)字溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。方案比較：方案一優(yōu)點(diǎn)在于速度較快，但可靠性比較差控制精度比較低、靈活性小、線路復(fù)雜、調(diào)試、安裝都不方便，且要實(shí)現(xiàn)題目所有的要求難度較大。方案二采用模擬溫度傳感器，數(shù)據(jù)處理麻煩，且容易產(chǎn)生信號(hào)失真。方案三可以只用一根線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，具有接口簡(jiǎn)單容易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20可以直接溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)進(jìn)行處理，具有低功耗、商性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。比較以上三種方案，很容易看出，采用方案三，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案三。 整體電路設(shè)計(jì)溫度傳感器 DS18B20從設(shè)備環(huán)境中采集溫度，單片機(jī)獲取采集的溫度值，經(jīng)處理后得到當(dāng)前環(huán)境中一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度值，再根據(jù)當(dāng)前設(shè)定的溫度值，通過(guò)加熱和冷卻對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行調(diào)整。采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)送顯示部分顯示，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下限或高于設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警電路相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光顯示。本次設(shè)計(jì)的整體電路圖見(jiàn)附錄。溫度傳感器單片機(jī)鍵盤(pán)控制復(fù)位電路顯示電路報(bào)警電路電源電路3 硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) DS18B20溫度傳感器DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干擾能力、強(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以?huà)旖佣鄠€(gè)傳感器芯片，它具有三引腳T092小體積封裝形式，溫度測(cè)量55～+125℃，可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，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，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè)DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可省大量的引線和邏輯電路。從而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。綜上，在本系統(tǒng)中采用溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于l攝氏度，該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。 溫度芯片DS18B20 DS18B20引腳圖 DS18B20供電方式在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是用寄生電源供電，此時(shí)VCC、GND接地，I/O接單片機(jī)I/；另一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。 本設(shè)計(jì)中，采用第二種方法，這樣簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，降低了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度。 DS18B20測(cè)溫原理當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后， ℃形式表示。 溫度值格式 復(fù)位電路模塊復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要電源VCC的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的，而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式。： 復(fù)位電路 顯示電路模塊本電路主要使用八段數(shù)碼管HD7279和移位寄存器芯片。單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率較高，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)?。從人?lèi)視覺(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的