【正文】 畢業(yè)設(shè)計報告（論文） 基于 DS18B20 的溫度檢測 系統(tǒng)設(shè)計 所 屬 系 電子工程系 專 業(yè) 自動化 學(xué) 號 01208163 姓 名 周何聰 指導(dǎo)教師 李振東 起訖日期 設(shè)計地點 東南大學(xué)成賢學(xué)院 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 1 頁 共 31 頁 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告（論文） 誠 信 承 諾 本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計報告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。 學(xué)生簽名： 日 期： 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 2 頁 共 31 頁 目 錄 摘要 ……………………………………………………………… 3 Abstract ………………………………………………………… 4 第一章 緒 論 …………………………………………………… 5 167。 系統(tǒng)背景 ……………………………………………………………… 5 167。 系統(tǒng)概述 ………………………………………………………………… 5 第二章 方案論證 ……………………………………………… 6 167。 傳感器部分 ……………………………………………………………… 6 167。 主控制部分 ……………………………………………………………… 7 167。 系統(tǒng)方案 …………………………………………… ………………… 7 第三章 硬件電路設(shè)計 ………………………………………… 8 167。 電源以及看門狗電路 ……………………………………………………… 8 167。 鍵盤以及顯示電路 ……………………………………………………… 10 167。 溫 度測試電路 …………………………………………………………… 12 167。 串口通訊電路 …………………………………………………………… 16 167。 整體電路 ………………………………………………………………… 17 第四章 軟件設(shè)計 ……………………………………………… 17 167。 概述 ……………………………………………………………………… 17 167。 主程序方案 ……………………………………………………………… 17 167。 各模塊子程序設(shè)計 ………………………………………………………… 19 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 ……………………………………………… 21 167。 分步調(diào)試 ……………………………………………………………… 21 167。 統(tǒng)一調(diào)試 ……………………………………………………………… 21 結(jié)束語 ………………………………………………………… 22 參考文獻(xiàn) ………………… …………………………………… 23 附錄一 :軟件流程圖 …………………………………………… 25 附錄二：電路原理圖 …………………………………………… 27 致謝 ………………………………………… …………………… 30 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 3 頁 共 31 頁 摘要 DS18B20 是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。本文結(jié)合實際使用經(jīng)驗，介紹了 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。 該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)實現(xiàn)溫度的檢測并提供標(biāo)準(zhǔn) RS232通信接口，芯片使用了 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)和 DALLAS 公司的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。上位機(jī)部分使用了通用 PC。 該 系統(tǒng)可應(yīng)用于倉庫測溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。 關(guān)鍵字 ： 溫度測量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī) 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 4 頁 共 31 頁 Abstract As a kind of highaccuracy digital temperature sensor， DS18 B20 can be used building a sensor easily. It can also make the simple and reliable with it39。s special 1wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor. The system is constituted by two parts the temperature measured part and displayed part. The temperature measured part has a RS232 interface. It used AT89C51 of ATMEL pany and DS18B20 of DALLAS pany .The displayed part uses PC .This system is applied in such domains as warehouse detecting temperature；airconditioner controlling system in building and supervisory productive process etc. Key words： temperature measure； single bus； digital thermometer； single chip processor； 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 5 頁 共 31 頁 第一章 緒 論 167。 在 工、 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量及 控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點溫度檢測系統(tǒng)在各個方面 的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械?等設(shè)備溫度過熱檢測。溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。 167。 系統(tǒng)概述 本設(shè)計運用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（ PC 微型計算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)（ PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控 PC 進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨工作，實時顯示當(dāng)前各點的溫度值，對各點進(jìn)行控制。 下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的 系統(tǒng)。 DS18B20 利用單總線的特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量 ， 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性 好 、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。 本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型 工業(yè)及民用常溫多點監(jiān)測場合 。 如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、 溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測 、 醫(yī)療與健診的溫度測試 、 空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測 、石化、 機(jī)械? 等。 第二章 方案論證 溫度檢測系統(tǒng)有則共 同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 6 頁 共 31 頁 等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。 所以多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫度 傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐 大，也高居各類傳感器之首。 167。 傳感器部分 方 案一： 采用熱敏電阻，可滿足 40攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測 1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中 ,采用單片溫度傳感器 ,比如 AD590,LM35 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號 ,必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計算機(jī) ,這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 .另 外 ,這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器 ,不能進(jìn)行多點測量 .即使能實現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。 方案二： 在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，而為 了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在 0— 100 攝氏度時，最大線形偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20 的最大特點之一 采用 了單總線的 數(shù)據(jù)傳輸 ， 由數(shù) 字溫度計 DS1820和微控制器 AT89C51 構(gòu)成的溫度測量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ,可直接與計算機(jī)連接 。 這樣 ,測溫系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ,體積也不大 ,且由于 AT89C51 可 以帶多個DSB1820,因此可以 非常容易 實現(xiàn)多點測量 .輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 7 頁 共 31 頁 趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。 167。 主控制部分 方案一： 此方案采用 PC機(jī)實現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便 。且人機(jī)交互友好。但是 PC 機(jī)輸出信號不能直接與 DS18B20 通信。需要通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC 機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！ 方案二： 此方案采用 AT89C51 八位單片機(jī)實現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC機(jī)通信 .運用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（ PC微型計算機(jī)），下位機(jī)（單片 機(jī)）多點溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng) ,實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 167。 系統(tǒng)方案 綜上所述 ,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點，運用分布式通訊的思想。設(shè)計一種可以用于大規(guī)模多點溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是 RS232 串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實時顯示，也可以送回 上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點。 實際采用電路方案如下圖： 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 8 頁 共 31 頁 第三章 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)底層電路的功能主要包括：多點溫度測試及其相關(guān)處理，實時顯示溫度信息，與上位機(jī)通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計主要包括以下幾個模塊：電源以及看門狗電路， 鍵盤以及顯示電路，溫度測試電路，串口通訊電路。下面對電路分模塊進(jìn)行說明 167。 電源以及看門狗電路 a．電源電路 因為單片機(jī)工作電源為 +5V，且底層電路功耗很小。采用 7805 三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。 具體電路圖如下： 下位機(jī)（ AT 89C 51 ）上位機(jī)（ PC ）下位機(jī)（ AT 89C 51 ）傳感器模塊顯示模塊控制模塊傳感器模塊顯示模塊控制模塊上位機(jī)（ ）下位機(jī)（ ）傳感器模塊顯示模塊控制模塊傳感器模塊顯示模塊控制模塊 多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 第 9 頁 共 31 頁 b． 看門 狗電路 考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對惡劣，單片機(jī)會受到周圍環(huán)境的干擾，而出現(xiàn)程序跑飛，死機(jī) … 等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場對單片機(jī)重起，本設(shè)計為單片機(jī)電路添加一個外部看