【正文】 摘 要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種非常重要的事情,因此設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。 本文主要介紹了一個(gè)基于89S51單片機(jī)的測溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20與AT89C51結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度檢測；AT89S51；DS18B20；Based on SCM and DS18B20 temperature alarm systemAbstractWith the progress of The Times and development, temperature test has been affect our life, work, scientific research, each domain, has bee a very important thing, therefore to design a temperature testing system is imperative.This paper mainly introduces a 89S51 MCU based on temperature measuring system, described in detail by using digital temperature sensor DS18B20 development temperature measuring system, focusing on the process of sensors in the hardware connection, microcontroller software programming and each module in the system flow makes a detailed analysis, part of the circuit also introduces one, the system is easy to realize the temperature gathering and display, and can according to need to set arbitrary upper alarm temperature, it USES up is very convenient, with high precision, range wide, high sensitivity, body ?Key Words：Microcontroller, Temperature detection. AT89S51。 DS18B20,目 錄摘 要 1on SCM and DS18B20 temperature alarm sysBased tem 2Abstract 2引 言 5 6 7：使用熱敏電阻 7 方案二：采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 7 8 主控制器 8 方案一：采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn) 8 顯示電路 11 方案一：采用七段LED數(shù)碼顯示 11 方案二：采用SMCI602A液晶顯示模塊芯片 11 溫度傳感器的選擇 12：采用熱敏電阻 12 方案二：數(shù)字溫度傳感器DS18B20 12 溫度報(bào)警電路 17 電源設(shè)計(jì) 174．軟件設(shè)計(jì) 17 程序流程 18 主程序流程圖 18 各子程序流程圖 19 程序 20 24結(jié) 論 29 31致謝 32：電路仿真圖 33引 言隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器②模擬集成溫度傳感器③智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，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)。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器，89S51單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測溫要求比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)，測溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。在工業(yè)領(lǐng)域，溫度、壓力、流量是最常見的三大被檢測的物理參數(shù)，其中最廣泛的還是溫度量的測量，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)場溫度的測量也由過去的刻度溫度計(jì)、指針溫度計(jì)向數(shù)字顯示的智能溫度計(jì)發(fā)展，而且，對(duì)測量的精度要求也越來越高。當(dāng)然，對(duì)不同的工藝要求，其測量的精度要求不盡相同，這些是顯而易見的，譬如，在測量電機(jī)的軸溫時(shí)，可能測量的允許差達(dá)l℃以上，但在某些場合，溫度的檢測與控制需要達(dá)到很高的精度。以化工生產(chǎn)中聯(lián)堿行業(yè)為例，聯(lián)堿外冷器液氨致冷技術(shù)作為80年代中期化工部重點(diǎn)推廣的技改項(xiàng)目之一，已被各聯(lián)堿廠相繼采用，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到不斷改進(jìn)，已成為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一項(xiàng)成熟、有效的節(jié)能降耗技術(shù)。但至今仍存在外冷器生產(chǎn)能力偏低、運(yùn)行周期短和節(jié)能效果不理想等問題。而外冷器進(jìn)出口母液溫差是影響外冷器生產(chǎn)能力和運(yùn)行周期的一個(gè)重要因素，從長期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)看，混合溶液每次流經(jīng)外冷器時(shí)，進(jìn)、℃為宜。因此，精確測量與控制通過外冷器混合溶液的進(jìn)、出口溫差是指導(dǎo)該生產(chǎn)工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。事實(shí)上，由于精度要求較高，在實(shí)際生產(chǎn)中該環(huán)節(jié)的溫差測控問題一直沒能得到很好解決。經(jīng)調(diào)研知，在全國范圍內(nèi)幾乎所有化工集團(tuán)的聯(lián)堿行業(yè)的生產(chǎn)情況都如此，他們迫切希望能解決這一問題。在其它許多場合(如發(fā)酵工藝)中，溫度的準(zhǔn)確測量與控制同樣具有相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)作用。目前，雖然國內(nèi)外已有很多溫度測控裝置，℃，并能適用于類似制堿工藝要求的外冷器低溫差的精確檢測與控制在國內(nèi)尚屬空白。該課題的研究能實(shí)現(xiàn)外冷器溫差的高精度檢測與控制，可推廣應(yīng)用到其它化工生產(chǎn)過程及其相關(guān)領(lǐng)域中需要對(duì)溫差與溫度進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)測控的場合。因此，研發(fā)高精度溫度與溫差測控系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用前景。 該系統(tǒng)主要由溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。：使用熱敏電阻由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，就可以將被測溫度顯示出來，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。 方案二：采用數(shù)字溫度芯片DS18B20采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號(hào)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(shí)，最大線形偏差小于1 攝氏度。DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89S51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)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。采用51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)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(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。控制工作，還可以與PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89S51 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。該系統(tǒng)利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加入時(shí)鐘芯片DS1302以獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲(chǔ)器件，以此來對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用鍵盤來進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計(jì)算機(jī)的RS232接口進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)框圖如圖1所示單片機(jī)顯示電路驅(qū)動(dòng)電路按鍵輸入電路測溫電路擴(kuò)展接口：對(duì)時(shí)間和溫度信息定點(diǎn)存儲(chǔ)，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換報(bào)警電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路圖1 DS18B20溫度測溫系統(tǒng)框圖從以上兩種方案，容易看出方案一的測溫裝置可測溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。方案二的測溫裝置電路簡單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示,控制器使用單片機(jī)AT89C2051,溫度計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過89C205I單片機(jī)芯片對(duì)送來的測量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。由圖1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和89C2051單片機(jī)芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。 圖2 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖 主控制器 方案一：采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)此方案采用PC機(jī)實(shí)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(hào)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：使用單片機(jī)使用單片機(jī)，對(duì)于單片機(jī)的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kbytes 的可編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP），也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，所以低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可為提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對(duì)于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。主要特性如下：與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期－ 全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz三級(jí)程序加密鎖1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I／O口線2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源全雙工串行UART通道低功耗空閑和掉電模式中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)看門狗（WDT）及雙數(shù)