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数字温度计文献综述摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可手动设置温度上下报警值，温度超出所设报警值能够报警并显示当前温度。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20。关键词： 单片机 温度控制 AT89S51 DS18B20文献1 随着经济的发展，科技的突飞猛进，芯片技术也取得了飞速发展，这就使单片机技术在各种民用和工业测控等领域得到更为广泛应用。包括安全控制、娱乐系统、传统的工业控制中的电机控制、温控系统、仪表设备、楼宇自控系统、数据采集系统等；单片机凭借其低成本、高性能的不可替代优势，已成为微电脑控制的主力军。单片机更重要的意义在于其应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。文献2 单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定，目前该方向即是发展为SOC(片上系统)。单片机抗干扰能力加强，使的它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景。单片机提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。文献3 当国内从80年代起开始了单片机的热潮，二十多年过去了，单片机从研究所走出来， 成为日常生活中的一个不可缺少的部件。硬件方面日趋多样化，4位、8位、16位、32位等型号共同并存，在不同的领域存在，如家电、玩具、工业设备、仪器、通讯等。软件方面发展主要为汇编语言、C语言、嵌入式操作系统。速度、稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言和C语言。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。文献4 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 测量范围广。常用的从-50 1600均可边续测量，某些特殊最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达 2800（如钨-铼）。 构造简单，使用方便。通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 文献5 热电阻是中低温区常用的一种测温元件。热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。 文献6 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 文献7 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 文献8 20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力一般可达0.50.0625。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125，测温精度为±0.2。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。文献9 温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：传统的分立式温度传感器(含敏感元件)，主要是能够进行非电量和电量之间转换；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 传统的分立式温度传感器热电偶传感器：热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到-269，钨铼最高可达2800。模拟集成温度传感器：集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。智能温度传感器：智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。智能温度传感器包括数字温度传感器和石英温度传感器。数字温度传感器被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。用石英作为温度传感器的数字温度计可实现多种功能：用于热化疗仪中对药液的温度进行测量，能获得较好的测温效果；用于温度检测系统，测温系统可用于各行各业中。文献10 本设计是设计测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。所以控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20。文献11 A/D转化电路亦称 “模拟数字转换器”，简称“模数转换器”。将模拟量或连续变化的量进行量化（离散化），转换为相应的数字量的电路。A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和编码是同时完成的。抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程；量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程；编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示 。文献12 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且 可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总 线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、 传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。其主要特性如下： (1)适应电压范围宽，电压范围：3.0-5.5V，在寄生电源方式下可以由数据线供电； (2)独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；(3)DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测量。(4)DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；(5)温度范围-55+125，在-10+85时精度为±0.5；(6)可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5，0.25，0.125，0.0625，可以实现高精度测温；(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；(8)测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可以传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；(9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但是不能正常工作。文献13 在传统的测温电路设计中，使用热敏电阻之类的温度传感元件，利用其感温效应，将被测温度转换成电压或电流采集过来，进行A/D转换，将模拟温度值转换成对应的数字温度值，再通过显示设备显示出来。这种电路需要A/D转换电路，所以电路相对复杂。智能温度传感器集成了A/D转换器，可以很容易的连接到单片机的I/O口。随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度传感器的要求也越来越高。所以在扩展测温范围、扩大测温对象、显示数字化和检定自动化等方面的研究应投入更多的时间和精力。 文献14 The DS18B20 Digital Thermometer provides 9 to 12-bit (configurable) temperature readings which indicate the temperature of the device.Information is sent to/from the DS18B20 over a 1-Wire interface, so that only one wire (and ground) needs to be connected from a central microprocessor to a DS18B20. Power for reading, writing, and performing temperature conversions can be derived from the data line itself with no need for an external power source.Because each DS18B20 contains a unique silicon serial number, multiple DS18B20s can exist on the same 1-Wire bus. This allows for placing temperature sensors in many different places. Applications where this feature is useful include HVAC environmental controls, sensing temperatures inside buildings, equipment or machinery, and process monitoring and control.文献15 The AT89S52 is a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcontroller with 8K bytes of in-system programmable Flash memory. The device is manufactured using Atmels high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard 80C51 instruction set and pinout. The on-chip Flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. By combining a versatile 8-bit CPU with in-system programmable Flash on a monolithic chip, the Atmel AT89S52 is a powerful microcontroller which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applications.总结体会传统的测温方式是采用热电偶或热电阻模拟温度传感器输出为模拟信号，经A/D转换环节获得数字信号后与单片机等微处理器接口，使得硬件电路复杂，制作成本较高。DS18B20集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件。DS18B20系列集成温度传感器内部集成了温敏原件、数据转换芯片，存储器芯片和计算机接口芯片等功能模块。具有独特的单总线接口方式，可以通过数据线供电，具有超低功能工作方式，测温范围-55-125，测温精度为0.5度，温度转换精度9-12位可编程，直接将温度转换值以二进制数码的方式串行输出。该数字温度传感器性价比高，抗干扰能力性能好，可靠性高，软件设计规范。通过前期的文献资料的查找与学习，已经了解了单片机的基本工作原理、程序设计方法、I/O接口的扩展方法等。这是单片机应用系统的软件和硬件基础，有了这些基础，就可以进行单片机应用系统的设计和开发了。这些资料的准备是为设计数字温度计做准备，通过对应用系统设计思路和硬件、软件设计，使前边所学的知识融会贯通，锻炼和掌握独立设计、开发、制作和调试应用系统的思路、技巧、能力和方法，深入领会单片机应用系统的软、硬件调试方法和系统研制开发的过程。参考文献1张开生,郭国法.MCS-51单片机温度控制系统的设计J.微计算机信息，2005,21（7） 68-692何立民.单片机应用技术选编M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.3余发山 王福忠.单片机原理及应用技术M.中国矿业大学出版社，2007.4 刘洪恩.利用热电偶转换器的单片机温度测控系统J .仪表技术,2005,(02):21-22.5 赵吉良,梁清华,陈国杰.一种新型的热电阻测温信号的采样电路J.辽宁工学院学报,1995,(03):6-8. 106 赵旦峰,刘昕.集成温度传感器在多点温度测量中的应用J.传感器技术,1997,(01):36-38.7 楼然苗 李光飞编著，单片机课程设计指导，北京航空航天大学出版社2007.78杨刚,周群.电子系统设计与实践M.北京:电子工业出版社,2004.9 游冠军,胡益华,陆申龙,赵天相.集成温度传感器AD590的电路原理及其在测温和温控中的应用J.大学物理实验, 2000,(03):3-6.10 朱家建.单片机与可编程控制器. 北京:高等教育出版社，2007.11 张勇，宋化龙.一种实用最简AD电路及注意事项J.鞍山钢铁学院学报,1996,(02):212 廖琪梅，韩彬，杨文昭等.基于单总线器件DS18B20的温度测量仪J.国外电子器件，2008（2）：24-2613 申忠如 申淼 谭亚丽编著，MCS-51单片机原理及系统设计，西安交通大学出版社，200814 Dallas Semiconductor Corporation DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer R. 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