基于AT89C51单片机的温度传感器.doc
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1、. .基于AT89C51单片机的温度传感器目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题背景11.2本课题研究意义21.3本课题的任务21.4系统整体目标3第二章方案论证比较与选择42.1 引言42.2方案设计42.2.1 设计方案一4 2.2.2 设计方案二42.2.3 设计方案三42.3 方案的比较与选择52.4 方案的阐述与论证5第三章硬件设计73.1 温度传感器73.1.1 温度传感器选用细那么73.1.2 温度传感器DS18B2083.2.单片机系统设计153.3 显示电路设计183.4 键盘电路设计203.5 报警电路设计213.6 通信模块设计223.6.1 RS-
2、232接口简介223.6.2 MAX232芯片简介233.6.3 PC机与单片机的串行通信接口电路24第四章软件设计264.1 软件开发工具的选择264.2 系统软件设计的一般原那么274.3系统软件设计的一般步骤274.4 软件实现284.4.1系统主程序流程图284.4.2 传感器程序设计284.4.3 显示程序设计344.4.4 键盘程序设计364.4.5 报警程序设计384.4.6 通信模块程序设计39第五章调试与小结41致谢42参考文献43附录44系统电路图44系统程序45. .word. .基于AT89C51单片机的温度传感器摘 要随着社会的进步和工业技术的开展,人们越来越重视温度
3、因素,许多产品对温度X围要求严格,而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量,同时有温度信息传递不及时、精度不够的缺点,不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下,开发一种能够同时测量多点,并且实时性高、精度高,能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。本课题以AT89C51单片机系统为核心,能对多点的温度进展实时巡检。DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器,由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经历,介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程,并给出了软件流
4、程图。关键词:温度测量;单总线;数字温度传感器;单片机 AbstractAs the industry and the society developing, the temperature bees more and more important and a lot of products are sensitive to temperature. However, temperaturemeasuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the s
5、ame time, the temperature information is not real time and the precision is low. It takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision .In this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is
6、real time and the precision is great is more essential. In order to meeting this application, this paper talk about The Multiple-Points temperature Measuring System.This system based on single chip puter, can inspect and control multiple temperatures in real time.As a kind of high-accuracy digital n
7、et temperature sensor,DS18 B20 can be used building a sensor net easily. It can also make the net simple and reliable with its special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor.Key words: temperature measure;single bus;digital thermometer;single ch
8、ip processor;. .word. .第一章 绪论1.1 课题背景在人类的生活环境中,温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里,从事什么工作,无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来,工业开展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业,可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要,由此推进了温度传感器的开展。传感器主要大体经过了三个开展阶段:模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远
9、、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进展非线性校准,外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器,典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等;模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器,典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统,工作时并不受微处理器的控制,这是二者的主要区别;智能温度传感器。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
10、技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或存放器)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)。智能温度传感器的特点是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);并且它是在硬件的根底上通过软件来实现测试功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。温度传感器的开展趋势。进入21世纪后,温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及平安性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速开展。传感器在温度测控系统中的应用。目前市场主要
11、存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表,主要采用传统的模拟集成温度传感器,其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高,测量X围大,而得到了普遍的应用。此种产品测温X围大都在-200800之间,分辨率12位,最小分辨温度在0.0010.01之间。自带LED显示模块,显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能,可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表,相对与单点的测量精度有一定的差距,虽然实现了多路温度的测控,但价格昂贵。针对目前市场的现状,本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。1.2本课题研究意义随着科学技术
12、的不断进步与开展,温度控制在工业控制、电子测温计、医疗仪器、家用电器等各种温度控制系统中广泛应用,且由过去的单点测量向多测量开展。目前温度传感器有模拟和数字两类传感器,为了克制模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和AD转换器的弊端,大多数多点测温控制系统采用数字传感器,并大大方便了系统的设计。比较有代表性的数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635、SMT160-30等。在传统的温度测量系统设计中,往往采用模拟技术进展设计,这样就不可防止地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题;而其中某一环节处理不当,就可能造成整个系统性能
13、的下降。随着现代科学技术的飞速开展,特别是大规模集成电路设计技术的开展,微型化、集成化、数字化正成为传感器开展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20,具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器的通信;在-10+85温度X围内具有05精度;用户可编程设定912位的分辨率。以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。1.3本课题的任务本课题主要是实现对温度进展多点同时测量并准确显示。整个系统由单片机控制,要能够接收传感器的数据并显示出来,可以从键盘输入命令,系统根据命令,选择对应的传感器,并由驱动电路驱动温度显示
14、。设计一种合理、可行的单片机监控软件,完成多点测量和显示的任务,并编写硬件底层驱动程序。1.4系统整体目标利用一个单片机设计一个能够进展多点温度进展同时测量的系统。该系统能够同时对多个点的温度进展测量和进展显示,并且能够对异常情况进展报警。. .word. .第二章 方案论证比较与选择2.1 引言温度测量的方案有很多种,可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等。2.2方案设计2.2.1 设计方案一采用模拟分立元件,如电容、电感或晶体管等非线形元件,实现多点温度的测量及显示,该方案设计电路简单易懂,操作简单,且价格廉价,但采用分立元件
15、分散性大,不便于集成数字化,而且测量误差大。2.2.2 设计方案二本方案采用AT89C51单片机为核心,通过温度传感器AD590采集温度信号,经信号放大器放大后,送到A/D转换芯片,最终经单片机检测处理温度信号。 图2.1 方案二的框图如图2.1,采用该方案技术已经成熟,AD转换电路设计较烦琐,而且使用AD590进展温度检测必须对冷端进展补偿,以减小误差。2.2.3 设计方案三本设计运用主从分布式思想,由一台上位机PC微型计算机,下位机单片机多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准,通过上位机PC控制下位机单片机进展现场温度采集。温度值既
16、可以送回主控PC进展数据处理,由显示器显示。也可以由下位机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进展控制。 下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进展现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。系统框图如下:图2 .2 方案三的系统框图2.3 方案的比较与选择基于数字式温度计DS18B20的温度测
17、量仪的硬软件开发过程,DS18B20将温度信号直接转换为数字信号,实现了与单片机的直接接口,从而省去了信号调理电路。该仪器电路简单、功能可靠、测量效率高,很好地弥补了传统温度测量方法的缺乏。相对与方案1,在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。相对与方案2,硬件电路简单,易于操作,具有更高的性价比,更大的市场。所以我采用方案3完本钱设计。2.4 方案的阐述与论证 方案三以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统,该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路等组成部。采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20,属于新一代适配微处理
18、器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器的通信。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。其可以分别9375ms和750ms内完成9位和12位的数字量,最大分辨率为0.0625,而且从DS18B20读出或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写。它有如下的性能特点:1)独特的单线接口,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无需变换其它电路,直接输出被测温度值;2)多点能力使分布式温度检测应用得以简化;3)不需要外部元件;4) 既可用数据线供电,也可采用外部电源供电;
19、5)不需备份电源;6) 测量X围为-55+125,固有测温分辨率为05;7)通过编程可实现912位的数字读数方式;8)用户可定义非易失性的温度告警设置;9)警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件(温度警告情况);10)应用X围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。根据DS18B20以上的特点我选用方案三来实现本课题。. .word. .第三章 硬件设计本课题研究的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器DS18B20为核心,充分利用单片机优越的内部和外部资源及数字温度传感器DS18B20的优越
20、性能构成一个完备的测温系统,实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制,能够接收传感器的温度数据并显示出来,可以从键盘输入命令,系统根据命令,选择对应的温度传感器,并由驱动电路驱动温度显示。本课题设计了一种合理、可行的单片机监控软件,完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能,使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、驱动电路,串口通信等构成。3.1 温度传感器3.1.1 温度传感器选用细那么现代传感器在原理与构造上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进展某个量的测量时首先要解决
21、的题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进展个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为适宜,那么需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。2灵敏度的选择通常,在传感
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- 基于 AT89C51 单片机 温度传感器
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