基于温度传感器的数字温度计

华东交通大学电子测量传感器设计报告报告题目：基于温度传感器的数字温度计作者姓名：专业班级：学号：指导老师：时间：2013~2014学年第一学期华东交通大学信息工程学院1摘要温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测。本文主要介绍了一个基于89C51单片机和DS18B20的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量。关键词：AT89C51单片机、温度传感器DS18B20AbstractTemperaturecontrolsystemiswidelyappliedinvariousfieldsofsociallife,suchashouseholdappliances,automobiles,materials,powerelectronics,thecommonlyused华东交通大学信息工程学院2controlcircuitaccordingtotheapplicationsandtherequiredperformanceindicatorsisdifferent,intheindustrialenterprise,howtoimprovetheperformanceofthetemperaturecontrolobjecthasbeencontrolpersonnelandtheon-sitetechnicalpersonneltosolvetheproblem.Thiskindofcontrolobjectinertiabig,seriouslagphenomenon,therearemanyuncertainfactors,itisdifficulttoestablishaccuratemathematicalmodel,whichcanleadtopoorperformancecontrolsystem,andevencontrolinstability,outofcontrolphenomenon.Thetraditionalrelaythermalcontrolcircuitissimpleandpractical,butbecausetherelayactionisfrequent,itmayaffectbybadcontactofthenormalwork.ControlfieldisalargenumberoftraditionalPIDcontrolmethod,butmodelofPIDcontrolobjectisdifficulttoestablish,andwhenthedisturbancefactorsisnotclear,inconvenientparameteradjustmentisstillacommonproblem.WithdigitaltemperaturesensorDS18B20,becauseofitsinternalintegrationA/Dconverter,makethecircuitstructuremoresimple,andreducetheprecisionoftemperaturemeasurementconversionloss,makemoreaccuratetemperaturemeasurement.DigitaltemperaturesensorDS18B20apincanonlycommunicatewithMCU,greatlyreducingthewiringtrouble,thisismoreextensibility.DuetotheminiaturizationofDS18B20chips,morecanandmaincircuitcanjumpthroughsinglecableconnection,therefore,canmakedigitaltemperaturesensorDS18B20aprobe,intoanarrowplace,increasesthepracticability.BettercombinationofmultipledigitaltemperaturesensorDS18B20isusedtodetecttherangeoftemperature.Thispapermainlyintroducesatemperaturemeasurementsystembasedon89c51MCUandDS18b20,describesindetailusingdigitaltemperaturesensorDS18b20temperaturemeasurementandcontrolsysteminthedevelopmentprocess,focusingonsensorunderthesinglechipmicrocomputerhardwareconnection,softwareprogrammingandtheflowdiagramofeachmodulesystemhascarriedonthedetailedanalysis,thesystemcaneasilyrealizetemperatureacquisitionanddisplay,andcanuseeithersettheupperandloweralarmtemperature,suitableforourdailylifeandtemperaturemeasurementinindustrialandagriculturalproduction.[Keywords]STC89C52microcontroller、DS18B20华东交通大学信息工程学院3目录摘要………………………………………………………………………………..1一、工作原理………………………………………………………………………..4二、设计方案…………………………………………………………………………..4三、单片机…………………………………………………………………….………5四、温度传感器………………………………………………………………….....7五、显示模块和报警模块………………………………………………………….....81、报警模块…………………………………………………………………82、温度显示模块………………………………………………….....……9六、C语言程序和注解………………………………………………………………9七、仿真图…………………………………………………………………………...151、整体仿真图……………………………………………………………162、各仿真模块……………………………………………………………17八、总结………………………………………………………………………………17九、参考文献…………………………………………………………………………18华东交通大学信息工程学院4一、工作原理采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。温度传感器DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89S51获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器)，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时,单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备(加热器)。当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声。系统中将通过串口通讯连接PC机存储温度变化时的历史数据，以便观察整个温度的控制过程及监控温度的变化全过程。二、设计方案采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信上传数据，另外AT89S51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。华东交通大学信息工程学院5该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。本设计由DS18B20温度传感器芯片测量当前的温度并将转换后的结果送入单片机。然后通过A89C51单片机驱动LCD显示测量温度值，当达到温度上限或下限时报警。如附录中本设计硬件电路图所示，本电路主要有DS18B20温度传感器芯片，LCD1602液晶显示器，AT89C51单片机及相应外围电路组成。三、单片机AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令华东交通大学信息工程学院6系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统