毕业论文 多路数字式温度测量系统.doc

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1、物理电气信息学院 本科毕业设计摘 要本文结合实际使用需求，采用DS18B20数字温度传感器及单片机设计硬件连接电路，并给出了软件流程图及程序。系统由多个外接的温度传感器及显示器、键盘电路、电子看门狗电路、报警电路、单片机、通信接口及上位机组成。传感器将温度转为电信号后，经过通信接口交微处理器处理，最后将温度值显示并存储起来。通过键盘可以控制数据的回放，且可以通过接口与上位机进行通信。系统具有超温报警功能。由于采用了智能温度传感器DS18B20，它的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离点温度。系统具有微型化，微功耗，测量精度高，功能强大等特点，同时可测量多路温度参

2、数，报警的温度值能方便地设置。由于有先进的看门狗电路，加之DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。 系统由上位机和下位机两大部分组成。下位机实现温度的检测并提供标准的通信接口，上位机部分使用了通用PC。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。关键字：温度测量;传感器;单片机;集成电路AbstractBased on the actual experience and needs ,this thesis mainly designs thehardware connecting circuit by using DS18B20 and MCU.

3、 Meanwhile ,it shows the flowchart of software systems and procedures.This system consists of several external temperature sensors and displays,keyboard circuit,electronic watchdog circuit,alarm circuit, microprocessor,communications interface and the host computer. The temperature sensor turns temp

4、erature into signals and then through the disposal of the microprocess or interface, the temperature is showed and storaged finally . The data can be controlled by the keyboard intervals, and can communicate with the host computer through the interface. This system has the over temperature alarm sys

5、tem function. Because the DS18B20 intelligent temperature sensor system is used ,it has fast rate of change and it is very convenient to read and write . It has digital output ,and can measure the remote temperature.This system has the chatacteristics of microminiaturization, low power ,and high acc

6、uracy. It can measure the multi-channel temperature parameters at the same time and the alarm temperature can be easily installed. Because of the advanced watchdog circuit and the internal error testing of DS18B20 ,its anti-interference capability becomes better ,its function more reliable and its s

7、tracture simpler.This system is made up of the upper and lower crew of two main components. The lower component measures the temperature and provides a standard communication interface .Parts of the upper components use the general PC .This system can be used for measuring the temperature , controll

8、ing and monitoring the process of the air condition in the buildings.Key Words：temperature measure; Sensor; single-chip microcomputer; integrate circuit目录第一章 绪论11.1 国内外研究现状11.2 设计的目的及意义11.3 主要研究内容2第二章 系统总体结构设计与性能指标32.1 传感器的选择32.1.1 模拟式传感器32.1.2数字式传感器32.1.3 DS18B20的选用42.2 系统性能指标要求62.3系统总体结构设计方案6第三章 硬

9、件电路设计83.1高精度稳压电源83.1.1高精度稳压电源的组成83.1.2高精度稳压电源设计83.2看门狗电路103.3声光报警电路113.4键盘电路123.4.1键盘电路原理123.4.2 开关状态的可靠输入123.4.3 对按键进行编码123.4.4 选择键盘监测方法133.5温度显示电路133.6温度测试电路153.7 串口通讯电路17第四章 软件设计194.1 软件设计概述194.2 主程序方案194.3中断控制程序设计204.4温度测试子程序设计204.5串口通信程序设计21第五章 系统调试245.1硬件调试245.2软件调试245.3系统联调255.4现场调试25第六章 结论与展

10、望266.1 结论266.2展望26参考文献27附录1 程序清单28致谢32第一章 绪论1.1 国内外研究现状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，工业发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发展。传感器主要大体经过了三个发展阶段：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

11、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、控温，不需要进行非线性校准，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。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。但它们自成系统，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：智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年

12、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(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)；并且它是在硬件的基础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。温度传感器的发展趋势: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、高可靠性及安全性、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发展。1.2

13、 设计的目的及意义目前市场主要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，在这些温度测量系统,往往采用模拟技术进行设计,这样就不可避免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的下降。随着现代科学技术的飞速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展,微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感DSl8B20,具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信;在50125温度范围内具有0.0625精度;用

14、户可编程设定912位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。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，测量精度不高，系统可扩展性能差。针对目前市场的现状，本设计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。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。1.3 主要研究内容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

15、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）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，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，对各点进行控制。基于单片机采用数字温度传感器DS18B20组成下位机系统。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行现场温度测量。 第二章 系统总体结构设计与性能指标温度检测系统有着共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，就会造成测量系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统设计的关键在于两部分：温度传感器的选择