温度监控系统设计实验报告

温温度度监监控控系系统统设设计计 引言引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、 建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同 工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测方法以及对温 度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对 数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。 随着电子技术和微型计算机的迅速发展， 微机测量和控制技术也得到了迅速的发 展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益 发展和完善，越来越显示出其优越性。 作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广 泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此， 了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解， 尤其是对温度传感器的深入研究以及其用 法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合 传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。 文中传感器理论单片机实际应用有 机结合， 详细地讲述了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及 实现热电转换的原理过程。 本设计应用性比较强， 设计系统可以作为生物培养液温度监控系统，如果稍 微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲 等等。 课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算 机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。 本设计系统包括温度采集模块， 单片机最小系统， 显示模块， 按键控制模块， 报警模块和指示模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 方案设计方案设计总体设计方案采用 AT89C52单片机作控制器，温度传感器选用 DS18B20 来设计数字温度计，系统由 6 个模块组成主控制器、测温电路、显 示电路、报警电路、控制电路及指示电路。主控制器由单片机 AT89C52实现， 测温电路由温度传感器 DS18B20 实现，显示电路由 4 位 LED 数码管直读显示,， 报警系统由蜂鸣器和发光二级管构成，控制电路由按键构成，指示电路由发光二 极管组成。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测 温范围广， 测温准确其输出温度采用数字显示， 主要用于对测温比较准确的场所， 或科研实验室使用，并且加有报警装置，超过温度可发出警示，还可以调整报警 温度。该设计控制器使用单片机 AT89C52，测温传感器使用 DS18B20，用 4 位 共阳极 LED 数码管以 I/O 传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。 实验目的和要求实验目的和要求 1.学习 DS18B20 温度传感芯片的结构和工作原理。 2.掌握 LED 数码管显示的原理及编程方法。 3.掌握矩阵式键盘的原理及使用方法。 4.掌握 51 系列单片机数据采集及处理的方法。 实验原理实验原理用温度传感器芯片。温度传感器芯片能把温度信号转换成数字 信号，直接发送给单片机，转换后通过显示电路既可以显示。 基本芯片及其原理基本芯片及其原理单片机微型计算机简称单片机，是指在一块芯片体 上集成了中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、程序存储器 ROM 或 EPROM、 定时器/计数器、中断控制器以及串行和并行 I/O 接口等部件，构成一个完整的 微型计算机。 目前， 新型单片机内还有 A/D 及 D/A 转换器、 高速输入/输出部件、 DMA 通道、浮点运算等特殊功能部件。由于它的结构和指令功能都是按工业控 制设计要求设计的，特别适用于工业控制及其数据处理场合，因此，确切的称谓 是微控制器，单片机只是习惯称呼。 （1）单片机的特点 1有优异的性能价值比。 2集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各个功能部件集成在一块 芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可 靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取措施，适合于恶 劣环境下工作；也易于产品化。 3控制功能强。 为了满足工业控制的要求， 一般单片机的指令系统中均有及 其丰富的转移指令、I/O 口逻辑操作及位处理指令。一般来说，单片机的逻辑控 制功能及运行速度高于同意档次的微机。 4单片机的系统扩展和系统配置都比较典型、 规范，而且非常容易构成各种 规模的应用系统。 （2）单片机并行 I/O 接口的扩展 单片机与外部交换信息是通过 I/O 接口电路来实现的。 AT89C51单片机本身 有 4 个 8 位的并行 I/O 口 P0-P3，但实际使用时往往再增加些 I/O 口，以便与外 部设备交换数据。AT89C51 单片机外部 RAM 和扩展 I/O 接口是统一编址的。用 户可以把外部 64KB RAM 空间的一部分作为扩展 I/O 接口地址空间， 每一个 I/O 接口相当于一个 RAM 存储单元， 访问外部 RAM 存储单元就像访问外部 I/O 接口， 即用“MOVX”指令对扩展 I/O 接口进行输入输出操作。 查询式键盘属于独立式键盘， 键盘的各个按键之间彼此是独立的且是最简单 的键盘电路。每个键地接入一根数据输入线。如图所示。注意由于每一个按键 均需要一根 I/O 口线 ，当键盘按键数量比较多时，需要的 I/O 口线也较多，因 此独立式键盘只适合于按键较少的应用场合。一般情况下，按键数等于占用 I/O 端口数。 查询式键盘的结构图如图所示 VCC R1 1 k R2 1 k S1 S2 SW-PB SW-PB P1.0 P1.1 图查询式键盘的接口电路 查询式键盘可以工作在多种方式下，中断方式、程序查询方式、定时查询发 送和中断查询方式。 在中断模式下，按键的数量受到外部中断源的限制。在有特殊需要的场合， 还可以借用内部的定时器中断。所以在这种模式下，按键的数目小于外部中断源 和单片机定时器数量之和。 程序查询和定时查询类似， 都是通过读 I/O 状态， 当有键被按下时相应的 I/O 口线变为低电平， 而未被按下的键对应的 I/O 口线保持为高电平， 这样通过读 I/O 口状态可判断是否有键按下和哪一个键被按下。 温度传感器及其原理 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。 测温范围 －55℃～125℃，固有测温 分辨率 0.5℃。工作电源 35V/DC 。DS18B20 内部结构主要由四部分组成64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由 1 线通信线路 给片子供电， 而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20 的 电源也可以从外部 3V-5 .5V的电压得到。 DS18B20 采用一线通信接口。 因为一线通信接口， 必须在先完成 ROM 设定， 否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令