基于DS18B20的多点温度测量系统(毕业设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.18M 资料格式：doc 举报版权申诉

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的意义

1.3 国内外现状及水平

1.4 课题研究内容

2 系统方案设计

2.1 基于模拟温度传感器设计方案

2.2 基于数字温度传感器设计方案

2.3 方案论证

3 电路设计

3.1工作原理

3.2 DS18B20与单片机接口技术

3.3 键盘电路设计

3.4显示电路设计

3.5 报警电路设计

3.6 电源电路设计

4 程序设计

4.1 系统资源分配

4.2 系统流程设计

4.3 程序设计

5 系统仿真

5.1 PROTEUS仿真环境介绍

5.2 原理图绘制

5.3 程序加载

5.4 系统仿真

5.5 仿真结果分析

6 PCB板设计

6.1 PCB板设计

6.1.1 PCB板面规划

6.1.2 PCB网络表导入

6.1.3 PCB元件布局

6.1.4 布线

6.2 PCB板制作

6.2.1 PCB打印

6.2.2 PCB转印

6.2.3 PCB蚀刻

6.2.4 PCB钻孔

6.2.5 PCB板表面处理

总结

参考文献

附录 PCB图与元件清单

致谢

目录中文摘要..........................................................................................................III 英文摘要..........................................................................................................IV 1 绪论..............................................................................................................1 1.1 课题来源.................................................................................................... 1 1.2 课题研究的目的意义................................................................................1 1.3 国内外现状及水平....................................................................................2 1.4 课题研究内容............................................................................................ 2 2 系统方案设计................................................................................................3 2.1 基于模拟温度传感器设计方案.......................................................................................... 3 2.2 基于数字温度传感器设计方案.......................................................................................... 4 2.3 方案论证.............................................................................................................................................4 3 电路设计........................................................................................................6 3.1 工作原理..............................................................................................................................................6 3.2 DS18B20 与单片机接口技术................................................................................................7 3.3 键盘电路设计................................................................................................................................14 3.4 显示电路设计.................................................................................................................................15 3.5 报警电路设计................................................................................................................................16 3.6 电源电路设计................................................................................................................................17 4 程序设计......................................................................................................18 4.1 系统资源分配................................................................................................................................18 4.2 系统流程设计................................................................................................................................18 4.3 程序设计...........................................................................................................................................24 5 系统仿真......................................................................................................34 5.1 PROTEUS 仿真环境介绍................................................................................................... 34 5.2 原理图绘制...................................................................................................................................35 5.3 程序加载.........................................................................................................................................35 5.4 系统仿真...........................................................................................................................................36 5.5 仿真结果分析................................................................................................错误！未定义书签。 6 PCB 板设计.................................................................................................. 39 6.1 PCB 板设计..................................................................................................................................... 39 I

6.2 PCB 板制作..................................................................................................................................... 42 总结..............................................................................................................45 参考文献..........................................................................................................46 附录系统电路图、程序与元件清单........................................................... 47 致谢..........................................................................................................51 II

摘要本设计系统地介绍了基于 DS18B20 的多点温度测量系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计以及系统仿真过程。DS18B20 多点温度测量系统是以 AT89C51 单片机作为控制核心，智能温度传感 DS18B20 为控制对象，运用 C 语言编程实现系统的各种功能。该系统由单片机最小系统、传感器电路、报警电路、LCD 显示电路、行列式键盘电路、电源电路六大部分组成。借助 PROTEUS 软件，实现了系统电路设计和仿真。它适用于电力工业、煤矿、森林、火灾、高层建筑等场所，还可以用于环境恶劣的工业控制现场。通过 DS18B20 的单总线技术，实现对远程环境的温度测量与监控。关键词：DS18B20、仿真、测量系统、PROTEUS、单片机 III

Abstract development process. DS18B20 multi-point This system introduced on the DS18B20 multi-point temperature measurement system components, design, circuit theory, program design and product temperature measurement system is the core AT89C51 SCM as a control, smart temperature sensing DS18B20 targets for the control, use of C-language programming system functions. The system is the smallest MCU system, sensor circuit, alarm circuits, LCD display circuit, the five major determinant keyboard circuit circuit components. With PROTEUS software, and the system design and simulation, and the eventual adoption of hardware verification. It applies to the power industry, coal, forest, fire, high-rise buildings and other places can also be bad for the environment of industrial control at the scene. DS18B20 through a single bus technology, to achieve the long-range environmental temperature measurement and monitoring. Key words: DS18B20、 simulation、 measurement system、PROTEUS、 MCU IV

邵阳学院毕业设计（论文） 1 绪论 1.1 课题来源温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一，同时它也是一种最基本的环境参数。人民的生活与环境温度息息相关，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，在电力、化工、石油、冶金、机械制造、大型仓储室、实验室、农场塑料大棚甚至人们的居室里经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对环境温度进行控制。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行。炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分流才能得到汽油、柴油、煤油等产品；没有合适的温度环境，许多电子设备不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。可见，研究温度的测量具有重要的理论意义和推广价值。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。本设计就是为了满足人们在生活生产中对温度测量系统方面的需求。本设计要求系统测量的温度的点数为 4 个，测量精度为 0.5℃，测温范围为 -20℃～+80℃。采用液晶显示温度值和路数，显示格式为:温度的符号位,整数部分, 小数部分,最后一位显示℃。显示数据每一秒刷新一次。 1.2 课题研究的目的意义 21 世纪科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术也成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于生产的各个领域。对于本次设计，其目的在于：（1）掌握数字温度传感器 DS18B20 的原理、性能、使用特点和方法，利用 C51 对系统进行编程。（2）本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，具有综合性、科学性、代表性，可全面检验和促进学生的理论素养和工作能力。（3）本课题的研究可以使学生更好地掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法，培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，提高电子产品研发素质、增强 1

邵阳学院毕业设计（论文）针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。 1.3 国内外现状及水平传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段:传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；模拟集成温度传感器／控制器；数字温度传感器。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，同时具有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。随着我国四个现代化和经济发展，我国在科技和生产各领域都取得了飞速的发展和进步，发展以温度传感器为载体的温度测量技术具有重大意义。 1.4 课题研究内容本设计研究的主要内容如下：（1）在广泛查阅温度检测控制理论和方法、测温技术和温度控制技术等资料的基础上，根据不同的控制要求及应用领域完成对系统方案的总体设计。本设计采用以 AT89C51 为核心的单片机系统，来实现对温度的检测、报警等功能。（2）研究比较各相关元器件的功能与特点，选择合适的元器件。（3）系统硬件设计。系统硬件设计主要包括：温度检测、单片机数据采集处理、显示、键盘设定、报警电路等部分。（4）系统软件设计。本课题采用 C 语言，利用 Keil 编译器进行编程及调试。主要研究 DS18B20 与单片机的通信协议、时序及一些 C51 通用程序等。本设计的难点分为硬件和软件两个方面。其中硬件开发的难点在于各种元器件的选择和使用，如各种电阻、电容等的选择。软件开发的难点在于 DS18B20 的时序，如果时序不正确，将无法读出正确的温度值，对系统产生很大的影响。 2

邵阳学院毕业设计（论文） 2 系统方案设计 2.1 基于模拟温度传感器设计方案该方案由单片机、模拟温度传感器 AD590、运算放大器、AD 转换器、4×4 键盘、LCD 显示电路、集成功率放大器、报警器组成,如图 2.1 所示。本方案采用模拟温度传感器 AD590 作为测温元件，传感器将测量的温度变换转换成电流的变化，再通过电路转换成电压的变化，使用运算放大器交将信号进行适当的放大，最后通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，传给给单片机，单片机将温度值进行处理之后用 LCD 显示，当温度值超过设置值时，系统开始报警。图 2.1 基于模拟温度传感器的测量系统方案本方案使用的测温元件的性能指标如下：（1）AD590 的测温范围为﹣55℃～+150℃。（2）AD590 的电源电压范围为 4V～30V，电源电压可在 4V~6V 范围变化，电流变化 1mA，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（3）输出电阻为 710MW。（4）精度高，AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在 ﹣55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，温度测量范围广等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0℃时输出为 0，温度 25℃时输出 2.982V。电流输出型的灵敏度一般为 1mA/K。 3

邵阳学院毕业设计（论文） 2.2 基于数字温度传感器设计方案该方案使用了 AT89C51 单片机作为控制核心,以智能温度传感器 DS18B20 为温度测量元件，采用多个温度传感器对各点温度进行检测，通过 4×4 键盘模块对正常温度进行设置显示电路采用 128×64 LCD 模块，使用 LM386 作为报警电路中的功率放大器。温度传感器 DS18B20 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 4×4键盘单片机 LCD 显示电路集成功放报警器图 2.2 基于数字温度传感器测量系统方案本课题采用数字温度传感器 DS18B20 作为测为测温元件,它具有如下特点: （1）只要求一个端口即可实现通信。（2）在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4）测量温度范围在－55C 到＋125C 之间。（5）数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。（6）内部有温度上、下限告警设置。 2.3 方案论证本设计要求测量的点数为 4，测温范围为-20℃～+80℃，精度为 0.5℃。采用液晶显示，同时显示路数和温度，每秒刷新 1 次显示数据。综合模拟温度传感器和数字温度传感器的性能指标，以上两个方案都能达到设计的要求。方案一采用模拟温度传感器 AD590，转换结果需要经过运算放大器和 AD 转换器传送给处理器。它控制虽然简单，成本低，但是后续电路复杂，且需要进行温度标定，集成温度传感器 AD590 输出为电流信号,且输出信号较弱，所以需要后续放大 4

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