单片机的温度监控系统设计
单片机的温度监控系统设计[20200128190926]
【摘要】
本设计是以AT89C51单片机为核心的温度控制系统。文中介绍控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路。本系统可以实现由温度芯片DS18B20采集温度信号，并以数字信号的方式传送给单片机。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件模块结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。
通过基于单片机的温度控制系统的设计，加深了对传感器技术及检测技术的了解，巩固了对单片机知识的掌握，并系统的复习了本专业所学过的知识。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51单片机DS18B20温度检测芯片温度控制
引 言 4
一．系统设计的任务和目标 4
（一）系统设计的基本要求 4
（二）系统设计的方法 4
二．系统基本方案 4
（一）各模块电路的方案选择及论证 4
（二）系统各模块的最终方案 5
三．系统硬件设计 6
（一） 单片机的选择 6
（二）单片机最小系统电路设计 7
（三）按键电路设计 7
（四）数码管显示电路 7
（五）温度控制电路 8
（六）报警电路 9
四．系统软件设计 9
（一）读取DS18B20温度模块子程序 9
（二）数据处理子程序 10
（三）键盘扫描子程序 11
（四）主程序流程图 12
五．调试 13
六．总结 13
七．致谢 14
八．参考文献 14
九．附录 14
（一）电路原理图 14
（二） 程序 15
引 言
随着现代化科技的进步，很多场合需要非常精确的控制温度的变化，在日常生活中，例如大棚种植等情况，都需要对温度有精确的控制。需要时刻对温度进行测量并且调节的情况也非常多。
正是由于有这些特殊情况，温度控制系统也就诞生了。本文设计的温度控制系统是以单片机AT89C51为控制核心，由温度传感器接受温度，再由光耦合器控制电阻炉和通风机来加热和散热。本系统由于使用的是性价比比较高的单片机AT89C51，具有系统性能温定可靠，功耗低，成本低，测量准确，传输距离远，维护简单等优点，在实际工作中有一定的实用和参考价值。
温度监控系统的作用就是为对温度要求比较高的环境，提供一个稳定的温度，创造最合适的生产生活环境。
一．系统设计的任务和目标
（一）系统设计的基本要求
设计基于AT89C51单片机的温度控制器，用于控制温度。具体要求如下:
1. 自行设计一个温度范围。
2. 控制三相电阻炉为加热设备。
3. 采用通风机作为通风散热设备。
4. 易于操作，方便人机对话。
（二）系统设计的方法
根据题目要求系统模块分可以划分为：键盘模块，温度测量模块，显示电路模块，升温降温模块，报警模块。
二．系统基本方案
（一）各模块电路的方案选择及论证
1.键盘模块
采用独立按键，接线简单，易于理解，不需要特定的键盘扫描程序，占用空间比较少。
2.温度测量模块
采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。DS18B20 的测温范围0℃~100℃，分辨率最大可达0.0625 ℃。DS18B20 是Dallas 半导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。一线总线将独特的电源和信号复合在一起，并仅使用一条线，每个芯片都有唯一的编码，支持联网寻址，简单的网络化的温度感知，零功耗等待等特点。
DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。
3.显示电路模块
使用动态显示，节省了I/O输出口，但是此方法需加外加外部驱动以此增加输出电流来更好的驱动数码管显示，电路简单，成本稍高，需要特定的编程来完成动态刷新。
4.升温降温模块
应用了光耦合器，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。所以选择光耦合器更安全控制更准确。
⒌报警模块
按照设计要求，当温度低于下限或高于上限时，应具有报警功能。这样就可以用一只蜂鸣器作为三极管 VT1 的集电极负载，当 VT1 导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；VT1 截止时，蜂鸣器不发声。
（二）系统各模块的最终方案
1. 采用AT89C51单片机作为控制器，分别对温度采集、数码管显示、温度设定、升温降温控制。
2. 温度测量模块采用数字温度传感器DS18B20。此器件经软件设置可以实现高分辨率测量。
3. 由光耦合器控制电热炉和通风机的工作。
4. 显示用数码管显示实时温度值。
系统的基本框图如图1所示。
CPU（AT 89C51）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过AT89C51来处理数据。数据处理后的结果就显示到数码管上。另外由键盘设定温度值送到单片机，单片机通过数据处理发出温度控制信息到继电器。
图1系统原理图
三．系统硬件设计
（一） 单片机的选择
单片机型号的选择是根据设计的内容而定的，并不是什么单片机都可以用。一方面要考虑选用的单片机能否在不需要外扩的情况下就可以满足要实现的功能。比如：单片机的存储器空间的大小、单片机的 I/O 口数等。另一方面还要考虑单片机的性价比，是否容易买到等一些外部因素。
由于实现该系统功能的程序不会超过4K，而AT89C51单片机内部有4K的FlASH程序存储器和2K的数据存储器，因而不需要外扩程序存储器和数据存储器。并且该型号单片机程序下载方便、价格便宜的优点，因而被广泛的应用。AT89C51单片机引脚排列。
（二）单片机最小系统电路设计
单片机最小系统就是保证单片机能够正常工作的最基本的硬件电路。主要包括时钟电路、复位电路。
单片机工作的时间基准是有时钟电路提供的。在单片机的 XTAL1和 XTAL2 管脚，按图 2所示接上晶振和电容就够成了单片机的时钟电路。
图2 时钟电路
（三）按键电路设计
系统的功能：一、可以切换显示实时温度和温度上下限的值。二、可以调节温度上下限。要实现这些功能，可以通过按键输入电路。
键盘结构可分为独立式键盘和行列式键盘（矩阵式）两类，由于本系统只采用 4 个按键，因此可选用独立式按键。如图3所示，电路有四个按键组成，按键采用轻触开关。
图3 按键电路
（四）数码管显示电路
【摘要】
本设计是以AT89C51单片机为核心的温度控制系统。文中介绍控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路。本系统可以实现由温度芯片DS18B20采集温度信号，并以数字信号的方式传送给单片机。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件模块结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。
通过基于单片机的温度控制系统的设计，加深了对传感器技术及检测技术的了解，巩固了对单片机知识的掌握，并系统的复习了本专业所学过的知识。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51单片机DS18B20温度检测芯片温度控制
引 言 4
一．系统设计的任务和目标 4
（一）系统设计的基本要求 4
（二）系统设计的方法 4
二．系统基本方案 4
（一）各模块电路的方案选择及论证 4
（二）系统各模块的最终方案 5
三．系统硬件设计 6
（一） 单片机的选择 6
（二）单片机最小系统电路设计 7
（三）按键电路设计 7
（四）数码管显示电路 7
（五）温度控制电路 8
（六）报警电路 9
四．系统软件设计 9
（一）读取DS18B20温度模块子程序 9
（二）数据处理子程序 10
（三）键盘扫描子程序 11
（四）主程序流程图 12
五．调试 13
六．总结 13
七．致谢 14
八．参考文献 14
九．附录 14
（一）电路原理图 14
（二） 程序 15
引 言
随着现代化科技的进步，很多场合需要非常精确的控制温度的变化，在日常生活中，例如大棚种植等情况，都需要对温度有精确的控制。需要时刻对温度进行测量并且调节的情况也非常多。
正是由于有这些特殊情况，温度控制系统也就诞生了。本文设计的温度控制系统是以单片机AT89C51为控制核心，由温度传感器接受温度，再由光耦合器控制电阻炉和通风机来加热和散热。本系统由于使用的是性价比比较高的单片机AT89C51，具有系统性能温定可靠，功耗低，成本低，测量准确，传输距离远，维护简单等优点，在实际工作中有一定的实用和参考价值。
温度监控系统的作用就是为对温度要求比较高的环境，提供一个稳定的温度，创造最合适的生产生活环境。
一．系统设计的任务和目标
（一）系统设计的基本要求
设计基于AT89C51单片机的温度控制器，用于控制温度。具体要求如下:
1. 自行设计一个温度范围。
2. 控制三相电阻炉为加热设备。
3. 采用通风机作为通风散热设备。
4. 易于操作，方便人机对话。
（二）系统设计的方法
根据题目要求系统模块分可以划分为：键盘模块，温度测量模块，显示电路模块，升温降温模块，报警模块。
二．系统基本方案
（一）各模块电路的方案选择及论证
1.键盘模块
采用独立按键，接线简单，易于理解，不需要特定的键盘扫描程序，占用空间比较少。
2.温度测量模块
采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。DS18B20 的测温范围0℃~100℃，分辨率最大可达0.0625 ℃。DS18B20 是Dallas 半导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。一线总线将独特的电源和信号复合在一起，并仅使用一条线，每个芯片都有唯一的编码，支持联网寻址，简单的网络化的温度感知，零功耗等待等特点。
DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。
3.显示电路模块
使用动态显示，节省了I/O输出口，但是此方法需加外加外部驱动以此增加输出电流来更好的驱动数码管显示，电路简单，成本稍高，需要特定的编程来完成动态刷新。
4.升温降温模块
应用了光耦合器，光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。所以选择光耦合器更安全控制更准确。
⒌报警模块
按照设计要求，当温度低于下限或高于上限时，应具有报警功能。这样就可以用一只蜂鸣器作为三极管 VT1 的集电极负载，当 VT1 导通时，蜂鸣器发出鸣叫声；VT1 截止时，蜂鸣器不发声。
（二）系统各模块的最终方案
1. 采用AT89C51单片机作为控制器，分别对温度采集、数码管显示、温度设定、升温降温控制。
2. 温度测量模块采用数字温度传感器DS18B20。此器件经软件设置可以实现高分辨率测量。
3. 由光耦合器控制电热炉和通风机的工作。
4. 显示用数码管显示实时温度值。
系统的基本框图如图1所示。
CPU（AT 89C51）首先写入命令给DS18B20，然后DS18B20开始转换数据，转换后通过AT89C51来处理数据。数据处理后的结果就显示到数码管上。另外由键盘设定温度值送到单片机，单片机通过数据处理发出温度控制信息到继电器。
图1系统原理图
三．系统硬件设计
（一） 单片机的选择
单片机型号的选择是根据设计的内容而定的，并不是什么单片机都可以用。一方面要考虑选用的单片机能否在不需要外扩的情况下就可以满足要实现的功能。比如：单片机的存储器空间的大小、单片机的 I/O 口数等。另一方面还要考虑单片机的性价比，是否容易买到等一些外部因素。
由于实现该系统功能的程序不会超过4K，而AT89C51单片机内部有4K的FlASH程序存储器和2K的数据存储器，因而不需要外扩程序存储器和数据存储器。并且该型号单片机程序下载方便、价格便宜的优点，因而被广泛的应用。AT89C51单片机引脚排列。
（二）单片机最小系统电路设计
单片机最小系统就是保证单片机能够正常工作的最基本的硬件电路。主要包括时钟电路、复位电路。
单片机工作的时间基准是有时钟电路提供的。在单片机的 XTAL1和 XTAL2 管脚，按图 2所示接上晶振和电容就够成了单片机的时钟电路。
图2 时钟电路
（三）按键电路设计
系统的功能：一、可以切换显示实时温度和温度上下限的值。二、可以调节温度上下限。要实现这些功能，可以通过按键输入电路。
键盘结构可分为独立式键盘和行列式键盘（矩阵式）两类，由于本系统只采用 4 个按键，因此可选用独立式按键。如图3所示，电路有四个按键组成，按键采用轻触开关。
图3 按键电路
（四）数码管显示电路
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