基于单片机的温度采集系统设计与实现
基于单片机的温度采集系统设计与实现[20191213105920]
摘 要
随着科技的发展，社会的进步，人们对自身生活环境质量有了更高的要求。空气质量、温度、湿度等因素都影响着人们的生活。为了能够准确地把握这些因素，人们对测量技术的要求更为严格。科技的发展带动了测量技术的飞速发展，它们的性能和结构较之以往有了翻天覆地的变化。同时，测量技术也被广泛应用到各个领域之中。
温度影响着人们生活生产的许多方面。无论是农业、工业，还是人们的日常生活，都离不开对温度的监测与控制。粮食要长期的储备，就需要粮仓时刻保持在一定温度范围内；大棚蔬菜要一年四季供应，就必须保证大棚内的温度能够时刻适应蔬菜的生长；企业要使机器能够正常工作，就必须保证机房的温度不会过热；人们为了能够有个舒适的居家环境，就要保持家里温度……伴随着科技的发展，温度测量的应用越来越广泛，也越来越重要。
本次设计采用STC89C52单片机作为采集系统的核心，以DS18B20作为温度采集以及输出模块，以1602字符型液晶显示器作为温度显示模块，并配以蜂鸣器作为温度报警模块来构成温度采集系统。DS18B20采集到温度信号后，以数字信号的方式传输给单片机。经过单片机处理后显示到显示屏上，并根据温度的数值判断是否警报。
本次设计可广泛应用到各个领域。当温度超过警报值后，可选择手动调节温度，也可将本系统与温度调节装置接到一起，当警报时自动调节温度。本系统测量精确，可实现多点监测，并且设计简单，成本低廉，可广泛应用，有一定的市场前景。
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关键字:温度采集；单片机；传感器；液晶显示器；蜂鸣器
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 本课题主要研究的内容 1
第2章 所用软硬件介绍 3
2.1 软件介绍 3
2.1.1 Altium Designer 3
2.1.2 Keil uVision4 4
2.2 硬件介绍 5
2.2.1 STC89C52单片机 5
2.2.2 DS18B20温度传感器 8
2.2.3 LCD1602液晶显示器 10
2.2.4 蜂鸣器 12
第3章 总体设计方案 14
3.1 系统方案设计 14
3.2 设计方案选择 15
3.2.1 温度采集模块的选择 15
3.2.2 温度显示模块的选择 16
3.2.3 系统各模块的最终方案 16
3.3 系统方案的总体设计电路图 16
第4章 模块分析设计 18
4.1 单片机模块 18
4.2 温度采集模块 20
4.2.1 DS18B20的复位操作 21
4.2.2 DS18B20的写操作 22
4.2.3 DS18B20的读操作 22
4.2.4 DS18B20的读取温度并转换 23
4.3 温度显示模块 24
4.3.1 LCD1602的写操作 25
4.3.2 LCD1602在指定行与列写字符串操作 26
4.4 温度报警模块 27
第5章 系统调试 29
第6章 总结与展望 31
参考文献 32
致 谢 35
附 录 36
附录一 英文文献 36
附录二 系统的硬件电路图及PCB图 57
附录三 系统程序 58
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
随着我国逐步迈入现代化，无论在工业领域、农业领域还是人们日常生活方面，环境因素显得越来越重要。为了能更准确的把握这些环境因素，现代化的测量技术就显得尤为重要。
目前我国正在大力发展现代化农业，而蔬菜大棚作为现代化农业设施的代表，在农业生产中的地位显得尤为重要。而温度作为影响蔬菜大棚的重要环境因素之一，一直是人们大力研究的对象。在国内，由于缺乏适用的温度检测和控制装置，许多地方都是靠人工管理的方法来调节大棚内的温度，这就不可避免的会出现误差范围大，调节精度不准确等诸多问题。因此，为了能够节省成本，实现高效的生产管理，有必要开发出一个适用的监测装置。
除了在农业生产方面以外，温度的监测在人们的日常生活中也有着重要的地位。人们总是希望在一个舒适的环境中生活和工作，太冷或者太热，都会对人们的生活工作产生影响。为了实现这一要求，智能家居系统被提了出来。智能家居系统能通过物联网将各种家用设备连接起来，对人们的居家环境实施智能化的控制。为了能够对居家环境进行控制，就必然要涉及到对环境因素的监测技术。作为一个重要的环境因素，温度的监测是必不可少的。如何开发设计一个合理的温度监测系统将成为人们研究的课题之一。
综上可以看出，随着科技的发展，社会的进步，测量技术走到了时代的前沿。如何设计出一个成本低而精确度高的实用性温度监测系统值得人们去思考与研究。本次课题的开展正是基于这种目的，通过应用单片机等性价比较高的电子原件来设计温度采集系统，来实现低成本、高精度这一实用性理念。
1.2 本课题主要研究的内容
本课题是基于STC89C52单片机来实现温度的采集与监测的系统的设计。此次设计将以单片机作为系统的核心，当DS18B20温度传感器采集到温度信号之后传输到单片机上，由单片机处理之后将这些信号转化为字符显示在LCD1602液晶显示器上，同时由单片机判断此时的温度是否超过预设的警报值来判断是否要发出警报。本系统设定了两个参数作为系统报警的上限值与下限值，具体数值可以根据实际情况进行设定。
在此次设计的过程中充分的考虑到了性价比与精确度的问题，在满足要求的情况下尽量的做到的设计的最简化和使用元器件上的通用性及低成本。
本次设计主要内容包括一下几个方面：
1.设计合理的硬件电路，包括单片机最小系统、温度采集电路、温度显示电路、温度报警电路。
2.选择合适的元器件（传感器、显示器等）。
3.掌握STC89C52单片机的主要功能和特性，以其为核心设计控制系统。
第2章 所用软硬件介绍
2.1 软件介绍
2.1.1 Altium Designer
Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。 由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。
Altium Designer 的主要功能包括：原理图设计、印刷电路板设计、FPGA的开发、嵌入式的开发 等。
图2.1 Altium Designer应用界面
2.1.2 Keil uVision4
Keil uVision2是德国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机 C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言 的语法来开发，与汇编 相比，C语言 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编 ，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器 为8051微控制器的软件开发 提供了C语言环境,同时保留了汇编 代码高效,快速的特点。C51编译器 的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision4的集成开发环境 中，这个集成开发环境包含：编译器 ，汇编器 ，实时操作系统 ，项目管理器 ，调试器。uVision4 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间内就能学会使用keil c51来开发您的单片机 应用程序 。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码 效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
图2.2 Keil uVision4应用界面
2.2 硬件介绍
2.2.1 STC89C52单片机
图2.3单片机电路原理图 图2.4 单片机实物图
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器 /计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口 。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件 可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机 一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
引脚说明：
P0口：8位、开漏级、双向I/O口。P0口可作为通用I/O口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。P0口也可用作访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据；在编程校验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。
P1口：8位、双向I/O口，内部含有上拉电阻。P1口可作为普通I/O口。输出缓冲器可驱动4个TTL负载；用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉至低电平，通过上拉电阻提高电流。在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.5/MO-SI，P1.6/MOSI和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和位移脉冲引脚。
摘 要
随着科技的发展，社会的进步，人们对自身生活环境质量有了更高的要求。空气质量、温度、湿度等因素都影响着人们的生活。为了能够准确地把握这些因素，人们对测量技术的要求更为严格。科技的发展带动了测量技术的飞速发展，它们的性能和结构较之以往有了翻天覆地的变化。同时，测量技术也被广泛应用到各个领域之中。
温度影响着人们生活生产的许多方面。无论是农业、工业，还是人们的日常生活，都离不开对温度的监测与控制。粮食要长期的储备，就需要粮仓时刻保持在一定温度范围内；大棚蔬菜要一年四季供应，就必须保证大棚内的温度能够时刻适应蔬菜的生长；企业要使机器能够正常工作，就必须保证机房的温度不会过热；人们为了能够有个舒适的居家环境，就要保持家里温度……伴随着科技的发展，温度测量的应用越来越广泛，也越来越重要。
本次设计采用STC89C52单片机作为采集系统的核心，以DS18B20作为温度采集以及输出模块，以1602字符型液晶显示器作为温度显示模块，并配以蜂鸣器作为温度报警模块来构成温度采集系统。DS18B20采集到温度信号后，以数字信号的方式传输给单片机。经过单片机处理后显示到显示屏上，并根据温度的数值判断是否警报。
本次设计可广泛应用到各个领域。当温度超过警报值后，可选择手动调节温度，也可将本系统与温度调节装置接到一起，当警报时自动调节温度。本系统测量精确，可实现多点监测，并且设计简单，成本低廉，可广泛应用，有一定的市场前景。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:温度采集；单片机；传感器；液晶显示器；蜂鸣器
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 本课题主要研究的内容 1
第2章 所用软硬件介绍 3
2.1 软件介绍 3
2.1.1 Altium Designer 3
2.1.2 Keil uVision4 4
2.2 硬件介绍 5
2.2.1 STC89C52单片机 5
2.2.2 DS18B20温度传感器 8
2.2.3 LCD1602液晶显示器 10
2.2.4 蜂鸣器 12
第3章 总体设计方案 14
3.1 系统方案设计 14
3.2 设计方案选择 15
3.2.1 温度采集模块的选择 15
3.2.2 温度显示模块的选择 16
3.2.3 系统各模块的最终方案 16
3.3 系统方案的总体设计电路图 16
第4章 模块分析设计 18
4.1 单片机模块 18
4.2 温度采集模块 20
4.2.1 DS18B20的复位操作 21
4.2.2 DS18B20的写操作 22
4.2.3 DS18B20的读操作 22
4.2.4 DS18B20的读取温度并转换 23
4.3 温度显示模块 24
4.3.1 LCD1602的写操作 25
4.3.2 LCD1602在指定行与列写字符串操作 26
4.4 温度报警模块 27
第5章 系统调试 29
第6章 总结与展望 31
参考文献 32
致 谢 35
附 录 36
附录一 英文文献 36
附录二 系统的硬件电路图及PCB图 57
附录三 系统程序 58
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
随着我国逐步迈入现代化，无论在工业领域、农业领域还是人们日常生活方面，环境因素显得越来越重要。为了能更准确的把握这些环境因素，现代化的测量技术就显得尤为重要。
目前我国正在大力发展现代化农业，而蔬菜大棚作为现代化农业设施的代表，在农业生产中的地位显得尤为重要。而温度作为影响蔬菜大棚的重要环境因素之一，一直是人们大力研究的对象。在国内，由于缺乏适用的温度检测和控制装置，许多地方都是靠人工管理的方法来调节大棚内的温度，这就不可避免的会出现误差范围大，调节精度不准确等诸多问题。因此，为了能够节省成本，实现高效的生产管理，有必要开发出一个适用的监测装置。
除了在农业生产方面以外，温度的监测在人们的日常生活中也有着重要的地位。人们总是希望在一个舒适的环境中生活和工作，太冷或者太热，都会对人们的生活工作产生影响。为了实现这一要求，智能家居系统被提了出来。智能家居系统能通过物联网将各种家用设备连接起来，对人们的居家环境实施智能化的控制。为了能够对居家环境进行控制，就必然要涉及到对环境因素的监测技术。作为一个重要的环境因素，温度的监测是必不可少的。如何开发设计一个合理的温度监测系统将成为人们研究的课题之一。
综上可以看出，随着科技的发展，社会的进步，测量技术走到了时代的前沿。如何设计出一个成本低而精确度高的实用性温度监测系统值得人们去思考与研究。本次课题的开展正是基于这种目的，通过应用单片机等性价比较高的电子原件来设计温度采集系统，来实现低成本、高精度这一实用性理念。
1.2 本课题主要研究的内容
本课题是基于STC89C52单片机来实现温度的采集与监测的系统的设计。此次设计将以单片机作为系统的核心，当DS18B20温度传感器采集到温度信号之后传输到单片机上，由单片机处理之后将这些信号转化为字符显示在LCD1602液晶显示器上，同时由单片机判断此时的温度是否超过预设的警报值来判断是否要发出警报。本系统设定了两个参数作为系统报警的上限值与下限值，具体数值可以根据实际情况进行设定。
在此次设计的过程中充分的考虑到了性价比与精确度的问题，在满足要求的情况下尽量的做到的设计的最简化和使用元器件上的通用性及低成本。
本次设计主要内容包括一下几个方面：
1.设计合理的硬件电路，包括单片机最小系统、温度采集电路、温度显示电路、温度报警电路。
2.选择合适的元器件（传感器、显示器等）。
3.掌握STC89C52单片机的主要功能和特性，以其为核心设计控制系统。
第2章 所用软硬件介绍
2.1 软件介绍
2.1.1 Altium Designer
Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。 由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。
Altium Designer 的主要功能包括：原理图设计、印刷电路板设计、FPGA的开发、嵌入式的开发 等。
图2.1 Altium Designer应用界面
2.1.2 Keil uVision4
Keil uVision2是德国
Keil C51软件提供丰富的库函数
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编
图2.2 Keil uVision4应用界面
2.2 硬件介绍
2.2.1 STC89C52单片机
图2.3单片机电路原理图 图2.4 单片机实物图
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器
STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器
引脚说明：
P0口：8位、开漏级、双向I/O口。P0口可作为通用I/O口，但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚可吸收8个TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。P0口也可用作访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据；在编程校验时，P0口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻）。
P1口：8位、双向I/O口，内部含有上拉电阻。P1口可作为普通I/O口。输出缓冲器可驱动4个TTL负载；用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉至低电平，通过上拉电阻提高电流。在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和校验时，P1.5/MO-SI，P1.6/MOSI和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和位移脉冲引脚。
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