数字式温度计的设计.

数字式温度计的设计摘要随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感原件。热敏电阻的成本低，需要外加信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，监测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这次设计的是基于DS18B20的数字温度计。它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。在本设计中选用AT89C系列单片机为核心器件，采用DS18B20数字传感器为测温元件，通过3位LED数码管显示并进行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，对温度的采集与实现进行编程，通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。关键词：单片机AT89C2051；温度传感器DS18B20；LED数码管；数字温度计DigitalThermometerDesignSummaryWiththerapiddevelopmentofmoderninformationtechnologyandtraditionalindustrialtransformationgraduallyrealize,abletoworkindependentlytemperaturedetectionanddisplaysystemappliedtomanyfields.Thetraditionaltemperaturetestingtothermistorsfortemperaturesensitiveparts.Fortementlowcost,requireadditionalsignalprocessingcircuitsarerelativelypoor,andreliability,lowtemperaturemeasurementaccuracy,monitoringsystemalsohasthecertainerror.Comparedwiththetraditionalthermometer,thisdesignisbasedondigitalthermometer.ThechipDS18B20Ithasreadingsconvenient,measuringtemperaturerange,temperaturemeasurementprecision,thedigitaldisplaycharacteristics,wideapplicationscope.InthisdesignchoosesAT89C2051seriesmicrocontrollerasthecorecomponent,usingDS18B20digitalsensorsfortemperaturemeasuringelement,throughthreeLEDdigitalpipedisplayandtransmitdata,realizetemperaturedisplay.Themaincontentofthisdesigncanbedividedintotwoparts,oneisthedesignofsystemhardwareparts,includingthetemperatureacquisitioncircuitanddisplaycircuit;2itisthedesignofsystemsoftwarepartofthecollectionoftemperature,andimplementprogramming,throughDS18B20directlyreadtemperaturebeingmeasureddataprocessing,intoSCM,outputshownafter,eventuallycompletedtheoveralldesignofdigitalthermometer.Thesystemstructureissimple,signalacquisitioneffectisgood,dataprocessingspeed,facilitatepracticaldetectionusing.Keywords:SCMAT89C2051;TemperaturesensorDS18B20;LEDdigitaltube;Digitalthermometer目录摘要…………………………………………………………………1一绪论…………………………………………………………………31.1国内外测温状况1.2温度检测技术介绍1.3课题研究主要内容二设计方案2.1设计要求2.2设计思路三系统设计系统硬件设计。3.1硬件电路设计框图与器件选择3.2DS18B20及其引脚3.3DS18B20的内部结构及功能3.4DS18B20命令集3.5DS18B20的的通信协议3.6DS18B20的编程四程序设计4.1系统存储空间的分配4.2主程序设计4.3程序设计框图4.4设计程序五总结与体会六致谢七参考文献1.绪论“工欲善其事，必先利其器”，这是中国的一句古话，人们早就知道工具的重要性。随着以知识经济为特征的信息时代的到来，人们对仪器仪表作用的认识愈加深入。作为工业自动化技术工具的自动化仪表与控制装置，在高新技术的推动下，正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。而温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高。因此温度测量与温度测量技术的研究也是一个重要的研究课题。1.1国内外测温情况随着国内外工艺的日益发展，温度检测技术也不断的进步，目前的温度检测使用的温度计种类繁多、应用范围也较广泛，大致包括一些几种方法：（1）利用物体热胀冷缩原理制成的温度计，包括玻璃温度计、双金属温度计、压力温度计等；（2）利用热电效应技术制成的温度检测元件利用此项技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟，至今仍未应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。常用热电偶镍铬-镍硅、镍铬-康铜、铂铑-铂、铂锗30-铂锗6等；（3）利用热阻效应制成的温度计可分为电阻测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏测温元件；（4）利用热幅原理制成的高温计辐射测温在近年相对其他的测温领域显得活跃些，热辐射高温计通常分为两种：一种是单色辐射高温计，一般称为光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射，。而受热物体放出的辐射能的多少，与他的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的。（5）利用声学原理进行温度测量声学法温度检测技术是近年来发展起来的一项新技术，利用该技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布进行检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制。声学温度检测技术的基本原理是通过测量声波传感器之间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。1.2温度检测技术介绍近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已取得了重大进展。新一代的温度检测元件正在不断地出现和完善化。（1）晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属打1-2个数量级，二极管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。（2）集成电路温度检测元件利用硅结晶管基极——发射极间电压与温度关系（即半导体PN结的温度特性）进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。目前，国内外业进行了生产。（3）磁核共振温度检测器所为磁核共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当于静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，成为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号是用于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可做理想的标准温度计之用。（4）热噪声温度检测器他的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性，其特点是：1.输出噪声电压大小与温度是正比例关系；2.不受压力影响；3.感温元件的阻值几乎不影响测量精确度。所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和条件限制的温度检测器。（5）石英晶体温度检测器它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度的变化来制作的。它利用P技术，自动补偿石英晶片的非线性，测量精度较高，一般可检测到0.001℃，所以可做标准检测之用。（6）激光温度检测器激光测温特别适用于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氦氖激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1%；用激光干涉和反射原理制作的温度检测器可测得更高温度，上限可达3000℃，专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。（7）微波温度检测器采用微波测温可以达到快速测量高温的目的。它是利用在不同的温度下，温度与控制电压呈线性关系的原理制成的。这种检测器的灵敏度为250kHZ/℃，精度为1%左右，检测范围为20℃-1400℃。（8）纯贵金属热电偶的研究由两种纯金属组成的热电偶，因其材料均匀性远优于合金材料，因而稳定性好得多。在铂铑合金热电阻（S，R型）的不确定度已很难提高之后，人们开始寻找由纯贵金属组成的热电偶，以代替S和R型热电偶，作为传递的标准。（9）信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代的工业进程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一大自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动化装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。所有的现场仪表（温度检测仪表是其中一种）均接到现场总线上。在这样的系统中，通常不应使用各种不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样的“温度计”就变成了“温度变送器”。在现场总线控制系统中的温度变送器主要是有热电偶和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。1.3课题研究的主要内容温度传感器是当前温度检测的主要器件，本课题的主要出发点式设计出测量温度检测的温度连续监测的仪器。本文主要讲述了用温度传感测温的主要远离、实际硬件电路的设计、软件设计和调试分析。2设计方案2.1设计要求（1）以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字式温度计。（2）采用数字是温度传感器为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为±0.5℃。（3）温度显示采用3为LED数码管显示，两位整数，一个小数。（4）具有键盘上下输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。2.2设计思路（1）根据设计要求，选择AT89C2051单片机为核心器件。（2）温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器。与单片机的接口为P3.7引脚。（3）键盘采用独立式按键，由3个按键组成，分别为：设置键（SET）、加一键（+1）、确认键（RET）。※SET键（上下限温度设置键）：当该键按下时，进入上下限温度设置功能。※+1键（加一调整键）：在输入上下限温度时，该键按下一次，被调整位加一。※RET键（确认键）：当该键按下时，指向下一个要调整的位。按键的接入方式※SER键：通过P3口INT0引脚接入，中断工作方式。※+1键：通过P3口P3.0引脚接入，查询工作方式。※RET键：通过P3口P3.1引脚接入，查询工作方式。（4）声音警报翁鸣器通过P1.7引脚接入。三系统设计3.1硬件电路设计框图根据设计要求与设计思路，硬件电路设计框图如图1所示。AT89C系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势:第一，片内程序存储器采用闪速存储器，是程序的写入更