苏ICP备112451047180号-6
基于单片机的温度采集系统设计
摘要：本次设计使用单片机当做数据处理与控制单元，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传到单片机上。数据处理后，发出控制信息改变报警和执行模块的状态，同时将当前的温度信息传送到液晶屏进行显示。利用DS18B20数字温度传感器实现对温度进行精准测量，可通过按键设置限定温度的数值。
关键词：温度传感器；单片机；液晶显示
Design of temperature acquisition
system based on single chip microcomputer
Abstract:This design uses a microcontroller as data processing and control unit, MCU to control digital temperature sensor, the temperature signal through single bus digital temperature sensor transfer to mcu. After processing the data, sends control information to change the alarm and control execution module state, at the same time the temperature information is sent to the LCD display. To achieve accurate measurement of temperature by using the digital temperature sensor DS18B20, can set the button and the value of the temperature limit.
Keywords: temperature sensor, chip liquid ,crystal display
目录
第一章 引言…………………………………………………………………………1
1.1 单片机的发展趋势…………………………………………………………1
1.2 本设计的功能与优点………………………………………………………2
1.3本设计的要求 ………………………………………………………………2
第二章 系统结构介绍………………………………………………………………3
2.1 结构框图和工作流程介绍…………………………………………………3
2.1.1 系统结构框图 …………………………………………………………3
2.1.2 工作流程介绍 …………………………………………………………3
2.2 温度检测模块介绍…………………………………………………………4
2.3 显示模块介绍………………………………………………………………4
2.4 报警模块与按键控制介绍…………………………………………………5
第三章 系统硬件电路设计…………………………………………………………6
3.1 单片机介绍…………………………………………………………………6
3.1.1 STC89C52引脚介绍 ……………………………………………………6
3.1.2 时钟电路介绍 …………………………………………………………7
3.1.3 复位电路介绍 …………………………………………………………8
3.1.4 单片机最小系统 ………………………………………………………9
3.2 温度采集电路介绍…………………………………………………………9
3.2.1 电路的基本功能介绍 …………………………………………………9
3.2.2 DS18B20特点 …………………………………………………………9
3.2.3 DS18B20与MCU接口电路 ……………………………………………10
3.2.4 DS18B20引脚及管脚功能介绍 ………………………………………10
3.2.5 DS18B20的读写操作介绍 ……………………………………………11
3.3 液晶显示电路介绍 ………………………………………………………12
3.3.1 1602字符型LCD简介 ………………………………………………12
3.3.2 1602LCD的基本参数及引脚介绍 ……………………………………12
3.3.3 LCD与MCU接口电路 …………………………………………………13
3.4 与PC的连接电路介绍 …………………………………………………13
3.4.1 电路的基本功能介绍 …………………………………………………13
3.4.2 MAX232电平转换电路………………………………………………14
3.4.3 MAX232引脚介绍……………………………………………………14
3.5 按键设置电路介绍………………………………………………………14
3.5.1 按键设置电路 ………………………………………………………14
3.6 报警及控制电路…………………………………………………………15
第四章 系统软件设计……………………………………………………………16
4.1系统总体设计方案 ………………………………………………………16
4.2主程序设计 ………………………………………………………………16
4.3温度采集程序流程图及设计 ……………………………………………17
4.4 按键设置程序流程图……………………………………………………20
4.5循环检测程序子程序流程图 ……………………………………………21
4.6 温度报警及控制设计……………………………………………………22
第五章 系统软件调试环境介绍…………………………………………………23
5.1 编程软件介绍……………………………………………………………23
5.2 调试性能分析和注意事项………………………………………………23
5.2.1 调试性能分析 ………………………………………………………23
5.2.2 模块测试 ……………………………………………………………24
5.2.3 软件整体测试 ………………………………………………………25
5.2.4 DS18B20使用注意事项 ………………………………………………25
第六章 结论………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………27
附录一……………………………………………………………………………29
附录二……………………………………………………………………………30
课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
1、本次课题的研究的是：《基于单片机的温度采集系统设计》；
2、主要研究的内容有以下几点;
a、完成至少四路温度信号采集
b、能实时显示各路温度信号值
c、具有温度上、下限报警功能
d、可设定系统报警温度上、下限
e、系统硬件原理图，软件实现方案及系统编程。
3、需要的解决的主要问题是：
a、阅读相关单片机的手册，学会如何设置单片机I/O口的工作模式；
b、如何选出最佳方案，掌握单片机系统硬件设计的基本过程和各个控制模块的电路原理图设计；
4、本次课题的预期目标就是实现任务书上所有的功能；
5、本次课题主要有以下，几个步骤：
a、根据课题要求选择单片机，阅读该单片机的手册；
b、用protel99软件设计课题的原理图；
c、编写单片机固件程序；
d、用仿真软件验证程序的正确与否。
本设计采用STC89C52单片机作为数据处理与控制单元，首先单片机控制DS18B20数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。数据处理后，发出控制信息改变控制执行模块的状态。同时，将当前的温度信息发送到LCD1602液晶屏进行显示. 每个DS18B20芯片有唯一编码，系统首先读取DS18B20的序列号，依据序列号对每一个DS18B20进行编号，在对传感器进行温度采集时，首先通过I²C总线对DS18B20进行自身ROM序列号的匹配，系统只对序列号匹配正确的DS18B20进行操作，DS18B20具有模数转换功能。只有地址编码完全匹配的DS18B20，将A/D转换完毕的温度值发送给单片机，单片机通过I²C总线接收到DS18B20发送的温度。单片机判断是否超过限定，通过I/O口送LCD进行显示并确定是否启动相应的声光报警。上电开机后单片机进入循环显示各点温度的正常工作状态，通过SET键使单片机进入报警值设定状态，key1、key2、key3键可对DS18B20温度上下限进行调整，ENTER键可确定跳出报警值设定状态，实现对温度上下限可变的温度报警系统。
结论
本学期，我迎来了自己的毕业季，老师给我们布置了毕业设计的课题，在再三考虑之下，我选择了基于单片机的温度采集系统作为自己的毕业设计课题。在这8个星期，我通过自身的努力，老师和同学们的帮助，终于完成了自己的毕业设计课题。心里有很多的感悟。本次的毕业设计，总结了我大学三年来的知识运用，也明白了过去三年来自己对于课程的了解程度。每次的期末考试成绩代表不了一个人的能力，还是主要在于对知识的运用，在本次设计中，我就明白了不是所有的问题就只有一个正确答案，完全可以利用不同的方法来解决困难，生活也是如此。我希望通过本次设计更加的清楚自己的能力。
通过此次设计，我学到了很多新的知识，同时，也提高了对从前知识的了解和认知。无论是从实践能力还是理论学习上来讲，这次毕业设计都让我有了一定的提升。首先是对单片机芯片STC89C52的理解，之前我们学的89C51系列的，前者相比后者来讲，更加先进和高级，而且更加接近我们的生活。由于自己对STC89C52的一点认识也没有，所以一切只能从新来过，从到学校找资料到网上查找，从一个人独自学习到找同学帮助，一点点的，从无到有，在坚持不懈的努力之下，我终于也了解到一部分ST89C52单片机芯片的工作原理和使用方法了。 接着便是DS18B20温度传感器的学习，STC89C52单片机芯片还可以从其它系列单片机找相似之处，但DS18B20就完全没有相似的系列产品了，不过，还好，现在DS18B20的应用技术也比较常见，所以能找得到比较多的资料让我了解和学习。一门比较发展完善的技术要掌握起来是比较容易的，只需要你有耐心和毅力去学习。有了初步的想法之后，就要开始动手仿真实验了，虽然protel 99se软件进行不了单片机芯片的仿真实验，拿不到真实的仿真数据，但是使用protel 99se软件却也是这次毕业设计中必不可少的步骤，因为使用protel 99se软件可以设计此次课程设计的pcb电路图，这样就可以制作pcb感光板。使用感光板来做此次实验，能很好地减少花费的时间和精力。但是制作感光板的过程也是一个不小的难点，它讲究的是耐心和技术，一不小心，之前所做的努力就很有可能被浪费掉。而且，通过此次制作感光板，我也感受到高、新技术的作用，我们不断地知识进行探索，其目的不就在于让我们生活的世界变得更加的简单方便吗？成功地制作出感光板后，焊接实物就变得容易起来当中要注意安全，本次设计我认为最困难的还不是制作感光板，而是程序的编写过程。本来在上一学年中，自己对汇编就学得不怎样好的了，现在到了真正地使用到它的时候，就更加感觉到无从下手，不过，办法总是多的。虽然使用汇编语言对于我来讲是难了点，但是我可以选择用C语言来编写程序。可是又遇见了新的问题，工具问题虽然是解决了，但是凭我现有的C语言水平编写此次毕业设计的程序还是有一定的难度的。我想到同学中有几个人的C语言还是很好的，于是，我就鼓起勇气，不断地向他们请教，当我遇到了问题时，不懂就问，不懂就找资料，终于，在自己的坚持不懈之下，一段段程序终于从我手中完成了，更让我觉得高兴的是，在调试的过程中，虽然也有很多问题，但是都能比较顺利地解决了。在此次毕业设计中，我学到了许多东西，尤其是在操作方面。在感光板的制作过程中、实物的焊接过程中，很多细节都是同学提醒和注意的。跟同学一起合作，真的是学到很多东西，不管是合作精神、讨论热情，还是学习方法、学习态度，同学都给我很大的感触，让我了解到一个人努力、付出就一定会有收获。最后，是此次毕业设计的不足之处。最明显的就是没有仿真数据，对于毕业设计来讲，没有仿真数据的前提下制作实物其实是一个挺冒险的行为。其次，便是此次毕业设计的功能较单一，而且是用单片机芯片做的，没能做到创新。希望自己在以后的学习中，要注意培养自己创新这一方面的能力。在这次培训中，我切身感受到了动手实践的重要性，这对我以后的学习工作将产生深远影响。在本次设计研究和写论文的过程中，我查阅了许多文献资料，从中学到了很多有关于系统开发和程序调试方面等的知识。在软件开发过程中掌握了一些技术难题的解决方法和技巧，巩固和加深了所学知识的理解，能够把所学的知识与实践相结合，培养了认真严谨的学习态度，为以后开发软件积累了大量的经验，提高了分析问题和解决问题的能力。但是由于认识上的片面和不足，各方面的条件影响也很多，本设计还有待进一步的完善和优化，这些在以后的学习中要注重积累。
本次毕业设计的基于单片机的温度采集系统经过多次测试，工作稳定可靠、灵敏度较高、抗干扰能力强等特点。此外该系统所用器件均为常规元件，有较高的利用价值。
参考文献
[1]李广弟等.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001.
[2]王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009.
[3]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.
[4]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007.
[5]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.
[6]李平等.单片机入门与开发[M].机械工业出版社，2008.
[7]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社.1996：
[8]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].北京:人民邮电出版社.2007
[9]李平等.单片机入门与开发[M].北京:机械工业出版社.2008
[10]梁森.王侃夫,黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社.2007
[11]杨清梅,孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.2005
[12]叶景．基于单片机的温度控制系统设计[D]．天津工业大学，2008
[13]闫志浩．基于DS18820的单片机温度报警系统[J]．中国科技博览 2013
[14]甘勇.宋春来等．数字温度传感器DS18B20在多点测温系统中的应用[J]．河南农业大学学报.2001
摘要：本次设计使用单片机当做数据处理与控制单元，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传到单片机上。数据处理后，发出控制信息改变报警和执行模块的状态，同时将当前的温度信息传送到液晶屏进行显示。利用DS18B20数字温度传感器实现对温度进行精准测量，可通过按键设置限定温度的数值。
关键词：温度传感器；单片机；液晶显示
Design of temperature acquisition
system based on single chip microcomputer
Abstract:This design uses a microcontroller as data processing and control unit, MCU to control digital temperature sensor, the temperature signal through single bus digital temperature sensor transfer to mcu. After processing the data, sends control information to change the alarm and control execution module state, at the same time the temperature information is sent to the LCD display. To achieve accurate measurement of temperature by using the digital temperature sensor DS18B20, can set the button and the value of the temperature limit.
Keywords: temperature sensor, chip liquid ,crystal display
目录
第一章 引言…………………………………………………………………………1
1.1 单片机的发展趋势…………………………………………………………1
1.2 本设计的功能与优点………………………………………………………2
1.3本设计的要求 ………………………………………………………………2
第二章 系统结构介绍………………………………………………………………3
2.1 结构框图和工作流程介绍…………………………………………………3
2.1.1 系统结构框图 …………………………………………………………3
2.1.2 工作流程介绍 …………………………………………………………3
2.2 温度检测模块介绍…………………………………………………………4
2.3 显示模块介绍………………………………………………………………4
2.4 报警模块与按键控制介绍…………………………………………………5
第三章 系统硬件电路设计…………………………………………………………6
3.1 单片机介绍…………………………………………………………………6
3.1.1 STC89C52引脚介绍 ……………………………………………………6
3.1.2 时钟电路介绍 …………………………………………………………7
3.1.3 复位电路介绍 …………………………………………………………8
3.1.4 单片机最小系统 ………………………………………………………9
3.2 温度采集电路介绍…………………………………………………………9
3.2.1 电路的基本功能介绍 …………………………………………………9
3.2.2 DS18B20特点 …………………………………………………………9
3.2.3 DS18B20与MCU接口电路 ……………………………………………10
3.2.4 DS18B20引脚及管脚功能介绍 ………………………………………10
3.2.5 DS18B20的读写操作介绍 ……………………………………………11
3.3 液晶显示电路介绍 ………………………………………………………12
3.3.1 1602字符型LCD简介 ………………………………………………12
3.3.2 1602LCD的基本参数及引脚介绍 ……………………………………12
3.3.3 LCD与MCU接口电路 …………………………………………………13
3.4 与PC的连接电路介绍 …………………………………………………13
3.4.1 电路的基本功能介绍 …………………………………………………13
3.4.2 MAX232电平转换电路………………………………………………14
3.4.3 MAX232引脚介绍……………………………………………………14
3.5 按键设置电路介绍………………………………………………………14
3.5.1 按键设置电路 ………………………………………………………14
3.6 报警及控制电路…………………………………………………………15
第四章 系统软件设计……………………………………………………………16
4.1系统总体设计方案 ………………………………………………………16
4.2主程序设计 ………………………………………………………………16
4.3温度采集程序流程图及设计 ……………………………………………17
4.4 按键设置程序流程图……………………………………………………20
4.5循环检测程序子程序流程图 ……………………………………………21
4.6 温度报警及控制设计……………………………………………………22
第五章 系统软件调试环境介绍…………………………………………………23
5.1 编程软件介绍……………………………………………………………23
5.2 调试性能分析和注意事项………………………………………………23
5.2.1 调试性能分析 ………………………………………………………23
5.2.2 模块测试 ……………………………………………………………24
5.2.3 软件整体测试 ………………………………………………………25
5.2.4 DS18B20使用注意事项 ………………………………………………25
第六章 结论………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………27
附录一……………………………………………………………………………29
附录二……………………………………………………………………………30
课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
1、本次课题的研究的是：《基于单片机的温度采集系统设计》；
2、主要研究的内容有以下几点;
a、完成至少四路温度信号采集
b、能实时显示各路温度信号值
c、具有温度上、下限报警功能
d、可设定系统报警温度上、下限
e、系统硬件原理图，软件实现方案及系统编程。
3、需要的解决的主要问题是：
a、阅读相关单片机的手册，学会如何设置单片机I/O口的工作模式；
b、如何选出最佳方案，掌握单片机系统硬件设计的基本过程和各个控制模块的电路原理图设计；
4、本次课题的预期目标就是实现任务书上所有的功能；
5、本次课题主要有以下，几个步骤：
a、根据课题要求选择单片机，阅读该单片机的手册；
b、用protel99软件设计课题的原理图；
c、编写单片机固件程序；
d、用仿真软件验证程序的正确与否。
本设计采用STC89C52单片机作为数据处理与控制单元，首先单片机控制DS18B20数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。数据处理后，发出控制信息改变控制执行模块的状态。同时，将当前的温度信息发送到LCD1602液晶屏进行显示. 每个DS18B20芯片有唯一编码，系统首先读取DS18B20的序列号，依据序列号对每一个DS18B20进行编号，在对传感器进行温度采集时，首先通过I²C总线对DS18B20进行自身ROM序列号的匹配，系统只对序列号匹配正确的DS18B20进行操作，DS18B20具有模数转换功能。只有地址编码完全匹配的DS18B20，将A/D转换完毕的温度值发送给单片机，单片机通过I²C总线接收到DS18B20发送的温度。单片机判断是否超过限定，通过I/O口送LCD进行显示并确定是否启动相应的声光报警。上电开机后单片机进入循环显示各点温度的正常工作状态，通过SET键使单片机进入报警值设定状态，key1、key2、key3键可对DS18B20温度上下限进行调整，ENTER键可确定跳出报警值设定状态，实现对温度上下限可变的温度报警系统。
结论
本学期，我迎来了自己的毕业季，老师给我们布置了毕业设计的课题，在再三考虑之下，我选择了基于单片机的温度采集系统作为自己的毕业设计课题。在这8个星期，我通过自身的努力，老师和同学们的帮助，终于完成了自己的毕业设计课题。心里有很多的感悟。本次的毕业设计，总结了我大学三年来的知识运用，也明白了过去三年来自己对于课程的了解程度。每次的期末考试成绩代表不了一个人的能力，还是主要在于对知识的运用，在本次设计中，我就明白了不是所有的问题就只有一个正确答案，完全可以利用不同的方法来解决困难，生活也是如此。我希望通过本次设计更加的清楚自己的能力。
通过此次设计，我学到了很多新的知识，同时，也提高了对从前知识的了解和认知。无论是从实践能力还是理论学习上来讲，这次毕业设计都让我有了一定的提升。首先是对单片机芯片STC89C52的理解，之前我们学的89C51系列的，前者相比后者来讲，更加先进和高级，而且更加接近我们的生活。由于自己对STC89C52的一点认识也没有，所以一切只能从新来过，从到学校找资料到网上查找，从一个人独自学习到找同学帮助，一点点的，从无到有，在坚持不懈的努力之下，我终于也了解到一部分ST89C52单片机芯片的工作原理和使用方法了。 接着便是DS18B20温度传感器的学习，STC89C52单片机芯片还可以从其它系列单片机找相似之处，但DS18B20就完全没有相似的系列产品了，不过，还好，现在DS18B20的应用技术也比较常见，所以能找得到比较多的资料让我了解和学习。一门比较发展完善的技术要掌握起来是比较容易的，只需要你有耐心和毅力去学习。有了初步的想法之后，就要开始动手仿真实验了，虽然protel 99se软件进行不了单片机芯片的仿真实验，拿不到真实的仿真数据，但是使用protel 99se软件却也是这次毕业设计中必不可少的步骤，因为使用protel 99se软件可以设计此次课程设计的pcb电路图，这样就可以制作pcb感光板。使用感光板来做此次实验，能很好地减少花费的时间和精力。但是制作感光板的过程也是一个不小的难点，它讲究的是耐心和技术，一不小心，之前所做的努力就很有可能被浪费掉。而且，通过此次制作感光板，我也感受到高、新技术的作用，我们不断地知识进行探索，其目的不就在于让我们生活的世界变得更加的简单方便吗？成功地制作出感光板后，焊接实物就变得容易起来当中要注意安全，本次设计我认为最困难的还不是制作感光板，而是程序的编写过程。本来在上一学年中，自己对汇编就学得不怎样好的了，现在到了真正地使用到它的时候，就更加感觉到无从下手，不过，办法总是多的。虽然使用汇编语言对于我来讲是难了点，但是我可以选择用C语言来编写程序。可是又遇见了新的问题，工具问题虽然是解决了，但是凭我现有的C语言水平编写此次毕业设计的程序还是有一定的难度的。我想到同学中有几个人的C语言还是很好的，于是，我就鼓起勇气，不断地向他们请教，当我遇到了问题时，不懂就问，不懂就找资料，终于，在自己的坚持不懈之下，一段段程序终于从我手中完成了，更让我觉得高兴的是，在调试的过程中，虽然也有很多问题，但是都能比较顺利地解决了。在此次毕业设计中，我学到了许多东西，尤其是在操作方面。在感光板的制作过程中、实物的焊接过程中，很多细节都是同学提醒和注意的。跟同学一起合作，真的是学到很多东西，不管是合作精神、讨论热情，还是学习方法、学习态度，同学都给我很大的感触，让我了解到一个人努力、付出就一定会有收获。最后，是此次毕业设计的不足之处。最明显的就是没有仿真数据，对于毕业设计来讲，没有仿真数据的前提下制作实物其实是一个挺冒险的行为。其次，便是此次毕业设计的功能较单一，而且是用单片机芯片做的，没能做到创新。希望自己在以后的学习中，要注意培养自己创新这一方面的能力。在这次培训中，我切身感受到了动手实践的重要性，这对我以后的学习工作将产生深远影响。在本次设计研究和写论文的过程中，我查阅了许多文献资料，从中学到了很多有关于系统开发和程序调试方面等的知识。在软件开发过程中掌握了一些技术难题的解决方法和技巧，巩固和加深了所学知识的理解，能够把所学的知识与实践相结合，培养了认真严谨的学习态度，为以后开发软件积累了大量的经验，提高了分析问题和解决问题的能力。但是由于认识上的片面和不足，各方面的条件影响也很多，本设计还有待进一步的完善和优化，这些在以后的学习中要注重积累。
本次毕业设计的基于单片机的温度采集系统经过多次测试，工作稳定可靠、灵敏度较高、抗干扰能力强等特点。此外该系统所用器件均为常规元件，有较高的利用价值。
参考文献
[1]李广弟等.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001.
[2]王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009.
[3]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.
[4]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007.
[5]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.
[6]李平等.单片机入门与开发[M].机械工业出版社，2008.
[7]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社.1996：
[8]钟富昭等.8051单片机典型模块设计与应用[M].北京:人民邮电出版社.2007
[9]李平等.单片机入门与开发[M].北京:机械工业出版社.2008
[10]梁森.王侃夫,黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社.2007
[11]杨清梅,孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.2005
[12]叶景．基于单片机的温度控制系统设计[D]．天津工业大学，2008
[13]闫志浩．基于DS18820的单片机温度报警系统[J]．中国科技博览 2013
[14]甘勇.宋春来等．数字温度传感器DS18B20在多点测温系统中的应用[J]．河南农业大学学报.2001