基于单片机的多点温度监测系统设计

吴昊 黎洋 张清宇 张衡

摘要：本系统设计为一个多点温度监测系统，主要实现三路温度采集，采集的温度可在LCD上显示，可通过手动调整显示其中一路的当前温度值，低温限值，高温限值，并且可以通过按键调节温度的高低限值。本次设计硬件部分以AT89C52单片机为核心，通过四路DS18B20温度传感器采集温度，在单片机的控制下对相应传感器采集到的温度进行数据处理，并将处理后的数据显示在LCD显示器上。当所测温度值超过温度的高限值或低于低限值时，报警电路就会报警，蜂鸣器报警，发光二极管闪烁。

关键词：温度测量；51单片机；DS18B20

一、前言

随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素。许多产品对温度监测范围要求严格，而且目前市面上的温度监测仪器都是单点测量，且温度信息传输是不及时的、不够精确的，从而不利于工业控制及时做出决定。在这种情况下，制作出多点温度监测、实时性高、高精度的同步测量方案是很有必要的。因此，这次综合设计以单片机为核心部件设计出一种多点温度监测系统。本次综合设计的目的在于掌握数字传感器DS18B20的原理、性能、使用方法和特点，用keil对系统进行编程。本次设计综合了电子信息、计算机技术专业领域方便的知识，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质和工作能力。本設计的研究可以使学生更好的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、增强针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。

二、总体方案设计

（一）方案论证与比较

方案一：采用3个温度传感器AD590来测量环境温度，AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。然后分别将采集到的多路数据通过模数转换芯片ADC0809进行信号转换，即将采集模拟信号转换为数字信号，然后送到单片机进行数据的分析与处理。在方案一中，辅助电路主要由时钟电路、复位电路、报警电路、液晶显示电路、键盘控制电路等组成。

方案二：这个方案使用AT89C52单片机为核心，以数字温度传感器DS18B20温度的测量元件，在这个电路中采用3个DS18B20对各点温度进行监测，通过键盘电路对温度上下限值进行修改和循环显示，显示电路采用LCD1602模块。

（二）方案选择

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A/D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，所以需要后续放大及A/D转换电路，如采用普通运放则精度难以保证，而测量放大器价格较高，这样会使系统成本升高。

方案二以DS18B20为传感器和AT89C52单片机为控制核心组成多点温度测试系统，该系统包括复位电路、时钟电路、温度采集电路、键盘与温度显示电路、上下限报警电路等。采用Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。它具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理的通信。

因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。大大提高了系统的抗干扰能力。DS18B20体积小、经济、使用方便灵活。测试精度高，较高的性价比，有CRC校验，系统简明直观，适合于恶劣环境的现场测温。

综上所述，本次专业系统设计采用方案二对系统进行设计。

三、各单元模块功能介绍及电路设计

（一）单片机系统模块

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

AT89C52单片机进行系统控制，运到到了复位电路，时钟电路，串口，I/O接口。

（二）温度采集模块模块设计

DS18B20温度测量系统有一个很简单的测温系统，测温精度高，方便连接。DS18B20与单片机的硬件连接方式有：VDD连接到一个外部电源，GND接地，输入/输出接口和单片机的输入/输出接口想连。不管是何种电源方式，输入/输出端口引脚必须连接大约4.7k上拉电阻。

在外部电源供电的方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用5V电压供电，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上可以挂接多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是同一个。

（三）报警模块设计

报警模块主要由蜂鸣器、发光二极管、以及电阻和电容构成。

当传感器测定的温度值超出系统预设值时，蜂鸣器发出报警声，同时发光二极管闪烁，提示监测人员注意，以便做出相应的调整。

四、调试与结果：

该测温系统采用智能型温度传感器DS18B20，其测量温度的范围为-55?度～+125度，最大分辨率可以达到正负0.05度，采用单总线方式与单片机相连，同时可直接将温度的模拟信号转变为串行数字信号供处理器分析，以达到度温度的实时监测，最终实现人机交换。

五、总结

温度测量对日常工业生产以及自动化生产控制过程中都具有很大的作用，温度保证整个生产过程的安全、有序、高效的进行，一种电子温度测量仪器相比传统的温度测量有着明显的优势和更高的使用价值。本设计采用高主频的单片机作为整个测温系统的核心处理器，通过与温度传感器进行实时通信处理温度传感器传输的数字信号，进行相应的温度参数的快速分析处理，并通过终端显示LCD实时显示温度值，与用户进行实时通信。

参考文献：

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