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1、|智能仪表原理与设计综合训练报告题 目： 温度采集仪的设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 江 苏 理 工 学 院电 气 信 息 工 程 学 院2015 年 11 月 13 日|目 录前言 .1第 1 章 课程设计任务和要求 .21.1 设计任务 .21.2 技术指标 .2第 2 章 系统设计方案 .32.1 温度采集仪总体设计方案 .32.2 各模块设计方案 .3第 3 章 系统硬件电路设计 .53.1 单片机 STC89C52 简介和最小系统 .53.1.1 STC89C52 单片机简介 .53.1.2 STC89C52 单片机最小系统 .53.2 数字温度传感模块设计
2、 .73.2.1 数字温度传感器 DS18B20 简介 .73.3 显示模块设计 .93.3.1 LCD1602 液晶显示器的工作原理 .93.3.2 LCD1602 液晶显示器的设计 .103.4 报警模块设计 .113.4.1 蜂鸣器简介 .113.5 温度上下限值电路设计 .123.6 串口输出电路的设计 .133.6.1 波特率的计算 .133.6.2 MAX232 芯片实现串行通信的电平转换 .13第 4 章 系统软件电路设计 .154.1 LCD 液晶显示软件设计 .154.2 主控模块软件设计 .17|4.3 温度采集软件设计 .194.4 报警电路软件设计 .24第 5 章 系
3、统软硬件调试结果分析 .265.1 软硬件联调结果如表 1-3 所示 .265.2 VB 界面显示如图 2.7 所示 .265.3 软硬件联调结果分析 .27参考文献 .28致 谢 .29附录 A 硬件原理图 .30附录 B 实物图 .32附录 C 元器件清单 .34|前言在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，目前使用最广泛的温度测量系统一般由温度测量元件、温度变送器和温度指示仪表三个部分组成。这种结构存在两个方面的缺点：一是三个部分相互分离，不便于随身携带和进行临时性的测量；二是整个系统不易取得较高的性能价格比。传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压
4、，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。本文提出的一种由单片集成电路构成的温度传感器的种类多，测量的精度高，响应时间短，使用方便无需变换电路等。该测温仪本身就是一个完整的温度测量系统，它不仅可以将代表被测温度值的电信号转换成温度值并显示出来，而且还将处理后的温度数值转换成电流或电压信号输出，以供计算机或其他仪表使用，即完成温度变送器的功能。近年来，美国 DALLAS 公司生产 DSI8B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。DSI8B20 集温度测量和 A/D 转
5、换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量。温度采集仪增加 PC 机与单片机之间的通信，可以对实时温度进行远程监测与存储，此仪器可用于蔬菜大棚的监控或者工厂中的锅炉温度的采集等场合应用广泛。 |第 1 章 课程设计任务和要求1.1 设计任务本次课程设计要求设计出智能化温度测量仪表，要求该测量仪表能够通过温度传感器采集温度，并将温度传到单片机进行处理，并通过液晶显示，同时以单片机为核心的主控单元通过对按键的操作，设定上下限报警温度与实测温度进行比较，并判断是否报警，且与 PC 机通信将监测的温度发送到 PC 机。温度监测界面可用 VB 进行编程设计实现上位机人机界面的设计，要
6、求上位机发送的命令下位机能及时的给与响应，并且上位机能够实时准确的显示下位机所上传数据以及电机设备的运行状态；使用汇编语言完成下位机程序驱动，并且要尽量保证系统的稳定性和可靠性以及使用性。1.2 技术指标1.可以对 0125温度进行实时采集并能（通过液晶）显示； 2.可以通过按键人工设定上下限报警温度并判断是否报警（蜂鸣器发出响声）； 3.实现下位机与 PC 机之间的串行通信（在 PC 机上用 VB 所编写界面显示实测温度值）。|第 2 章 系统设计方案2.1 温度采集仪总体设计方案单片机控制电路中使用 STC89C52。温度采集电路中采用数字温度传感器DS18B20（该传感器具有测温范围广、
7、测温准确的优点，其精确度可达到 0.1 摄氏度，可测量的温度范围从-55125 摄氏度）。将采集到的温度数据送到单片机，通过单片机控制的温度报警模块判断是否报警，最终将实测温度发送到液晶显示器 LCD1602 显示，同时很方便的完成单片机与 PC 机之间的串行通信（利用 MAX232 芯片实现电平转换功能，在 VB 程序编写的界面上显示监测温度）。温度采集仪设计如图 1.1 所示。温度采集电路 单片机控制电路 显示电路报警电路按 键 电 路 PC机RS23图 1.1 图温度采集仪设计|2.2 各模块设计方案本设计是一个基于单片机的温度采集仪，利用单片机的功能强大且体积小、价格低、抗干扰性好等特
8、点，根据需要完成的功能需要在本设计中实现温度的采集、显示、上下限报警温度值设定、报警和与 PC 机的串行通信等功能。本设计中主要分硬件与软件的设计，硬件包括：主控模块 、温度传感模块、显示模块、按键模块、报警模块、通信模块等，软件包括：温度采集、按键与报警、显示、PC 机上的温度界面等。（1）主控模块：可以选用 STC89C 系列的单片机，这里采用的 STC89C52 单片机，价格便宜，使用方便，STC89C52 的片内 RAM 已能满足存放要求。（2）温度传感模块：由于本设计中单片机除了要完成数据采集、处理、控制和显示任务外，还要完成按键值的采集、处理。如果用常规的数字加模拟电路实现就会相对
9、困难一些。本设计选用的数字式集成温度传感器 DS18B20。DS18B20 是 DALLAS 半导体公司（现属MAXIM 公司）设计生产的单总线数字温度传感器，其测量温度范围为55125，在-10+85时精度为0.5。这个传感器最大的特点就是能够从一根总线直接输出二进制的温度信号，不需要 A/D 转换和信号放大。这样的选择使得整个电路的硬件设计更为简化，节省了单片机的资源。 （3）显示模块：可以使用数码管或者液晶显示，两者皆可。在本设计中，主要使用液晶，焊接简单且程序调用方便。（4）按键模块：本设计采用三个按键分别用来设定上限、下限温度。 （5）报警模块：就是当设定的温度在门限温度之外，就会报
10、警，蜂鸣器发出响声。 （6）通信模块：RS-232 电平与单片机 TTL 电平之间的转换方式，可以使用分立元件焊接而成，也可以直接使用集成芯片 MAX232 芯片。从电路使用方便的角度来看直接采用集成芯片，适应性更强，加之其价格适中，硬件接口简单。 |第 3 章 系统硬件电路设计3.1 单片机 STC89C52 简介和最小系统3.1.1 STC89C52 单片机简介本设计采用的是 STC 公司的 STC89C52 单片机。其特性如下： （1) 工作频率：080MHz； （2) 3 个标准 16 位定时/ 计数器； （3) 可编程 I/O 口线 32 条，中断源 5 个； （4) 8K 字节快闪
11、 ROM，128 字节 RAM； （5) 工作电压：35V； （6) 40 引脚， DIP 封装； STC89C52 引脚图如图 1.2 所示。|图 1.2 STC89C52 引脚图3.1.2 STC89C52 单片机最小系统最小系统包括单片机的电源、时钟电路和复位电路。 1.时钟电路 STC89C52 单片允许的时钟频率的典型值 12MHz 或 11.0592MHz，也可以是6MHz。本设计要使用串行通信，所以应采用 11.0592MHz。 接到晶振两端的瓷片电容作用是使振荡器起振和对 f 微调补偿，典型值为 30PF，本设计中选用 30PF 瓷片电容。当单片机加电以后延迟约 10ms 的时间振荡器产生时钟，不受软件控制（XTAL2 输出幅度为 3V 左右的正弦波）。单片机时钟电路如图 1.3 所示。