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1、单片机课程设计报告 - 基于单片机的热敏电阻测温系统设计单片机课程设计报告2023 / 2023 学年 第 2 学期课程名称：上机工程： 专业班级：单片机课程设计基于单片机的热敏电阻测温系统设计电子信息工程 02 班10摘要在日常生活及工业生产过程中，常常要用到温度的检测及掌握，温度是生 产过程和科学试验中普遍而且重要的物理参数之一。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，再转换成对应的温度，这 些方法相比照较简单，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相比照较简洁 的方式来测量。我们承受温度传感器 DS18B20 作为检测元件，温度范围为-55125 C,最高区分
2、率可达 0.0625 C。DS18B20 可以直接读出被侧温度值，而且承受三线制与单片机相连，削减了外部的硬件电路，具有低本钱和易使用的特点。本文介绍一种基于 STC12C5608AD 单片机的一种温度测量及报警电路,该电路承受 DS18B20 作为温度监测元件，测量范围 0-+100，使用数码管驱动芯片 CH451 显示，能设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各局部电路，介绍了集成温度传感器 DS18B20 的原理，STC12C5608AD 单片机功能和应用。该电路设计颖、功能强大、构造简洁。关键词：温度测量 DS18B20STC12C5608ADCH451名目摘要2第 1 章 绪
3、论4第 2 章时间安排5第 3 章设计方案及选材63.1 系统器件的选择73.1.1 温度采集模块的选择与论证73.1.2 显示模块的选择与论证83.2 设计方案及系统方框图83.2.1 总体设计方案83.2.2 系统方框图9第 4 章硬件设计104.1 总系统组成图104.2 温度测量传感器局部104.3 掌握局部104.4 显示局部114.5 报警局部12第 5 章程序流程图设计135.1 主程序流程图135.2 温度采集流程图14第 6 章总结15参 考 文 献16第1章绪论现在电子技术日月异，各种型的自动掌握系统也越来越多地运用到人们的日常生活、工业生产等领域，它不但可以提高劳动生产率
4、，而且可以使掌握的设备或执行的操作更加准确。传感器是信息采集的重要工具，传感器技术与通信技术信息传输和计算机技术信息处理，构成了现代信息技术的三大支柱，它们在信息系统中分别起着“感觉”，“神经”，和“大脑”的作用。现代电子产品正在以前所未有的革速度，向着功能多样化，体积最小化，功耗最低化的方向进展。它与传统电子产品在设计上的显著区分：一是大量使用大规模可编写芯片，以提高产品性能，缩小产品体积，降低产品功耗；二是广泛运用现代计算机技术，以提高电子设计自动化程序，缩短开发周期，提高产品的竞争力。单片机的单芯片的微小体积和极低的本钱，可广泛地嵌入到电子系统，办公自动化、舰船、个人信息终端及通信产品等
5、方方面面，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。本设计使用单片机作为核心进展掌握。单片机具有集成度高，通用性好， 功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，牢靠性高，抗干扰力量强和使用方 便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本文是基于 STC12C5608AD 单片机，承受数字温度传感器 DS18B20，利用DS18B20 不需要 A/D 转换，可直接进展温度采集显示。包括传感器数据采集电路， 温度显示电路，上下限报警电路，单片机主板电路等组成。第 2 章时间安排2023 年 6 月 18 日2023 年 6 月 19 日：搜集相关资料2023 年 6 月 20 日2023 年 6 月
6、22 日：设计论证2023 年 6 月 23 日2023 年 6 月 24 日：绘制原理图、仿真2023 年 6 月 25 日2023 年 6 月 26 日：买元器件、焊接电路板2023 年 6 月 27 日2023 年 6 月 28 日：检测线路2023 年 6 月 29 日：写报告第 3 章设计方案及选材3.1 系统主要器件的选择3.1.1 温度采集模块的选择与论证测量温度的关键是温度传感器，因此需要灵敏度高、测温范围宽、稳定性 好，同时还要考虑本钱和实际状况。方案一：热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大 10 100 倍以上，能检测出 10-6的温度变化；工作温度范
7、围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于 315目前最高可到达 2023，低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、 腔体及生物体内血管的温度；使用便利，电阻值可在 0.1100k 间任意选择；易加工成简单的外形，可大批量生产；稳定性好、过载力量强热敏电阻的阻值会随着温度的变化而转变，这种变化不是线性的，但是每一种热敏电阻传感器都有一个阻值和温度对应的表格，可以通过查表得到温度值，固然也可以通过非线性公式计算出温度值。具体工作原理： 单片机通过 AD 芯片对电阻两端的电压进展采样，电阻变化时其两端的电压会变化，这种变化是线性的，单片机可以通过计算得到电
8、阻值，然后通过查表得到温度值，再通过计算得到显示温度值。温度采集模块硬件设计是依据热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，利 用串联分压的特点，将热敏电阻所分的电压送到 ADC 的模拟量输入端。具体电路原理如以下图所示：该电路中 R4 为热敏电阻，其电压传输到 ADC 的模拟量输入端 P10，其中 P14 为接地端，P28 为电源端软件系统初始化时把温度数据做成表格存储到 ROM 中，通过AD 对热敏电阻两端的进展测量，然后通过运算将电压值对应于电阻值，通过查表把电阻值对应于温度值，再通过运算把温度数据送到 LED 显示，其中程序初始化主要是对AD 和 LED 进展初始化。方案二：DS18B20
9、数字式温度传感器，使用集成芯片，承受单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简洁，使数据传输和处理简洁化。局部功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低本钱， 搭建电路和焊接电路时更快，调试也更便利简洁化 ，而且，这个温度传感器适用于周密温度测量系统中。方案三：热电偶传感器的灵敏度,线性和温度范围是和所用的金属有关。多年来 ,已经有几种热电偶成为标准,在美国,NIST 公布了八种热电偶,让字母代码来识别的毫伏温度表。其中五种 J、K、T、G 和 N 是由碱金属合金制成,有不同的温度范围和用途,灵敏度一般是每摄氏
10、度几十毫伏,其中三种 R、S 和 B 是用的金属白金制成的,但是这种热电偶价格昂贵，最常用于高温工作，不适合常温的测量， 而且灵敏度很低。比照之后，原设定使用热敏电阻，尝试之后觉察热敏电阻市场上能够购置 的几乎没有适宜的，没有适宜型号的，也没有准确的参数表可以参考。所以， 依据实际的应用需求，本设计承受方案二温度传感器 DS18B20。3.1.2 显示模块的选择与论证方案一：LED 数码管显示器可分为两种显示方式：静态显示和动态显示。LED 数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了本钱，还需要占用单片机多个 I/O 口，也给电路的焊接带来肯定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块，
11、所以排解此方案。方案二：LCD 液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清楚多样、美观，同时液晶显示器的编写程序简洁，价格廉价，LCD 类型繁多，价格不等。方案三：数码管驱动芯片 CH451 可以对数码管承受动态扫描，从而使数码管显示， 抑制了多片七段译码器驱动显示需要占用单片机多个 I/O 口的简单。和自己已有的资料等比较之后，选择了第三种方案，直接使用已有的装置 系统，便利很多。3.2 设计方案及系统方框图3.2.1 总体设计方案该系统主要由以下功能块系统构成：中心掌握处理器 STC89C51 组成的主机系统；环境数据采集系统，输出显示等。主要的
12、系统电路有：温度传感器电路、 显示电路，报警电路等。该系统的主要特点有：（1） 该产品的互换性好，响应速度快，抗干扰力量强，外围电路简洁易懂，因此体积小。（2） 该系统能用软件的方式掌握硬件，全部用软件方式设计的系统向硬件 系统的转换是由有关开发软件自动完成的，易操作。3.2.2 系统方框图时钟单片报警处5UCP2C1CT温度传感器S器理CH451 驱动图 3.1 基于 DS18B20 的温度测量系统方框图本系统中心掌握器局部使用的是单片机STC5608AD，自身带有A/D 转换模块。温度传感器 DS18B20 直接连接单片机的 I/O 口，到达温度采集的功能。此外， 本系统有一个输入掌握电路
13、来确定报警上下限，以及数码管驱动芯片 CH451 的显示电路。第 4 章硬件设计4.1 总系统组成图整个系统硬件由三大局部组成：以 DS18B20 温度传感器为主的温度测量传感局部、以 STC89C52 单片机为主的掌握局部、以 CH451 驱动数码管显示为主的显示局部。系统程序分传感器掌握程序和显示器程序两局部，传感器掌握程序是依据DS18B20 的通信协议编制。系统的工作是在程序掌握下，完成对传感器的读写和对温度的显示。4.2 温度测量传感器局部图 4.1 测温局部电路原理图温度传感器 DS18B20 将被测环境温度转化成带符号的数字信号以十六位补码形式，占两个字节向掌握系统传输。输出脚
14、I/O 直接与单片机的 P1.6 相连。，传感器承受外部电源供电，在 I/O 线上不要求强的上拉。使总线上主机不需向上连接便在温度变换期间使线保持高电平，这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。此外，18B20 温度传感器可以多点测温，可以在一根总线上串联，但是本系统没有选择串联的多点检测。由于串联会导致处理速度变慢，而且调试时也会产生不便，而且本系统不需要格外多的测量点，单片机的接口数量足够，因此没有承受串联。4.3 掌握局部如以下图所示，单片机是整个装置的掌握核心，外存储器。本系统承受STC5608AD，省略了 AD 转换的芯片。22.1184MHZ 晶振与单片机的 XTAL1 和 XT
15、AL2引脚相连为系统供给时钟频率。 C3 和 R2 构成上电复位电路。该系统使用22.1184MHZ 的晶振，因此编程的时候要重编辑时序。图 4.2 系统掌握局部电路图4.4 数码管显示局部图 4.3CH451 芯片驱动的数码管显示局部电路图4.5 报警局部图 4.4蜂鸣器连接图第 5 章程序流程图设计5.1 主程序流程图开头程序初温度采数据处温度是否Y报警温度显完毕N5.2 温度采集流程图开初始化DS18BY启动温读取温结N第 6 章总结通过这次对温度测量系统的设计与制作，我理解设计电路的程序流程图， 也了解关于温度测量的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真，仿真 成功之后才实际接线的
16、。但是最终的成品却不肯定与仿真时完全一样，由于， 再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接 法，在实际中由于芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的 差异，从中找出最适合的设计方法。另外，对于这些电路还是应当自己动手实 际操作才会有深刻理解。从这次的课程设计中，我真正意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论学问用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在常常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。其间， 查找资料，向教师寻求指导，与同学沟通，编写程序，仿真调试，每一个过程都是对自己力量的一次检验和强化。虽然整个设计
17、已经完成，但是也存在很多缺乏之处，最大的缺乏是没有使用热敏电阻来完成设计，关于这方面，我们也进展了尝试，但是最终觉察这样做太简单，并且不易实现。因此，最终选择了DS18B20，从系统测量的温度值来 看，整个系统到达了初期预想的效果，测量精度也较高。只是在掌握方面显得缺乏，期望以后能够能有时机连续完善。参 考 文 献:1 李群芳,肖看. 单片机微型计算机与接口技术第 4 版.北京：电子工业出版社，2023.2 孙传友，张一. 感测技术根底第 3 版.北京：电子工业出版社， 2023.3 张琳娜，刘武发传感检测技术及应用 M. 中国计量出版社， 1999.4 胡汉才 单片机原理及其接口技术M. 北京： 清华大学出版社， 1993,311-313.5 何立民单片机应用技术选编M 北京：北京航空航天大学出版社，2023