第1章绪论1.1 前言本设计的简单实用的数字式温度测控系统，亦可广泛应用于各种定时、温度控制领域，如工业工控过程的温度控制，发电厂、热电厂、大型中央空调设备用户端、自动化生产线、农业养殖、温棚、温室、干燥房、粮食仓库、井下温度控制等场合。
系统能够随时测量环境温度并且显示当前的温度值，因此，研究和开发经济、实用的定时温度测控系统具有现实意义，也有着广泛的应器上当前室温的显示等等。
不同的温度传感器测量的精度以及功能强弱各不相同用前景。
温度采集与显示系统在工业、民用、军事等领域占有重要的地位，比如空调遥控，因此在不同的应用场合可设计不同的系统对温度进行检测和控制，如在普通的室内温度检测中，可用一般的温度传感器，由数码管直接显示该室内的温度。
但是普通型传感器芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能被处理器识别，而且不能实现多点温度的测量，最大的缺点就是它的精度不是很高。
而在要求精度很高的温度控制中，显然普通的温度采集和显示系统已不能满足设计的需要。
因此，针对此现状，本文设计了一种由单片机控制的智能温度采集与显示系统。
它以STC89C51单片机为核心，实现对温度信号的采集和显示。
在温度信号的采集方面，利用单总线数字温度传感器的特点及功能实现对温度的采集，由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，可在-55—+125℃的范围内测量温度。
从中央处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线，其指令信息和数据信息都经过单总线接口与DS18B20进行数据交换，且每个DS18B20有唯一的系列号。
因此同一条单总线上可以挂接多个DS18B20，构成主从结构的多点测温传感器网络。
而在显示方面采用数码管显示。
此系统具有结构简单、价格低廉、易于操作及系统扩展、性价比高等特点。
它利用单片机的强大功能和可扩充性为后盾，可实现对某一路温度和温度的上下限进行有效的控制与输出。
温度控制广泛应用于人们的生产和生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。
即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。
在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。
对工业生产可靠进行造成影响，甚至操作人员的安全。
为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。
本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单。
可运行性强，价格低廉等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。
本设计是一个数字温度测量及控制系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。
保证环境保持在限定的温度中。
1.2设计任务设计测量温度范围－55℃~＋125℃的智能测温系统，要求数码管实时显示测量温度，精确为0.5℃。
1、进行方案论证，确定设计方案；2、绘制系统硬件仿真电路，掌握各部分电路的原理、功能和应用方法；3、进行程序设计，实现系统要求的基本功能；4、编写课程设计论文。
第2章系统总体设计2.1 设计简介在本次设计中，利用DS18B20设计电子温度计。
温度控制系统中STC89C51为核心控制器，它与DS18B20温度传感器组成主电路。
另外还有显示电路和报警电路组成辅助电路。
和在一起构成了一个完整的电子温度计系统。
该温度控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两大部分。
应该具有以下功能：1. 采集外来的温度信号；2. 通过ds18b20温度传感器转换温度；3. 转换后通过数码管显示温度；4. 根据周围环境温度变化改变现实数据；5. 温度超过限制温度报警；2.2 系统总体设计图2-1 总体框图系统的硬件设计部分主要由以下几部分组成：1. 单片机最小系统：采用STC89C51 单片机；2. 温度采集模块：采用DS18B20 温度传感器；3. 温度显示模块：采用4位LED 双数码管显示；4. 按键部分：采用独立键盘输入最高最低温度限制；5. 报警模块：采用蜂鸣器和LED灯发出声光报警；6. 电源模块：采用220V转5V稳压电源为系统提供电源；2.3 设计方案原理单片机是整个系统的核心处理器，其负责驱动温度传感器DS18B20 工作、温度显示、控制外围设备的工作以及与上位机进行通信等工作。
本系统选用美国ATMAL 公司生产的STC89C51单片机。
此外STC89C51 单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。
单片机最小系统主要由两块组成，其一为晶振起振电路，其二为复位电路。
温度传感器是该系统的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。
DS18B20 有三个管脚： GND 为电源地，DQ 为数字信号输入/输出端，VDD 为外接供电电源接入端（用寄生电源方式时接地）。
在外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由VDD 引脚接入，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，同时理论上总线可以挂接任意多个DS18B20 传感器，组成多点测温系统。
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85℃。
本系统中DS18B20 的DQ 口与单片机的 P3.2 口连接，GND 接地，VDD 接电源，R1 为信号和5V 电源之间的上拉电阻，其电路连接所示。
数码管的动态显示：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
第3章系统硬件设计3.1单片机最小系统随着计算机技术的发展，单片机因具有集成度高、体积小、速度快、价格低等特点而在许多领域，如过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，从而使这些领域的技术水平、自动化程度大大提高。
正因为如此，国内外多家电子生产厂商把目光投向了单片机的生产当中，单片微机经历了4位、低档8位、高档8位、16位，现正在向32位和双CPU一方向目前国内市场上有不少类型的8位及16位单片机，由于各种原因很多的单片机都未能在国内形成主流系列。
而国内目前仍然是以Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96为主流系列。
单片机型号的选择是根据控制系统的目标、功能、可靠性、性价比、精度和速度等来决定的。
根据上述及本课题的实际情况，发酵温度系统是一个时滞性较大的系统，对控制时间精度要求不需要很高，所以单片机不需采用高速的输出、输入口，51系列单片机在时间精度方面可以满足要求。
为了使用方便，系统要求可以进行在线改写，要求片内具有可擦除程序存储器，另外为了以后系统升级的需要，在设计中采用52系列单片机。
基于以上原因，本文在众多的单片机类型中选取STC89C51系列单片机。
STC89C51与MCS-51兼容。
芯片内部带有8K快速擦写程序存储器(可擦写次数可达100000次)；运算速度快频率可达33兆赫兹；32位110口总线：三个16位的定时1计数器。
STC89C51单片机有如下标准特性：兼容MCS-51微控制器；8K字节FLASH存贮器支持在系统编程ISP1000次擦写周期；256字节的数据存储器(RAM)；工作电压4.0V到5.5V；全静态时钟0Hz到33MHz；三级程序加密；32个可编程I/O口；3个16位定时/计数器；8个中断源；全双工UART；完全的双工UART串行口；低功耗支持Idle和Power-down模式； Power-down模式支持中断唤醒；看门狗定时器：双数据指针；上电复为标志。
同时该芯片还具有PDIP，TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
温度信号由DS18B20检测由P2.7口输入到单片机中进行处理，显示部分通过单片机的单片机的时钟电路利用芯片内部振荡电路，在XTALI，XTAL2的引脚上外接定时元件内部振荡器便能产生自激振荡，定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路，其连接方法如图4所示。
晶振可以在 1.2MHz～12MHz之间任选，本电路选11.0692MHz。
电容通常在20pF-6OpF之间选择，通常为30pF左右，本电路选30pF，电容器C1和C2的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。
3.2 温度采集模块DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的”一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。
DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持”一线总线”接口的温度传感器。
温度测量范围为-55～+125 摄氏度，可编程为9位～12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。
被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
DS18B20 的性能特点如下：1. 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条总线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；2. DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；3. DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；4. 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；5. 测温范围-55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；6. 零待机功耗；7. 可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；8. 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。