中南林业科技大学涉外学院传感器课程设计题指导老师向诚学生姓名王璋娅学号 20148080 专业班级电子信息工程四班摘要目前，单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。

本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。

本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计，主要介绍了一个基于AT89C51单片机和数字温度传感器DS18B20的测温系统，并用LED 数码管显示温度值，易于读数。

系统电路简单、操作简便，能任意设定报警温度并可查询最近的10个温度值，系统具有可靠性高、成本低、功耗小等优点。

目录1. 引言 --------------------------------------------------------------42.总体方案设计---------------------------------------------------6 2.1设计要求-------------------------------------------------------6 2.2方案论证-------------------------------------------------------62.3 系统整体方案思路 -----------------------------------------73.硬件电路设计---------------------------------------------------9 3.1 主控制器系统的设计---------------------------------------11 3.2 温度传感器的设计-----------------------------------------11 3.2.1DS18B20基本介绍----------------------------------------11 3.2.3DS18B20测温原理---------------------------------------12 3.3 温度控制电路的设计--------------------------------------18 3.4 显示电路的设计 ------------------------------------------19 3.4.1显示电路模块---------------------------------------------193.4.2数字显示驱动电路---------------------------------------194. 系统的软件设计----------------------------------------------205.系统的安装与调试--------------------------------------------22 结论----------------------------------------------------------------23 参考资料---------------------------------------------------------251. 引言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。

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域如家电、汽车、材料、电力电子等常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同, 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。

这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。

传统的继电器调温电路简单实用,但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。

控制领域还大量采用传统的PID控制方式,但PID 控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。

而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。

数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。

测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。

最常见到得测量温度的工具是各种各样的温度计，例如：水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。

它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。

利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，有直观准确。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用51单片机，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管实现温度显示,能准确达到以上要求。

2.总体方案设计2.1设计要求：数字式温度计要求测温范围为－55～125°C，精度误差在0.1°C以内，LED数码管直读显示。

2.2方案论证：温度控制系统采用AT89C51八位机作为微处理单元进行控制。

采用4X4键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器，还可以过键盘完成温度检测功能的转换。

温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来控制温度控制器。

根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。

选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样／保持电路、运放、数／模转换电路以及进行长距离传输时的串／并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。

2.3系统整体方案思路该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。

检测范围5摄氏度到60摄氏度。

本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于或低于设定温度时，开始报警并启动相应程序（温度高于设定温度时，风扇开；当温度低于设定温度时，加热器开）。

中央微处理器AT89C51：AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口，，片内时钟振荡器。

此外，AT89C51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP 和PLCC等三种封装形式。

AT89C51单片机综合了微型处理器的基本功能。

按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89C51单片机作为整个系统的控制器。

按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。

数字温度计总体电路结构框图如图所示：3.硬件电路设计3.1 主控制器系统设计目前的单片机开发系统只能够仿真单片机，却没有给用户提供一个通用的最小系统。

由设计的要求，只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的控制单元。

其应用特点是: （1）全部I/O口线均可供用户使用。

（2）内部存储器容量有限（只有4KB地址空间）。

（3）应用系统开发具有特殊性单片机最小系统如图所示，其中有4个双向的8位并行I/O 端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。

时钟电路用于产生单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。

单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。

电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。

晶体的振荡频率为12MHz。

把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

主控制系统电路如图所示：3.2 温度传感电路设计DS18B20基本介绍：DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。

DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。