电子信息工程《专业基础课程设计》研究报告多路温度测量系统设计中国·大庆年月信息技术学院课程设计任务书一、课程设计课题：多路温度测量系统设计二、课程设计工作日自年月日至年月日三、课程设计进行地点：四、程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教师下发2.目的意义:1、培养理论联系实际的正确思想，训练综合应用已经学过的理论知识和生产实际知识去综合解决工程实际问题的能力。

2、学习较复杂电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由有学生自行设计和调试。

3、进行基本技能和技术训练，如掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用绘图软件和仿真软件等。

3.基本要求:1、能够通过相应的气体传感器实时检测室内的煤气、天然气信息，具有显示功能；2、当煤气和天然气浓度高于设定界限值时自动报警（声光报警），提醒用户燃气泄漏；3、设计键盘，能够输入界限浓度值；4、主要单元电路和元器件参数选择；5、用绘图软件画出总体电路图；6、提交格式符合要求，内容完整的设计报告。

课程设计评审表1 设计任务和要求1.1 课题研究的背景和意义在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

其中，温度控制也越来越重要。

在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。

采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题。

目前应用的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、A／D转换器及单片机等组成的传输系统。

这种温度采集系统需要大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上．安装和拆卸繁杂，成本也高。

同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。

针对这种情况，本文提出一种采用数字化单总线技术的温度采集系统，并利用Proteus和medwin v3.0软件对设计电路进行综合虚拟仿真，实现了温度实时测量和显示。

1.2 本设计的主要要求采用单片机80C51实现八路温度检测。

要求温度范围0℃～100℃之间。

温度传感器选用模拟和数字的都可以。

在LCD中显示温度。

精度达到±1％。

分辨率≤0.1℃根据精度自选A/D转换芯片。

2 方案比较2.1 采用数字单片智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。

目前，已开发出多种智能温度传感器系列产品。

智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。

有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU). 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C总线、SMBUS总线和SPI总线。

温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。

智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。

典型产品有DS18B20,智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式;温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可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。

同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内,精度为0.5℃。

DS18B20的精度较差为±0.2℃。

现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适合于恶劣环境的现场温度测量。

如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。

与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

而且新一代产品更便宜，体积更小。

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。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

现在，新一代的“DS1820”体积更小、更经济、更灵活。

使您可以充分发挥“一线总线”的长处。

DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器。

由于DS18B20将温度传感器、信号放大调理、A/D转换、接口全部集成于一芯片，与单片机连接简单、方便，与AD590相比是更新一代的温度传感器，所以温度传感器采用DS18B20。

2.2 显示器的选择2.2.1 LED显示器采用传统的七段数码LED显示器。

LED虽然价格便宜，但在现代的许多仪表、各种电子产品中逐渐被LCD所取代。

2.2.2 LCD液晶屏采用LCD液晶屏进行显示。

LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED 显示器显示的界面有了质的提高。

在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。

优点为：1 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。

2 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。

3 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。

虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。

2.3 采用AT89S51单片机由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。

单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分支。

通用计算机系统主要用于海量高速数值运算，不必兼顾控制功能，其数据总线的宽度不断更新，从8位、16位迅速过渡到32位、64位，并且不断提高运算速度和完善通用操作系统，以突出其高速海量数值运算的能力，在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用；单片机作为最典型的嵌入式系统，由于其微小的体积和极低的成本，广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。

因此，单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速发展，成为近代计算机技术发展史上一个重要里程碑。

由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。

单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。

由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，工作也相对稳定。

51的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。

因此，测控系统中，使用51单片机是最理想的选择。

单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。

单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。

单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。

MCS51单片机很快在我国得到广泛的推广应用，成为电子系统中最普遍的应用手段，并在工业控制、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。

以MCS-51技术核心为主导的单片机已成为许多厂家、电气公司竞相选用的对象，并以此为基核，推出许多与MCS51有极好兼容性的CHMOS单片机，同时增加了一些新的功能,所以用AT89S51。

3 单元电路设计3.1 DS18B20DSl820数字温度计是美国Dallas公司生产的数字温度计，它提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度。

信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线。

DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。

因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多DSl820可以存放在同一条单线总线上。

这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。

DSl820的测量范围从-55到+125，增量值为0.5，可在l s(典型值)内把温度变换成数字。

每一个DSl820包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DSl820内部的ROM(只读存贮器)中。

开始8位是产品类型编码(DSl820编码均为10H)。

接着的48位是每个器件唯一的序号，最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。

图2为DS18B20的实物图。

图2温度/数据关系（表1）3.2 AT89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 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（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

ATC9C51实物图如图3。

主要参数如下：·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4k字节可重擦写Flash闪速存储器·1000次擦写周·全静态操作：0Hz－24MHz·三级加密程序存储器·128×8字节内部RAM·32个可编程I／O口线·2个16位定时／计数器·6个中断源·可编程串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式图33.3 LCD1602由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。