基于单片机的温度监控系统的设计—毕业设计

潍坊学院本科毕业设计（论文）

使用简单方便，所以设计方案选择电子式温度监控系统设计，以微控制器做为控制器核心，IC集成温度传器做为温度传感器，测量的温度数值通过显示模块显示，矩阵键盘作为输入模块，蜂鸣器作为报警器。

2.2 温度传感器的选择

温度传感器的类型有许多。温度传感器的种类主要有热电阻、热电偶。此外，有很多电子制造商也开发了一些比较方便使用的温度传感器，如IC温度传感和测温模块。所以，温度传感器的选择多种多样，要选择适合自己设计需求的传感器。

热电阻温度传感器多用于几百摄氏度以内的温度测量，热电阻体积小，对温度变化比较灵敏，误差小。热电偶温度传感器误差较大，灵敏度比较低，但它的测温范围很大，多用于精度要求不高的高温测量，它容易受到环境干扰信号的影响。但是热电偶和热电阻的应用电路设计比较复杂，并且价格昂贵。

IC温度传感器的精度一般比较高，电路设计简单，使用方便，价格便宜。 本次设计我们选用数字集成IC温度传感器DS18B20。DS18B20图如图2.1。

图2.1 DS18B20形状

DS18B20 的主要特性：

（1）有很宽的适应电压范围，芯片工作能耗可以在寄生电源方式下由数据线提供。 （2）DS18B20 使用简单，不需要其他外围器件，高度集成，外形如三极管。 （3）单总线接口方式，通讯只需要一条I/O线，连接方便。 （4）9～12位可编程的分辨率。 （5）DS18B20可以多点组网，一个三态线上可以挂多个DS18B20，进行多点测温。 （6）温度测量结果以数字信号的形式直接输出 [1]。 （7）最多在 750ms 内就能完成温度转换 [1]。

（8）有很好的保护能力，当电源接反时不会烧毁[1]。

2.3 显示模块选择

显示模块的种类有很多，大致可以分为数码管、点阵、LCD和彩屏TFT等。数码管适合于数字的显示场合，价格便宜，但是当数码管比较多时，电路设计会比较复杂。点阵的类型很多，点阵常用于一些大型广告牌中，也有小型的点阵，点阵在显示在文字和图形上有优势，显示数字不怎么适合，一是不够直观，二是显得有点浪费。在一些比较小的系统中，1602和12864显示屏用的比较多。1602不仅可以显示数值，还可以显示英文字母，但是1602不能显示文字，12864除可以显示数字和英文字母外，还可以显

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示文字和简单的图画。彩屏TFT可以显示多种多样的颜色，类型也很多，大小也各不相同，像手机、电脑、彩色电视机上的屏幕。彩屏TFT的驱动很复杂，且价格昂贵。

为了比较直观显示，考虑价格和设计的复杂程度，综合各方面因素，本设计选择12864屏作为显示模块。12864液晶屏接口连接方式不复杂，连接也很灵活。

12864液晶屏有带字库型的和不带字库的两种类型。带中文字库的液晶屏内部集成了一个字库，内置了足够平时使用的16*16点的汉字和16*8点ASCII字符集，可以显示8*4行16*16点阵的汉字。不带字库的液晶屏内部没有中文字库，需要自己取字模，不带字库的液晶屏虽然取字模有点麻烦，但是不带字库的液晶屏的显示更加灵活，它可以显示一些简单的自制的图形，而且价格比带字库的液晶屏便宜很多。本次设计选择不带字库的AMPIRE12864液晶屏。在Proteus中，它的引脚图如图2.2。

图2.2 AMPIRE12864引脚图

关于AMPIRE12864液晶屏的管脚，具体介绍如表2-1。

表2-1 AMPIRE12864的引脚简介

引脚符号 CS1、CS2 E 功能 低电平时选通，分别控制左右半屏选择 E的下降沿，数据线状态被12864读入，E高电平时，可以读出数据 RW 输入 读、写选择 RW=1时为读使能，RW=0时为写使能 RS 输入 数据、指令选择RS=1 为数据操作 信号 RS=0 为写指令或读状态 DB0~DB7 三态 数据总线 数据通信接口 RST 输入 复位信号 低电平有效 V0 输入 对比度调节端 控制对比度，接电位器与VOUT连接 VCC/GND 输入 电源和地 状态 引脚名称 输入 片选端 输入 读写使能 2.4 微控制器的选择

生产微控制器的厂家很多，产品的类型和种类更加多样。按总线位数分，主要有8位、16位、32位微控制器。如PIC系列，8051系列，AVR系列，Intel的8086系列，ARM系列等，不同厂家生产的单片机型号又不同，功能模块也各不相同，所以可供选择的单片机多如牛毛。

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选择能够满足设计要求的同时，尽量选择经济，开发简单的微控制器。本设计的控制器选择AT89C51，AT89C51曾经风靡一时，它是ATMEL公司开发地产品，现在应用也很广。它是一种高性能CMOS的8位微处理器，带几K字节不等的闪存存储器，它可编程可擦除且只能读，单片机的可擦除次数可以达到1000次以上[2]。外形及引脚排列如图2.3。

图2.3 AT89C51引脚图

主要特性如下：

（1）与MCS-51兼容。

（2）一个8位的80c51微处理器CPU。

（3）片内有256字节数据存储器，用于存放一些可读可写的数据。 （4）片内集成了2K字节的只读的闪存程序存储器ROM。

（5）带有4个8位的并行三态I/O端口P0~P3，端口都可以按位操作，都可以用作输入和输出。

（6）有两个16位定时器/计数器，可以计数或定时[3]。 （7）5个中断源，一个两级中断优先级的中断控制系统。 （8）一个全双工UART的串行I/O口。 （9）有休闲和掉电两种节点模式。 （10）最高允许振荡频率为24MHz[3]。

第三章 硬件设计

3.1 硬件设计思路及总体设计框图

以单片机AT89C51做为控制器核心，温度传感器使用DS18B20，测量的温度数值

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通过LCD12864液晶屏显示，矩阵键盘作为输入模块，报警器选择选择有源蜂鸣器。总体设计框图如图3.1。

多片DS18B20 AT89C51 单片机 LCD12864 显示模块 按键识别电路 报警 电路

图3. 1 系统设计框图

3.2 DS18B20应用电路

DS18B20测温系统硬件电路非常简单、测量的温度的精度比较高、连接非常方便、最少只需一条I/O线。每一个DS18B20拥有一个独一无二的序列号ID，为此DS18B20通过这个ID号可以仲裁那个芯片响应控制器，实现组网多点测温。下面介绍DS18B20常用的连接电路图。

(1) 寄生电源供电形式

寄生电源供电形式时，电路图的连接图如图3.2。

图3.2 寄生电源供电方式电路图

在芯片正常工作的时候，通信线上必须提供足够多的电量，当同一根I/O线上挂接多片DS18B20进行多点测温时，仅仅靠4.7K上拉电阻是无法满足DS18B20工作时所需能量的，这就会造成温度误差极大，甚至温度无法转换 [1]。

（2）外部电源供电方式

DS18B20的外部电源供电方式电路图如图3.3所示。在外部电源供电方式，VDD引脚供电DS18B20，GND引脚接地，在这种情况下，温度传感器有足够的能量工作 [1]。

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