基于单片机的数字温度计设计.docx

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1、目录摘要ILlStraCtII引言1整体方案设计31.1 主控芯片类型选择31.2 测温电路选择31.3 系统总体方案42系统的硬件电路设计52.1 单片机系统设计52.2 显示模块设计82.3 温度读取电路的设计103系统软件设计133.1 软件开发环境的介绍133.2 系统重要函数134系统调试174.1 系统硬件测试174.2 系统软件测试17结论19参考文献20附录1总体原理图设计22附录2源程序清单23致谢26摘要数字温度计系统是一种快速直观的检测环境温度的设备，用于快速生成生活中对周围环境温度检测的设备，它也是快速提高各个测温效率的必要设备之一。为了满足生活中对数字温度计的这一需求

2、，本文设计了一款精度高、可靠性高、操作简便的数字温度计系统。本文利用STM32单片机控制DS18B20感温芯片，结合8段数码管、独立按键模块完成数字温度计功能，该系统不仅可以实时直观检测当前环境温度而且提供设置温度上限和下限，在超过温度上限或者降低到温度下限以后，报警灯开始闪烁。通过对本系统的测试，结果表明本设计很好地实现了数字测温显示功能和超限报警功能。成熟的DS18B20模块增加了系统的稳定性，它不需经过模拟信号与数字信号的转换，只需要三线就可以完成温度的采集，简化了外围电路。高效的32位单片机STM32增加该系统的可扩展性。该系统不仅可以单独应用于生活中测量温度，还可以和其他模块连接起来

3、组成一个全新的、更加高端的系统，例如恒温大棚温控系统，温度检测联动报警系统等。关键词：数字温度计；温度传感器DSl8B20;STM32单片机AbstractDigitalthermometersystemisakindofrapidandintuitiveequipmenttodetecttheambienttemperature,whichisusedtoquicklygeneratetheequipmenttodetecttheambienttemperatureinlife,anditisalsooneofthenecessaryequipmenttorapidlyimprovethee

4、fficiencyofeachtemperaturemeasurement.Inordertomeetthedemandofdigitalthermometer,thispaperdesignsadigitalthermometersystemwithhighprecision,highreliabilityandeasyoperation.Forthemostpart,asingleSTM32chipcancontroltheDS18B20thermometer,whichiscombinedwitheightdigitaltubesandindividualmodules.Thesyste

5、mcannownotonlymeasurethetemperatureofthesurroundingairinrealtime,butalsoactasathresholdandalowertemperaturelimit.Ifyouhitatemperaturethresholdordrop,thebluelightstartsflashing.Throughthetestofthissystem,theresultshowsthatthisdesignhasrealizedthedigitaltemperaturedisplayfunctionandtheover-limitalarmf

6、unctionwell.MatureDS18B20moduleincreasesthestabilityofthesystem,itdoesnotneedtogothroughtheanalogsignalanddigitalsignalconversion,onlyneedthreelinestocompletethetemperatureacquisition,simplifyingtheperipheralcircuit.Efficient32-bitSCMStm32increasesthescalabilityofthesystem.Thesystemcannotonlybeusedt

7、omeasurethetemperatureinlife,butalsobeconnectedwithothermodulestoformanewandmorehigh-endsystem,suchasthermostaticgreenhousetemperaturecontrolsystem,temperaturedetectionlinkagealarmsystemandsoon.Keywords:Digitalthermometer;TemperaturesensorDS18B20;STM32SingleChipMicrocomputer引言如今快速发展的科技给我们生活带来了翻天覆地的变

8、化，其中单片机技术更是在我们生活中起到了无足轻重的地位，逐渐的崭露头角发展特别的快。它具有高可靠性低功耗的优势，这就奠定了它在各种消费类产品、工业控制系统、通信终端中的地位。随着人们提高生活水平，单片机控制无疑是人们追求的目标，数字温度计就是一个典型的例子，但人们对于现代工作、科研、生活的要求越来越高，需要先从微控制器技术，数字化控制，智能化控制方向发展。温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化学工业和石油中最常用的物理量之一。测量温度的基本方法是用温度计直接读出温度。最常见的温度测量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、热电偶温度计或耐热温度计。这些年随着数字电路的发展，

9、以前只能靠人纯机械的读取温度数据逐渐转变到数字电路处理显示温度，提高了精度和准确度，这不仅使生活更加便利同时也使工业控制领域注入了新的活力。越来越多的新技术和新产品步入了这个领域，并且朝着更加精准和高度集成方向发展。也使得数字温度计在工业控制领域是种不可或缺的设备之一。温度计用途广泛，数量众多，在各类传感器中居首位。其发展大体经过三个阶段：（1）传统的离散式温度计（含干扰素）（2）模拟集成温度计/控制器。集成传感器是利用硅半导体集成技术制成的，又称单面集成温度计。（3）智能温度计。那是微电子技术，计算机技术和自动测量技术的结晶。智能型温度传感器包括温度传感器，A/D传感器，信号处理装置，存储器

10、（或寄存器）和接口电路。本课题将针对这一问题设计一种新型智能电子温度计，它在稳定性和响应时间上比传统水银温度计有显著优势，精度要求也可与传统水银温度计媲美。在各种各样的传感器中，DS18B20系列温度芯片在市场上获得了极大的普及率，属于新一代适配微处理器的改进型的温度传感器，与传统的热敏电阻相比，他能够直接读取被测温度，减少板载模数信号转换，一般来说数字处理好过于模拟处理。主要的原因如下：首先，数字处理具有低成本，小型化和稳健性的特征。其次模拟信号容易被干扰，设计电路也比较麻烦，最后，数字温度传感器利于大众普及。因此，本文提出了一种通过单片机系统采集温度显示的系统，采取STM32F103单片机

11、作为主控制器，DS18B20作为测温芯片完成系统的温度采集功能。本篇文章共分为四个章节，具体内容如下：第一章阐述了系统的设计目标和功能模块，说明了系统的方案设计，做出了系统的功能框图，重点介绍了选取单片机型号以及选择最适合的测温模块、8段数码管。第二章介绍了数字温度计系统的总体硬件设计，包含各模块的设计原理图和释义，本章重点介绍了测温芯片的电路设计。第三章讲述了系统的软件设计；介绍了芯片与单片机之间的通讯协议，简要介绍了系统的开发环境以及重要函数和系统流程图。第四章是硬件调试部分，包括了系统的软硬件测试，并就本设计出现的问题，做了简单的论述以及解决办法。1整体方案设计1.1 主控芯片类型选择数

12、字温度计系统可以使用一个主控制器来完成，在各项资料的收集与对比之后总结出本系统可供选择的控制方案有单片机控制和DSP控制，具体方案如下：方案一：系统可以使用单片机作为主控芯片，单片机是一种虽然小但很完整的芯片，应用在集成电路中，也可以称之为微型计算机系统。它包括RAM、CPU、ROM、中断控制器，定时器和I/O模块，更先进的单片机还包括PWM、SPIAD、IC等电路1。在工业控制中，单片机已经应用在多个场景，以其强大的系统处理能力和稳定性著称。方案二：系统能够采用DSP作为主控芯片，DSP即数字信号处理器，是一种研究用数字对信号进行分析，转换，滤波，检测，调制，解调和高速算法的元件。数字处理器

13、的主要功能是完成各模块之间的通信，主要包括上电自举，键盘读取值，音频编码芯片和LCD屏幕初始化，以及通过LCD屏幕指示数字编解码芯片的运行状态。将音频数字信号存储在闪存中。综上，DSP的运行速度很快，但其控制算法相对复杂。而单片机的系统的控制方法相对简单，且可靠性高、价格较低、功耗低，虽然单片机相比DSP功能比较简单，但是完全满足本设计需求。本设计考虑到后续的功能扩展，应选取高性能、低成本、低功耗的单片机。单片机系统功能强大，调试简便，可以很方便的组成测温系统。采用单片机作为本设计的控制部分，后续可以基于单片机高性能进行功能性扩展，比如一些恒温大棚温控系统中自动送风大型无刷电机精准控制驱动，工

14、业节点温度检测回传系统等等，因此本设计选用单片机作为主控芯片。1.2 测温电路选择测温系统即对周围环境的温度进行收集并且传递至单片机，因为环境温度并不是恒定的温度，所以对于测温元件的要求会比较高，本测温电路可供选择的有光敏电阻测温电路和DS18B20测温模块控制方式，具体方案如下：方案一：可以使用热敏电阻一类的温感效应器件，利用其某个参数会随着温度变化进行变化的特性，如电压或者电流，通过A/D转换后进入单片机处理从而可以得到对应的温度值F),此方案需要用到A/D转换芯片，需要考虑模拟量在整个系统可靠性以及抗干扰能力，以及单片机运算能力，调试的功能点多，温度误差大等缺点。方案二：可以使用DS18

15、B20温测芯片，通过单线协议，在规定时序下即可读取温度值，DS18B20为全数字温度转换和输出芯片3,先进的单总线数据通信。单线协议使外围电路简单只需要一根数据两个电源线即可完成温度的采集。两种方案都可以读取到当前环境的温度值，但很容易看出方案二的DS18B20温测芯片实现起来更为简单，经过比较，第二种方案测量的温度数值比较稳定，所以选择方案二为测温电路更为合适。1.3 系统总体方案数字温度计系统要求实现实时温度的采集显示和监测。按照设计的要求，系统可分为三个部分，即对于温度数据的采集部分、对于温度检测的报警部分、对于数据的显示部分。其中的数据采集是运用单片机通过单线协议读取测温芯片数据，采集

16、数据后通过显示部分对环境进行显示，方便用户读取实时温度，温度检测报警部分通过独立按键设置温度门限值，实时对比环境温度和门限温度，超出门限温度后控制LED闪烁报警。本设计具体的系统方案如图L1所示。2系统的硬件电路设计2.1 单片机系统设计2.1.1 单片机型号的选择为了保证系统更好更快的运行，应该选择性价比高，可靠性高，低功耗的控制器。由于温度测量需要掉电保护来防止温度测量时出现太大误差，所以需要使用掉电存储数据的时候可以直接使用单片机内部的存储，因此应选择含有2k字节的EEPROM存储的单片机。基于此有以下方案可供选择：方案一：使用STC89C51单片机作为主控制器。它采用8051内核，它是一个8位通用CPU外加一些闪存单元组成。用户代码可以通过串行通信口下载到芯片中，成本低是