温度采集系统原理图

方案设计与分析1温度控制系统方案测温系统采用集成温度传感器AD590测量温度,AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。

可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。

将AD590测得的温度信号经转换电路转换为电压量输出,再经AD转换后,将数据送入单片机处理,最后由显示电路显示所测温度,此外还设有键盘,用来设置温度,将测得温度与设置温度比较后,由指示灯指示系统所处的工作状态。

2硬件资源简介2.1 89C51简介89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—F alsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89 C2051是它的一种精简版本。

89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.3三端稳压器LM7805简介三端稳压集成电路lm7805电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 ××系列和负电压输出的lm79××系列。

顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。

用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

温度采集下位机系统说明一、系统的硬件如图1所示。

1.说明本系统主要由以下几个部分组成：主控芯片MSP430F169、RS232接口（DB9）、温度传感器DS18B20、液晶显示器1602。

系统原理图见图2。

图2 系统电路原理图工作原理：DS18B20是一种支持“一线总线”传输方式的数字化温度传感器，其结构如图3所示。

它的适用电压为3—5V，测温范围为-55℃——+125℃，以0.5℃递增。

温度以9位数字量读出。

本实验通过DS18B20采集环境温度，当单片机检测到DSl820的存在便可以发出ROM操作命令之一，Read ROM(读ROM)、Match ROM(匹配ROM)、Skip ROM(跳过ROM)、Search ROM(搜索ROM)、Alarm search(告警搜索) 然后对发存储器操作命令对DS18B20进行读写数据转换等操作。

单片机MSP430F169来读写DSl820的数据位和写命令字的位，然后将读到的数据转换后，在液晶显示器1602显示出来。

并将转换结果通过串口上传到上位机。

图3 DS18B20电路图2.单片机软件部分（1）主程序/*************************************************************程序功能：读取DS18B20进行温度测量以后的结果并在1602液晶上显示---------------------------------------------------------------测试说明：观察显示温度数值。

*************************************************************/#include <msp430f169.h>#include "cry1602.h"#include "DS18B20.h"typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;uchar dN[6]; //要显示的6位温度数字void Disp_Numb(uint temper);void DispStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *ptr);unsigned char zi[] = "Temperature is:";unsigned char wendu[] = " ";void PutString(uchar *ptr){while(*ptr != '\0'){while (!(IFG1 & UTXIFG0)); // TX缓存空闲？TXBUF0 = *ptr++; // 发送数据}while (!(IFG1 & UTXIFG0));TXBUF0 = '\n';}/*************************主函数*************************/void main( void ){/*下面六行程序关闭所有的IO口*/P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF;P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF;P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF;P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF;P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF;P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF;//初始化UART端口P3SEL |= 0x30; // P3.4,5 = USART0 TXD/RXD ME1 |= URXE0 + UTXE0; // Enable USART0 T/RXD UCTL0 |= CHAR; // 8-bit characterUTCTL0 |= SSEL0; // UCLK = ACLKUBR00 = 0x03; // 32k/9600 - 3.41UBR10 = 0x00; //UMCTL0 = 0x4A; // ModulationUCTL0 &= ~SWRST; // Initialize USART state machine uchar i;WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //关狗P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2; //关闭电平转换,P6.2置高。

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。

2、不保密□。

（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要 (1)关键词 (1)前言 (1)1、概述 (2)1.1选题的研究目的和意义 (2)1.2温控系统在国内外的发展状况 (2)2、总体设计及功能 (3)2.1 总体方案 (3)2.2 功能介绍 (4)3、硬件设计 (4)3.1 温度采集系统设计 (4)3.1.1温度传感器DS18B20的性能和结构 (4)3.1.2 DS18B20工作原理 (5)3.1.3 温度传感器DS18B20的应用电路 (7)3.1.4 温度采集系统硬件原理图 (7)3.2 AT89C51的介绍及功能结构 (8)3.2.1 AT89C51的介绍 (8)3.2.2 最小系统原理图 (10)3.3 LCD显示系统 (11)3.4 按键设置电路 (12)3.5 声光报警电路 (13)3.6 温度采集系统总电路图 (14)4、软件设计 (15)4.1 主程序流程图 (15)4.2 温度采集系统软件设计流程 (17)4.3 显示子程序流程图 (17)4.4 按键子程序流程图 (18)5、系统仿真 (18)5.1 仿真总电路图 (18)5.2 仿真和调试 (19)5.2.1 仿真设置 (19)5.2.2 调试和分析 (20)6、总结 (21)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)共3 1页第1页数字式多路温度采集系统的设计学生：赵龙指导老师：杨先卫三峡大学理学院摘要：本设计是制作一个单片机控制的数字式多路温度采集系统。

本系统主要由温度数据采集系统和无线传输系统组成。

为使设计思路清晰，采用模块化设计思想，可将系统分为三大模块：温度数据采集模块、无线通信模块和接收端显示模块。

系统的总体设计框图如图2.1 所示。

图 2.1 系统总体设计框图整个系统分为发射端和接收端，通过两个单片机协调工作。

具体工作原理是：发射端的单片机控制多路温度数据采集模块定时采集多路的温度数据，送到发射端的单片机上，同时控制无线发射模块发射测温点和相应的温度数据；接收端的单片机控制无线接收模块接收发射过来的数据，进行数据格式处理后，送到显示模块显示测温点和相应的温度数据；并判断温度值是否超限，若超限，进行报警。

2.2系统设计要求温度在许多领域都扮演者重要的角色，温度参数往往都影响着工业或农业生产的质量和产量，故对温度进行准确有效的测量具有重要的意义。

本系统应用于对温室、蔬菜大棚温度参数的测量，要求具备良好的准确性和可靠性，为满足这一要求，在设计中需要满足以下要求：1. 鉴于温室所测温度范围一般在-10～50℃，精度在±0.5℃左右即可满足需求。

另外参照系统采用的电源，在选择温度传感器时要满足这些条件。

2. 系统中MCU要有快速处理数据的能力，以便保证能及时将温度数值显示出来；选用的MCU将大量外围模块集成在片内的，可以使系统设计外部结构简单，增强系统可靠性，便于扩展。

3. 系统采用电池供电才能保证易于移动和增减采集点，故在选择器件时应考虑到功耗，尽量选用低功耗器件。

4. 系统工作的环境要求无线通信系统具有良好的抗干扰能力，从而确保数据传输的可靠性和准确性。

5. 无线通信良好的传输距离应该保持在50m 以上。

2.3 系统相关器件的选型根据以上系统设计的要求来选择符合要求的器件类型。

2.3.1 温度传感器的选择温度是一种常见的基础物理量，我们的生产生活无不与之有密切的关系。

温度传感器是开发较早、应用较广的一类传感器。

在半导体技术的支撑下，温度传感器主要有热电偶、热电阻、热敏电阻和集成温度传感器四种类型。

晶振电路与复位电路在晶振电路中，主要用到了XTAL1和XTAL2两个引脚。

（1）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

（2）XTAL2：来自反向振荡器的输出。

在晶振电路中，AT89C51具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10-30pf。

另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2脚悬空。

本设计的晶振电路如图1所示。

图1 晶振电路单片机的晶振频率采用11.0592MHZ，外加两个30pF电容。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，外接石英晶体和振荡电容，构成了片内时钟振荡方式。

而振荡周期指的就是单片机外接石英晶体振荡器的周期。

当时钟起振后，产生一定的频率的时钟信号，单片机的CPU在时钟信号的控制下能一步一步完成自己的工作，同时与整个系统相关的周期还有振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。

电容C1和C2主要用于校正波形，振荡器的作用主要是产生时钟振荡。

而整个电路的作用则是为了产生自激振荡。

引脚RST作用是复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

在按下按键后，系统自动复位，十分方便。

在复位电路中添加按键主要是为了能够使得复位更加方便，电容主要是在复位后进行充电，而上拉电阻起到限流的作用，保护了电路。

图2复位电路温度采集电路温度控制电路主要运用到了DS18B20和AT89C51。

图3 DS18B20管脚图在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。

内部寄生电源I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。

这里采用的是第一种连接方法,如图4所示:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

教师批阅图3-2 系统电源电路原理图如图3-2：I/O 口提供了相应的稳定直流电源。

其中的IN4004是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。

由于S3C44B0x采用2.5V作为ARM 内核电源，使用3.3V作为I/O 口电压，故ARM核心控制模块电源需要另外单独设计，其电源电路如图3-2所示。

由系统总电源电路提供的+9V稳压电源作为输入，分别经AS1117-5.0、AS1117-3.3、 AS1117-2.5稳压后，输出5.0V、3.3V和2.5V恒定电源，为RAM 内核和I/O口提供了相应的稳定直流电源。

其中的IN4004是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。

3.2.2温度采集电路设计温度采集模块电路采用AT89S52单片机作为模块的协控制器。

对于温度传感器的选用DS18B20，因为DS18B20是Dallas公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。

由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了CPU的效率。

AT89S52单片机的P0 口与8路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供RS-232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。

温度采集模块电路原理图如图3-3。

教师批阅图3-3 温度采集电路原理图四、软件设计4.1设计思路本系统软件设计是在CodeWarrior for ADS开发环境下完成的。

本温度数据采集与显示装置的主体由S3C44B0x核心控制模块和温度数据采集模块构成，所以系统软件也是围绕这两个模块来编写的。

而又由于系统采用了S3C44Box和AT89S52两个CPU协同工作，所以软件的编写需要对这两个CPU分别编写，以实现所要求的功能。

程序流程图如图4-1。

单片机数字式多路温度采集系统设计+原理图+电路板图+流程图单片机数字式多路温度采集系统设计+原理图+电路板图+流程图1综述温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境温度息息相关，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

温度测量装置的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：（1）传统的分立式温度传感器，（2）模拟集成温度传感器，（3）智能集成温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。

本人选择数字式多路温度采集系统设计。

系统主要技术指标：（1）2路温度采集电路及以上；（2）采集测温范围为-50～+110 ℃；（3）温度精度，误差在0.1 ℃以内；（4）显示模块，采用LED数码管显示。

Abstractthe digital multi-channel temperature gathering system by the master control regulator, the temperature gathering electric circuit, the temperature display circuit, reports to the police the controlcircuit and the keyboard entry control circuit is composed .It makes the control and the data processor, intelligent temperature sensor DS18B20 using monolithic integrated circuit AT89C51 makes the temperature detector, the LED numerical code display tube makes the temperature demonstration output unit. The hardware electric circuit quite is simple, the cost is low, the temperature measurement scope is big, and the measuring accuracy is high, reading demonstration is direct-viewing, easy to operate.Key words: numeral; temperature; sensor; monolithic integrated circuit; control 摘要数字式多路温度采集系统由主控制器、温度采集电路、温度显示电路、报警控制电路及键盘输入控制电路组成。

（天气温度）温度采集系统数据库的（管理应用）摘要：关键词前言实现原理系统的支持工具温度传感器，SQL数据库对采集到的温度数据进行存储、管理、转发等操作，以实现温度的监控与利用。

数据库系统的优化目前温度信息采集系统利用实时采集的温度数据资料，对末来一定时段内的温度变化情况作出较为精确的预测和报警，在人们的生产生活中有着重要的作用。

（1）、基本原理:通过传感器等温度处理系统与一些终端设备连为一体，无线测控终端内置：CPU 模块、数据存储模块、控制模块、GPRS/CDMA数据通信模块。

可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据，然后直接通过GPRS无线模块将现场数据与远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。

通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对气象如温度气候数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。

除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程手机报警，并通过用户手机远程控制现场设备。

系统功能特点1、功能（1）24小时不间断实时监测、处理数据；（3）自动报警–可通过短信、中心控制机软件等方式报警；（4）监测数据的管理、分析和统计；定期生成监测报表；（6）具备温度的自动采集功能，能自动采集到某一区间的温度，（7）具备定时自报功能，按预先设置的定时时间间隔（可任意设置），向中心站发送当前的温度，（8）数据库查询（分类、统计、表格生成）（9）设备结构简单、维护方便、情况下正常运行。

2、特点（1）、安全性严格权限管理。

提供审计跟踪功能，记录所有用户操作过程，具备事务日志功能。

（2）、实时性实时采集现场中的温度，信息，并将其存在业务数据库中。

具有较强的实时性和较高的处理效率，（3）、实用性操作界面简单，易于理解；系统维护方便快捷；二次开发接口必须标准化；灾难性故障的恢复要简单、可靠。

（4）、容错冗余采集接口在具备条件的场合，实现冗余；采集软件要有容错处理机制；实时数据库系统具有容错能力，根据具体的硬件条件实现冗余。

1.现有16路温度信号，16路压力信号，48路流量信号和10路物位信号，用单片机构成一个数据采集系统。

答：系统的原理框图如上图所示，图中的T1表示第一路温度信号，同理，P16表示第16路压力信号，F48表示第48路流量信号，H10表示第10路物位信号。

（1）由于温度信号的温度范围是0~100度，系统要求的精度为0.5％，所以对于温度信号采用8位的A/D即可满足要求（100/255=0.4度）。

系统使用的是ADC0809,由于ADC0809内部含有多路开关，所以系统设计时，在外部没有添加多路开关，16路温度信号运用两片ADC0809，正好能采集16路温度信号。

（2）16路压力信号的精度要求是精确到0.1％，8位的AD已不能满足要求，假如所测的最大压力为1个大气压，如果用8位AD，则其分辨率为100000/255=392,而使用16位AD其分辨率为100000/65535=1.5，所以选用16路AD较为精确。

系统使用的是AD7701(相关资料请见本次作业第二题)，AD7701内部不含多路开关，所以要外接多路开关，系统中使用的多路开关是CD4067B，CD4067B是16通道双向多路模拟开关，它具有两种电源输入端，VDD和VSS，可以在-0.5~18V之间进行选择。

（3）48路流量信号的精度要求是精确到0.1％，同压力信号一样，8位AD不能满足精度要求，故采用16位AD,系统中采用的还是AD7701。

由于流量信号对采集的速度要求不是很高，所以采用多通道共用放大器，采样保持器和AD转换器。

48路流量信号可以用3片CD4067B进行切换，由多路开关轮流采集流量信号，经放大器，采样保持器和AD转换进入单片机。

（4）10物位信号的精度要求同温度信号，其精度要求是精确到0.5％，所以采用8位的AD7574, 与ADC0809不同的是其内部不含多路开关，10信号如使用两片多路开关，则增加了系统的复杂度，所以采用一片CD4067B 即可。