基于单片机的温度测量系统 毕业论文

毕业论文

基于单片机的温度测量系统

学生姓名：xxx

学号：0xxxxxxxxx

所在系部：电气信息工程系

专业班级：0x电子信息工程技术gz二班指导教师：xx讲师

日期：二○○x年x月

The Temperature Measurement System Based On Single-Chip-Microprocessor

By

Huang JingJing

May200x

毕业设计（论文）任务书

系部xxxxxxx指导教师xx职称讲师

学生姓名xxx专业班级xxxxx学号xxxxxxxxxx 设计题目基于单片机的温度测量系统

设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）

毕业设计的目标：

本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计的设计等，使

学生进一步学习与理解基于单片机温度测量系统的原理，巩固与综合专业基础知

识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能。

毕业设计的要求：

设计基于单片机的温度测量系统，针对温室智能化控制存在的诸多因子，将

智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的温度检测系统设计方案。

毕业设计的设计进度：

1.根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件

电路图；

2.画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系；

3.完成毕业设计。

指导教师签名：

年月日

系部

审核

此表由指导教师填写由所在系部审核

1

毕业设计（论文）学生开题报告

课题名称基于单片机的温度测量系统

课题来源老师指定课题类型EX指导教师xx

学生姓名xxx学号xxxxxxxxxx专业班级xxxxxx

开题报告内容

一、本课题的目的及研究意义：

1.课题的研究现状及趋势

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此

重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。本课题围绕应用于温室大棚的基于单片机的温度测控系统展开应用研究工作。

2.课题的研究意义

这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可维护

性好。这种温度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时控制，

是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，从而提高

温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。

课题类型：

（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；

E—综合应用型

（2）X—真实课题；Y—模拟课题；

（1）、（2）均要填，如AY、BX等。

二、研究的主要内容

（1）利用单片机，确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；

组成与工作原理；

（2）对单片机的应用作进一步的了解，对于温度控制要有更进一步的认识。

（3）进行智能传感器的硬件电路设计；包括硬件电路构成及测量原理；温度

传感器的选择；单片机的选择；输入输出通道设计；

（4）本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控

制系统、计算机监控系统组成。进行了调试和仿真，包括硬件仿真和软件仿真，完

成数据的采集和处理。

三、实行方案

系统以单片机为核心，以多个温度、湿度传感器作为测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控计算机与智能传感器连接的中心，另一方面通过RS232总线与控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储、处理和报警，供工作人员浏览、记录和进行相关处理。

四、实施进度

1—４周调研了解基于单片机温度测量系统现状。

5—６周编写论文的开题报告。

7—10周学习单片机温度测量系统相关知识，并查阅相关文献。

11—13周题写论文初稿。

14—16周修改论文，提交最终文稿。

五、参考文献

[l]于海业，马成林，陈晓光.发达国家温室设施自动化研究的现状[J].农业工程学报，1997，(13)(增)：253~257.

[2]吴军辉，徐立鸿.温室环境集散控制系统中现场控制器的设计与开发[J].自动化仪表，2001，(5)：45~47.

[3]董乔雪，王一鸣.温室计算机分布式自动控制系统开发[J].农业工程报，2002(18).

[4]黄宇飞，吴江.单片机单总线技术[J].单片机与嵌入式系统应用，2001，(l).

[5]刘波.数字单总线环境监控系统的设计[J].控制系统的设计，2002，(4)

[6]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京：电子工业出版社，1991.

[7]沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2002，(6).

[8]胡振宇，刘鲁源，杜振辉.DS18B20接口的C语言程序设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2002，(7).

指导教师意见

指导教师签名：

年月日

毕业设计（论文）学生申请答辩表

课题名称基于单片机的温度测量系统

指导教师（职称）梅菲讲师

申请理由学分修满，申请答辩

学生所在学院电气信息工程系专业班级06信工专二学号0625021235学生签名：日期：

毕业设计（论文）指导教师评审表

序号评分项目（理工科、管理类）评分项目(文科）满分评分

1工作量外文翻译15

2文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述10

3技术水平与实际能力创新能力与学术水平25

4研究成果基础理论与专业知识论证能力25

5文字表达文字表达10

6学习态度与规范要求学习态度与规范要求15

是否同意参加答辩：总分

评

语

指导教师签名：

另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日

3

毕业设计（论文）评阅人评审表

4学生姓名xxx专业班级xxxxxx学号xxxxxxxxxx

设计（论文）题目基于单片机的温度测量系统

评阅人评阅人职称

序号评分项目（理工科、管理类）评分项目(文科）满分评分1工作量外文翻译15

2文献阅读与外文翻译文献阅读与文献综述10

3技术水平与实际能力创新能力与学术水平25

4研究成果基础理论与专业知识论证能力25

5文字表达文字表达10

6学习态度与规范要求学习态度与规范要求15

总分

评

语

评阅人签名：

年月日

毕业设计（论文）答辩表

学生姓名xxx专业班级xxxxxx学号xxxxxxxxxx 设计（论文）题目基于单片机的温度测量系统

序号评审项目指标满分评分

1报告内容思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；

实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。

40

2报告过程准备工作充分,时间符合要求。10 3创新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10

4答辩回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题

回答准确，深入。

40

总分

答辩

组

评语

答辩组组长（签字）：年月日

答辩

委员

会意

见

答辩委员会负责人（签字）：年月日5

毕业设计（论文）成绩评定总表

学生姓名：xxx专业班级：xxxxx

毕业设计（论文）题目：

成绩类别成绩评定

Ⅰ指导教师评定成绩

Ⅱ评阅人评定成绩

Ⅲ答辩组评定成绩

总评成绩

Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%

评定等级

注：成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60以下)”评定等级。其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。

6

摘要

随着社会经济的不断发展，现代农业生产离不开环境控制，本文在对国内外温室智能控制进行深入分析的基础上，针对温室智能化控制存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机的温度检测系统设计方案。

本系统采用层次化、模块化设计，整个系统由数据采集系统、单片机控制系统、计算机监控系统组成。系统以单片机为核心，以多个温度、湿度传感器作为

测量元件，通过单片机与智能传感器相连，采集存储智能传感器的测量数据。在单片机系统中，还要实现程序的扩展存储、数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。单片机作为监控计算机与智能传感器连接的中心。

本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体设计方案，包括其功能设计；设计原则；组成与工作原理；二是进行智能传感器的硬件电路设计；

包括硬件电路构成及测量原理；温度传感器的选择；单片机的选择；输入输出通道设计；三是进行了调试和仿真，包括硬件仿真和软件仿真。

关键词：AT89C2051单片机DS18B20温度测量

Abstract

With the socio-economic development,modern agricultural production can not be separatedfrom environmental control,this article in the greenhouseat home and abroad to conduct in-depth analysis of intelligent control basedon the existence of intelligent control for greenhousemany factors,the intelligent sensormonitoring and single-chip control by combining single-chip based on the temperature detection systemdesign.

The system usesa hierarchical,modular design,the entire system by the data acquisition system,single-chip control system,computer monitoring system.System to single-chip microcomputer as the core to a number of temperature and humidity sensor as a measurement component,through the single-chip smart sensor and connected to the storage collection of intelligent sensor measurement data.In single-chip system,but also the realization of the extended stored procedures,data, real-time display,alarm and data overrun voice auxiliary storage.Single-chip computer asa monitor connectedwith the centerof intelligent sensors.

The design made the following main aspects:First,the overall design of the system,including its functional design;design principles;the composition and working principle;Second,an intelligent sensor hardware circuit design;including hardware and measurementcircuit principle;the choice of temperature sensor;SCM choice;input and output channel design;Third,we carried out the testing and simulation,including hardwaresimulation andsoftware simulation.

Keywords：AT89C2051Single-Chip Microcomputer DS18B20Temperature Measurement;

目录

摘要 (i)

Abstract (ii)

1绪论 (1)

1.1单片机温度测量系统的选题背景 (1)

1.2单片机温度测量系统选题的现实意义 (2)

1.3国内外研究现状及其发展 (3)

1.3.1国外温室环境控制 (3)

1.3.2国内温室控制技术 (3)

1.3.3温室环境控制技术的三个发展阶段 (3)

1.3.4温室控制存在的问题 (4)

1.4单片机温度测量系统主要研究的内容 (5)

2单片机温度测量系统总体设计 (6)

2.1单片机温度测量系统的功能设计 (6)

2.2单片机温度测量系统的设计的原则 (6)

2.3单片机温度测量系统的组成与工作原理 (7)

3系统硬件电路的设计 (9)

3.1系统硬件电路构成及测量原理 (9)

3.1.1系统硬件电路构成 (9)

3.1.2系统工作原理 (10)

3.1.3系统主要技术指标 (13)

3.2温度传感器的选择 (13)

3.2.1DS18B20的介绍 (14)

3.2.2DS18B20的性能特点 (14)

3.2.3DS18B20的控制方法 (15)

3.2.4DS18B20的测温原理 (16)

3.3单片机的选择 (16)

3.3.1单片机的概述 (16)

3.3.2AT89C2051芯片的主要性能 (17)

3.3.3AT89C2051芯片的内部结构框图 (17)

3.4输入通道的设计 (18)

3.4.1Pt100温度传感器 (18)

3.4.2A/D转换 (20)

3.5输出通道设计 (22)

3.5.1温控箱的功率调节方式 (22)

3.5.2可控硅输出电路 (23)

4系统调试 (25)

4.1TKS仿真器与集成开发环境KEIL (25)

4.1.1TKS仿真器 (25)

4.1.2集成开发环境KEIL (26)

4.1.3利用KEIL开发系统软件流程 (28)

4.2系统硬件调试 (28)

4.3系统软件调试 (29)

结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (34)

1绪论

1.1单片机温度测量系统的选题背景

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否能掌握温度有着密切的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药

等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度不但对于工业如此重要，在农业生产中温度的监测与控制也有着十分重要的意义。

我国人多地少，人均占有耕地面积更少。因此，要改变这种局面，只靠增加

耕地面积是不可能实现的，因此我们要另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。温室大棚技术就是其中一个好的方法。

温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的约束。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济效益，所以温室大棚技术越来越普及，并且已成为农民增收的主要手段。

随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制便成为一个十分重要的课题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低。如果过高，就对大棚进行降温处理；如果过低，就对大棚进

行升温处理。这些操作都是在人工情况下进行的，耗费了大量的人力物力。现在，随着国家经济的快速发展，农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。大型温室大棚的建设对温度检测技术也提出了越来越高的要求。

今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为单片机的小电脑在为我

们服务。单片机在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测

控领域的应用中独占鳌头。时下，家用电器和办公设备的智能化、遥控化、模糊

控制化己成为世界潮流，而这些高性能无一不是靠单片机来实现的。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态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，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各

个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的

作用。因此，单片机对温度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。

基于此，本课题围绕应用于温室大棚的基于单片机的温度测控系统展开应用研究

工作。

1.2单片机温度测量系统选题的现实意义

随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，

逐步取代传统的温度控制措施。但是，目前应用于温室大棚的温度检测系统大多

采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A心转换器及单片机等组成的传输系统[2]。这种温度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆，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。为了克服这些缺点，本文参考了一种基于单片机并采用数字化单总线技术的温度测控系统应用于温室大棚的的设计方案，

根据实用者提出的问题进行了改进，提出了一种新的设计方案。

数字化单总线技术[4]是利用DALLAS公司生产的新型器件实现的。它将系

统的地址线、数据线、控制线合为一根导线，允许在这根导线上挂接数百个控制

对象，形成多点单总线测控系统。这些测控对象所用的芯片都由该公司提供。采用单总线协议后，可在检测点将模拟信号数字化。这样，在单总线上传输的便是数字信号。本文介绍的温度测控系统就是基于单总线技术及其器件组建的。该系统能够对大棚内的温度进行采集，利用温度传感器将温室大棚内温度的变化，变换成电流的变化，再转换为电压变化输入模数转换器，其值由单片机处理，最后由单片机去控制数字显示器，显示温室大棚内的实际温度，同时通过比较，对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析。如果超过我们预先设定的温度限制，温度报警系统将进行报警，并同时自动对大棚内的温度进行控制。

这种设计方案实现了温度实时测量、显示和控制。该系统抗干扰能力强，具有较高的测量精度，不需要任何固定网络的支持，安装简单方便，性价比高，可

维护性好。这种温度测控系统可应用于农业生产的温室大棚，实现对温度的实时

控制，是一种比较智能、经济的方案，适于大力推广，以便促进农作物的生长，

从而提高温室大棚的亩产量，以带来很好的经济效益和社会效益。

1.3国内外研究现状及其发展

1.3.1国外温室环境控制

国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。

现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行

遥控。

1.3.2国内温室控制技术

我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技

术，该技术仅限于温度、湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制。我国温室设

施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温室现状还远远没有达到工厂化农业的境地，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着温室装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

1.3.3温室环境控制技术的三个发展阶段

从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段：

1、手动控制。这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意

义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的

气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要。

2、自动控制。利用计算机技术及现代控制理论对温室内的各种环境因子如温度、

光照、湿度、C02浓度和施肥等，进行自动控制和调节成为温室控制的主要方式。人为创造适宜作物生长最佳环境的自动控制技术手段成为主流。此时的温室有比较完整的控制系统，有各种传感器采集温室环境数据，监控系统实时监测环境变化及控制执行机构的动作，良好的人机界面使种植者的操作过程形象而且简便。

计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。

3、智能化控制。智能化的控制技术将农业专家系统与温室自动控制技术有机结

合，以温室综合环境因子作为采集与分析对象，通过专家系统的咨询与决策，给出不同时期作物生长所需要的最佳环境参数，并且依据此最佳参数对实时测得的数据进行模糊处理，自动选择合理、优化的调整方案，控制执行机构的相应动作，实现温室的智能化管理与生产。这种控制方式既能体现作物生长的内在规律，发挥农业专家在农业生产中的指导作用，又可充分利用计算机技术的优势，使系统的调控非常方便和有效，实现温室的完全智能化控制。

1.3.4温室控制存在的问题

首先是农业专家系统自身的问题，农业专家系统的技术还不十分成熟。各种专家系统在收集、整理农业专家知识时并没有把专家是如何学习和获得这些知识

的过程整理出来，这样开发的专家系统并不具有真正的学习能力。其次是采集数据的束缚，温室控制技术主要停留在对温室环境因子的监控上，并没有考虑温室作物本身的生理过程。还有就是农业专家系统在温室实时控制中的应用的局限

性，农业专家系统对温室环境因子进行实时监控，不同于开发单纯的农业专家系统，其中涉及与控制系统的“接口”问题。在开发温室农业专家控制系统时，对

农业知识的表达及推理策略等要认真考虑。同时，将更多的农业知识用于温室生产的实时控制中，不仅仅局限于对环境因子的专家指导。

总之，随着计算机技术、农业应用电子技术、传感器智能化技术、机械电子

一体化技术和计算机网络技术研究的发展，温室技术体系己经成为各个国家为合

理利用农业资源、提高农产品产量、降低生产成本、保护生态环境、提高农产品

在国际市场竞争力的前沿性研究领域。

1.4单片机温度测量系统主要研究的内容

本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的总体功能设计方案；二是进行智能传感器的硬件电路和软件系统的设计：三是单片机及通信接口的硬件电路及软件系统设计；四是对连接单片机的上位管理计算机软件系统的设计思

路、工作原理和实现方法进行了阐述。

本文将信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术等相互融合，将温室环境多种参数监测和单片机控制理论相结合，提出一种切实可行的温室环境监测系统，可以全面、实时、自动地对监测数据进行自动记录、存储和

处理，并将有关信息根据现场实际情况，采用最有效方式送入计算机进行处理，

并可对监测系统进行远程控制。满足了对作物生长状态实行全面、实时、长期监测的要求。与传统监测系统相比，本系统具有以下优点：

◆传感器设计成智能型，可以增加系统数据采集速度，减轻监控计算机的负担。

◆增加了辅助存储功能，在监控计算机不工作的时候，采用多媒体存储卡存储采集数据。

◆单片机的设计提高了系统的监测速度，系统的可靠性、实时性都有很大提高

◆对模拟设备采集到的数据，为防止失真，采用了数据插值算法。

◆利用语音芯片，超限报警，实现了人性化管理。

2单片机温度测量系统总体设计

2.1单片机温度测量系统的功能设计

系统要完成的设计功能如下：

◆实现对温室温湿度参数的实时采集，测量空间多点的温度和湿度：根据测量空间或设备的实际需要，由多路温度、湿度传感器对关键温、湿度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温湿度的智能、多空

间点的测量。

◆实现超限数据的及时报警。

◆现场监测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力并具有存储、远程通信功能。

◆通信系统具有较高的可靠性、较好的实时性和较强的抗干扰能力。与计算机通讯功能，采用RS232串行通讯方式最远传输距离为20米。

◆长时间测量数据记录功能：可以根据需要设置数据记录时间间隔，数据存入数据存储器。

◆监控计算机软件设计管理软件既要具有完成数据采集、处理的功能，其软件编程应具有功能强大、界面友好、便于操作和执行速度快等特点。要求达到的技术指标：

测温范围：-20℃—100℃

测温精度：正负0.5℃

测温范围：0—100%RH

测温精度：正负 2.5%RH

2.2单片机温度测量系统的设计的原则

要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。

l、可靠性

高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波：系统自诊断功能等。