基于单片机的多功能数字温度计设计

论文总字数：13787字

摘 要

关键词：AT89C52，DS18B20，测温电路

Abstract：As a starting point of temperatures, this topic uses AT89C52 microcontroller, DS18B20 digital temperature sensor, LCD1602 with other auxiliary modules and finally via protues’s simulation to design a intelligent temperature monitoring system. The system not only can collect real-time temperature of the test environment and replace the temperature’s information on the LCD screen, but also can switch between different modes to diapay the current time. The temperature measuring system is convenient and the error can be controlled in a reasonable range. Also it can realize all-weather automatic measurement. Because of the cheap cost, this system can get a better development in the future years.

Keywords：AT89C52, DS18B20, Temperature Detection

目 录

1 绪论 4

1.1 本课题研究的目的及意义 4

1.2 温度测量的现状及发展历程 4

1.3 课题设计内容及要求 5

2 系统总体构成 6

2.1 设计方案选择与论证 6

2.2 系统设计最终方案决定 8

3 硬件电路设计方案 8

3.1 AT89C52单片机的介绍 9

3.2 数字温度传感器 11

3.3 时钟芯片 15

3.4 LCD1602液晶显示屏 17

3.5 按键电路 18

4 软件电路设计方案 19

4.1 DS18B20测温流程图 19

4.2 DS1302时钟模块流程图 20

4.3 LCD显示模块流程 21

5 仿真与调试 22

5.1 软件介绍 22

5.2 功能仿真 23

结 论 25

参考文献 27

致 谢 28

1 绪论

1.1 本课题研究的目的及意义

数字测温技术作为现代智能检测的重要组成部分，在如何提高能源利用效率、扩大安全生产系数和确保产品质量等问题上有着举足轻重的作用。因此，能够保证迅速、精确测温的技术受到各国社会生产的高度重视。随着社会进一步的发展，大规模使用数字传感器进行测温的技术已成为一种发展趋势。随着科学技术的发展，人们除了对温度检测的准确度与灵敏度有了越来越高的要求，对温度测量系统的智能化也有了一定的要求，比如在温度达到允许的最高限时实现报警。越发有必要研制更灵敏，更精确，更可靠的温度监测系统。

本课题以此为出发点，自行设计了一套简单易懂的智能测温方案。

1.2 温度测量的现状及发展历程

测温方式通过其与被测介质是否存在直接接触，可分为接触式和非接触式两种类型。

接触式测温方案简单可靠、测量精度高，但由于测温元器件和被测物体之间会进行一定的热交换过程，需要时间达到测温元器件和被测物体之间的热平衡，由此产生的时滞现象以及器件材料特性的限制，因此一般不应用于高温场合环境测量^[1]。

非接触式测温方案是依据测温物体本身的热辐射，使测温元件与被测物体不发生直接接触从而测得物体温度。不受环境温度所影响，能够具有较大的测温范围，同时能够最小影响到被测物体本身的温度场，反应迅速，精度高；但考虑到测温原件与物体之间的距离以及外界环境影响，例如粉尘、雾霾等，误差会较大，一般不作远距离测温。

1.2.1 膨胀式温度测量

原理：根据物体的热胀冷缩原理，利用几何形变与温度之间近似存在的经验公式，查表计算环境温度。热胀冷缩式温度计主要包括了：压力式温度计、双金属膨胀式温度计、玻璃液体温度计等^[2]。

优点：简单实惠，便于大规模生产；能够直接读出环境温度。

缺点：精确度低，元器件易损坏，难以实现智能测温。

1.2.2 电量式测温

电量式测量是利用被测物体本身固有的电性能与环境温度之间存在的近似数量关系进行测温，电量式测温元件主要有热敏电阻测温、热电阻测温、热电偶测温等方法。

热电偶：当材料不同的两种金属焊接在一起时，若测量端与参考端之间有温差，就会产生热电势, 通过产生的热电势与温度之间的单值关系即可测温。其结构功能简单，且响应速度极快，一般适用于远距离测温，大面积使用于在现代社会生产中。

热电阻：在合适温度范围内，热电阻阻值与环境温度两者间有一定的近似线性关系，在可控的温度变化中具有很高的稳定性，但由于热电阻结构一般较为复杂，一般不应用于温度变化速度较快的场合。

热敏电阻：热敏电阻阻值随环境温度变化而变化，价格便宜、在很小的温度变化中就能得到很大的电阻值变化，精度很高，但其与温度之间一般不存在线性关系。

1.2.3 接触式光电测温

原理：利用光电效应原理，通过接触被测物体所产生的温度变化信号产生光电信号，采用光电转换将电信号转化为数字信号，捕获当前温度值。

优点：适合在复杂环境下工作，抗电磁干扰能力强。

缺点：接触式光电测温引脚接触到被测物体，会引起被测物体温度轻微的变化从而产生一定的系统误差。

1.2.4 辐射式测温方法

依据热辐射定理，现代社会生产中一般使用亮度式测温技术。

亮度式测温反应较为灵敏，不受环境介质对被测物体的影响，测温偏差较小，适合高温环境下测温。

1.2.5 光谱测温方法

当光发生散射现象时，一般会伴随产生一定的散射光现象，散射光中光强与被测介质的温度有一定的近似关系，常用散射光谱来测量高空温度，简单方便。

设备简单可靠，常被用于测量高空火焰温度。

1.2.6 声波测温方法

声波测温方法一般应用于测量高温气体液体的温度，被测物体的温度越高，该测温方案却有更高的精确度。声波的传播速度与当前传播介质的温度有线性关系，只要测得当前介质下的声速，就可查表计算得出当前环境下的温度，方便快捷。

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