1、 I 引言 在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对 温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。比如消防电气的非破坏性温度检 测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，在医院的监护 中也用到温度的测量，化工、机械等设备温度过热检测，土壤各个层面上的温度 将会影响植物的生长，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至 关重要等等。总之，现代电子工业的飞速发展对温度检测的智能化精确度要求越 来越高。 目前，国内外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快 速发展。本课题设计的系统符合当代科学发展的趋势，能够满足现代生产生活的 需要，其测
2、温效率高，具有较强的稳定性和灵活性。方便快捷的实现了多路温度 采集并显示，该系统用液晶显示器节省了空间且显示效果好，报警电路同时包含 了蜂鸣器和提示灯，能更好的引起操作者的警觉，在实际生产中能够降低由于温 度超过额定范围引发的事故，有良好的实用性，在国内外都具备良好的应用前景。 温度采集显示系统总体方案设计 2.1 确定设计过程 在熟悉课题，明确任务的基础上，查阅相关资料，理清设计思路，综合考虑 总的设计时间和各部分设计所需时间，最终决定将本次设计分五大步进行。 1熟悉课题，明确任务，查阅相关资料，确定总体设计方案； 2根据各部分的功能划分功能模块，确定每一模块的硬件组成，合理选取具 有相应功
3、能的器件； 3进行硬件设计，把各器件组成相应功能的模块，并把各功能模块进行电气 连接，形成总的功能系统； 4.进行软件设计，编写程序，实现各模块功能，使整个系统能够良好的运行； 5进行仿真调试，检查各模块功能能否完全实现，综合考虑系统的灵活性、 稳定性、误差大小及测温效率调整各器件的各项参数。使系统的处在最佳性能状 态。 2.2 温度采集显示系统方案论证 2.2.1 单片机的选取 在温度采集和控制过程中，单片机是该系统的核心部件。它一方面要接收来 自温度传感器的模拟信号，一方面要对这个信号进行处理、标度变换和显示，另 一方面要响应串行通信中的呼叫请求。在单片机所实现的这些功能中，特别是数 据采
4、样和保持部分，需要单片机有比较快的运算速度，同时考虑选择机型的低价 实用性和低功耗、低电压等性能，本设计采用 Atmel公司的 AT89C51 芯片。 2.2.2 温度传感器的选取 温度传感器是测控系统前向通道的关键部件，它也称换能器和变换器，一般 是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电量（如压力、温度等） 转换成与之对应的电量或电参量（如电流、电压、电阻等）输出的一种装置。社 会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机 的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝 着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器
5、和网络传 感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对 量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等 级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自 行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。 显而易见，数字式温度传感器在本设计中的应用优点突出，综合考虑以上选 取注意事项，本设计采用DS18B20单总线数字式温度传感器对温度信号进行采集。 2.2.3 显示器的选取 显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值， 以便使现场工作人员能够及时掌握生产过
6、程。 工业控制系统中常用的显示器件有 CRT、LED、LCD 等，CRT 不仅可以进行 字符显示，而且可以进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便地实现生产 过程的管理和监视，但由于 CRT 体积大，价格昂贵，所以只适用于大型微机控制 系统。在中小型的控制过程中，为了使工作人员能够在现场直接看到生产情况和 报警信号，经常选用 LED 和 LCD 作为显示器件。LED 和 LCD 都具有体积小，功 耗低，响应速度快，易于匹配，可靠性高和寿命高等优点。LCD 是一种功耗极低 的显示元件，在仪表和低功耗应用系统中的使用较多，而 LED 成本低廉，也用于 单片机控制系统中。设计要求巡回采集温度，所以采用 LED 作为显示系统。 从曲线中还可以看出，电池充满后，镍镉电池的电压下降幅度要比镍氢电池 的大很多，镍氢电池的电压下降（负压）不是很明显。 3 3 硬件电路设计 3.1 电路总体框架 本设计的电路主要分为采集电路、单片机、显示电路。其主要组成部分如下 图所示。 图 3.1 硬件电路框图 3.2 控制芯片 AT89C2051 简介 AT89C51 是美国 ATMEL 公司
