成都学院（成都大学）学士学位论文（设计）
基于单片机的多路温度采集系统
摘要：本文以AT89C52单片机为核心，设计了一个多路温度采集系统。通过温度传感器对电阻炉内多点温度进行采集，将完成数据预处理后的数字信号按照顺序分别送入单片机或把指定的某路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作。主机由AT89C52单片机、液晶显示、电源、报警单元、键盘和USB串口转换等模块组成。从机由TMP75数字温度传感器等组成，采集节点的实时温度值，响应主机请求发送温度数据，并编写方便与用户程序连接的 IC软件包。温度在系统LCD1602上显示，同时通过USB串口转换（FT232RL）实时发送到电脑上，在上位机软件显示分析和保存。该系统测温范围为-40～+125℃，测量精度达到0.0625℃。本系统结构简单，操作方便，测量精度高，速度快，并具有报警及显示功能，是一个综合处理多路温度信息的测量系统。 关键词：单片机；多路温度采集；I2C总线；数字温度传感器
2
Multi-channel temperature gathering system based on
microcontroller
Abstract：A multi-channel temperature gathering system is designed based on AT89C52 microcontroller in this paper. Temperature sensors collect multi-point temperature inside the resistance furnace and the digital signals through data pre-processing are input into the microcontroller (MCU) accordance with the order respectively, or through a path specified into the microcontroller to control the operation. The host computer is consisted of modules such as AT89C52 single chip computer, LCD display, power, alarming element, keyboards and USB Serial conversion module and so on. And the b-device is consisted of TMP75 digital temperature sensors. It collects the real-time resistance furnace temperature and sends the temperature data to the host computers and programs the I2C software packages for the convenient connection with the user programs. Temperature can be shown on LCD1602 and also be sent to the computer to display and save through USB Serial conversion module (FT232RL). The temperature range is from - 40 ~ + 125 ℃ and the accuracy reaches 0.0625℃. This system is simple in structure, easy to operate with high accuracy and speed，and it has the function Of alarming and displaying, which makes it a temperature measuring system with multi-channel.
Key words：MCU; Multi-channel temperature collection; I2C BUS; Temperature Sensors
I
成都学院（成都大学）学士学位论文（设计）
目 录
第1章 绪论 ................................................................................................................................................... 1
1.1 课题背景及意义 ......................................................................................................................... 1 1.2国内外研究的现状 ...................................................................................................................... 1 1.3研究的主要内容 .......................................................................................................................... 2 第2章 系统方案论证与比较 ....................................................................................................................... 3
2.1 单片机电路方案比较 ................................................................................................................. 3 2.2 温度传感器及总线电路方案比较 .............................................................................................. 3 2.3 按键方案比较 ............................................................................................................................. 3 2.4 系统供电方案比较 ..................................................................................................................... 4 2.5 显示电路方案比较 ..................................................................................................................... 4 2.6 串口转换方案比较 ..................................................................................................................... 5 第3章 系统设计与总体分析 ....................................................................................................................... 6
3.1 系统分析及系统框图 ................................................................................................................. 6 3.2 IC总线介绍 ............................................................................................................................... 6 3.2.1 IC总线的主要特点 ......................................................................................................... 6 3.2. 2 I2C总线接口的内部结构 ................................................................................................ 8 3.2.3 IC总线的工作过程与原理 ............................................................................................. 8 3.2.4 IC总线的信号时序 ......................................................................................................... 9 3.2.5 IC总线的工作时序与AT89C51单片机的模拟编程 ................................................... 10 3.3 TMP75数字温度传感器介绍 .................................................................................................... 12 3.3.1 基本参数及引脚说明 ..................................................................................................... 12 3.3.2 TMP75内部寄存器描述 .................................................................................................. 13 3.3.3 配置寄存器 ..................................................................................................................... 14 3.3.4 温度寄存器 ..................................................................................................................... 14 3.3.5 TMP75测温原理 .............................................................................................................. 15 3.4 LCD1602液晶介绍 .................................................................................................................... 16 3.4.1 LCD1602引脚定义 .......................................................................................................... 16 3.4.2 字符发生存储器 ............................................................................................................. 16
2222
2
II
成都学院（成都大学）学士学位论文（设计）
3.4.3 液晶指令 ......................................................................................................................... 17 3.5 USB和串口转换(FT232RL)介绍 ............................................................................................ 19 3.5.1 基本功能描述 .................................................................................................................. 19 3.5.2 特点及功能介绍 .............................................................................................................. 19 3.5.3 设计注意 .......................................................................................................................... 20 3.6 AT89C52单片机介绍 ................................................................................................................ 20 3.6.1 主要功能特性 .................................................................................................................. 21 3.6.2 各引脚功能及管脚电压 .................................................................................................. 21
第4章 系统硬件设计 ................................................................................................................................. 26
4.1 AT89C52单片机外围电路设计 ................................................................................................ 26 4.2 按键电路设计 ........................................................................................................................... 26 4.3 系统电源电路设计 ................................................................................................................... 27 4.4 温度采集电路设计 ................................................................................................................... 27 4.5 USB和串口转换(FT232RL)电路设计 ...................................................................................... 28 4.6报警电路设计 ............................................................................................................................ 28 第5章 系统软件设计 ................................................................................................................................. 29 第6章 系统软件的汇编与调试 ................................................................................................................. 30
6.1 KEIL的使用 .............................................................................................................................. 30 6.1.1 源文件的建立 ................................................................................................................. 30 6.1.2 编译、连接 ..................................................................................................................... 30 6.2 上位机软件 ............................................................................................................................... 30 第7章 结 论 ............................................................................................................................................... 32 致 谢 ............................................................................................................................................................. 33 参考文献 ....................................................................................................................................................... 34 附录1 系统硬件电路图 .............................................................................................................................. 35 附录2 程序清单 .......................................................................................................................................... 36
III
成都大学学士学位论文（设计）
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
在工业生产中，温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量。其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度采集不精确就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。因此对温度检测的需求就越来越迫切。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能顺利进行，从而产品的质量才能得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，以保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产率
［1］
。尽管温度采集很重要，但是要采集准确温度常常会遇到意想不到的困难。
随着大规模集成电路的发展，单片机已经应用到生活生产的每一个角落。目前，单片机在工业控制系统的每个领域都得到了广泛的应用。特别是C51系统单片机的出现，具有很好的稳定性，更快更准备的运算精度，推动了工业生产
［2-4］
。将单片机应用于温度控制，具有良好的应用前景
[5，6]
。
1.2国内外研究的现状
随着电子技术的飞速发展，工业生产和日常生活中的智能设备日益增多，现代电子产品几乎透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快，对设计开发提出了更高的要求。对于温度控制系统，较为传统的是实验室人员根据材料的烧成制度来调节电炉的输出电压以实现对电炉的温度控制集芯片
［1］
。现在很多芯片把这些繁琐的温度转化和AD采集集成到了一起，形成了系列的数字温度采。
［7，8］
温度在工业自动化、家用电器、环境保护和安全生产等方面都是最基本的监测参数之一．因此其检测装置也得到的长足的进步和发展。例如清华大学的“光纤黑体腔温度传感器”可在400～1300℃间灵敏度可达0．1℃
［9］
。随着科技的进步和新材料的发现．新一代的温度传感器也在不断出现和完
善，如利用核磁共振的温度检测器．可测量出千分之一开尔文，而且输出信号适于数字运算处理．在常温下可作为理想的标准温度。文献［10］里还介绍了诸多现代传感器如热噪声温度传感器、激光温度传感器等的发展及应用。智能温度传感器亦称数字温度传感器，是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(A1E)的结晶
［11］
。智能温度传感器的特点是能输
出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。它在硬件基础上通过软件来实现测试功能。目前．国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。此外新型智能温度传感器的功能也在不
1
