基于單片機的溫度測量系統設計

江志剛 黃志輝

摘 要：隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段—傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結構、工作原理及特性是非常重要的。

為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統。本文利用單片機結合傳感器技術而開發設計了這一溫度監控。

本設計應用性比較強，設計系統可以作為生物培養液溫度監控系統。課題主要任務是完成環境溫度檢測，利用單片機實現溫度調節并通過計算機實施溫度監控。設計后的系統具有操作方便，控制靈活等優點。

關鍵詞：溫度測量，單片機，溫度傳感器，通信協議

第1章 前 言

目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。

1.1 ?課題背景

分布式溫度采集系統廣泛應用在使用了中央空調的大型商場、廠房、辦公大樓等大型建筑內。本課題主要用溫度傳感器對環境溫度實施實時監測，各結點控制單元可將有關信息上傳給計算機，本課題研究主要解決的問題為分布式控制結構設計、多單片機串行通信、溫度的采集與處理。

1.2 ?設計目的及系統功能

本設計的目的是以單片機為核心設計出一個分布式溫度采集系統。在傳統測量系統中，傳感器與計算機接口的連接是通過若干條導線連接。當傳感器數量較多時，尤其是信號線的長距離傳輸時，相互容易產生干擾。一個室內多點溫度測量中，系統的接線會非常多，導線往往不易鋪設，使得測量工作非常困難。采用總線結構數字式傳感器，配合單片機及PC機串口進行長距離數據通信，則可以很容易解決這個問題，該系統最多可以檢測256 路溫度信號，在室內多點溫度測量控制中能達到很好的效果。通過本課題設計，綜合運用單片機及接口技術、微機原理、通信協議，鍛煉動手操作能力，綜合運用能力，學習論文的寫作方法和步驟。

設計的溫度控制系統有以下功能及特點：

（a）實現在一條數據總線上接多個DS18B20器件;

（b）測溫范圍0℃～99℃;

（c）溫度顯示：采用2個4位數碼管，顯示采樣溫度值; 并在電腦上一同顯示;

（d）精度±0.05℃。

第2章 ? ATMAGE16特性

本章介紹了ATMAGE16的產品特性和ATmega16的結構。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達 1MIPS MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

2.1 ?ATMAGE16產品特性

1、 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器

2、 先進的RISC結構

3、 非易失性程序和數據存儲器

4、 JTAG 接口（ 與IEEE 1149.1標準兼容 ）

2.2 ?引腳配置

ATmega16是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達 1MIPS MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

AVR 內核具有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元（ALU） 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的數據吞吐率。ATmega16 有如下特點 16K字節的系統內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW）。

第3章 ICCAVR制作環境及介紹

本章介紹了ICCAVR的制作環境，ICCAVR 中的文件類型及其文件的擴展名、附注和擴充，并介紹了IAR 或其它ANSI C 編譯系統的代碼轉換。

3.1 ?ICCAVR 介紹

本節主要介紹了ICCAVR文件的基本特點、類型、擴展名等。

ImageCraft 的ICCAVR 是一種使用符合ANSI 標準的C 語言來開發微控制器（MCU）程序的一個工具，它有以下幾個主要特點：

ICCAVR 是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環境（IDE），其可在WINDOWS9X/NT 下工作。

3.2 ?ICCAVR 向導

自你啟動 IDE 后，首先從Project 菜單系統選擇Open 命令，進入＼icc＼examples.avr 目錄并且選擇并打開“led”工程，工程管理器顯示在這個工程中只有一個文件led.c。 然后從Project 菜單中選擇Options 命令打開工程編譯選項，在"Target"標號下選擇目標處理器。然后從Project 菜單中選擇Make Project 命令，IDE 將調用編譯器編譯這個工程文件，并且在狀態窗口中顯示所有的信息。

3.3 ?ICCAVR 的IDE 環境

3.3.1 ?編譯一個單獨的文件

正常建立一個輸出文件的次序是，你首先應該建立一個工程文件并且定義屬于這個工程的所有文件。然而，我們有時也需要將一個文件單獨地編譯為目標文件或最終的輸出文件。這時可以這樣操作：從IDE 菜單“File” 中選擇“Compile File...”命令，來執行“to Object”和“to Output”中的任意一個。當你調用這個命令時，文件應該是打開的并且在編輯窗口中可以編輯的。

3.3.2 ?創建一個新的工程

為創建一個新的工程，從菜單“Project”中選擇“New”命令，IDE 會彈出一個對話框，在對話框中你可以指定工程的名稱，這也是你的輸出文件的名稱。如果你使用一些已經建立的源文件，你可在菜單“Project”中選擇“AddFile（s） ”命令。

3.3.3 ?工程管理

工程管理允許你將多個文件組織進同一個工程，而且定義它們的編譯選項，這個特性允許你將工程分解成許多小的模塊。當你處理工程構筑時，只有一個文件被修改和重新編譯，如果一個頭文件作了修改，當你編譯包含這個頭文件的源文件時，IDE 會自動重新編譯已經改變的頭文件。

一個源文件可以寫成 C 或匯編格式的任意一種。C 文件必須使用“.c”擴展名匯編文件必須使用“.s”擴展名。你可以將任意文件放在工程列表中，例如你可以將一個工程文檔文件放在工程管理窗口中，工程管理器在構筑工程時對源文件以外的文件不予理睬。

3.3.4 ?編輯窗口

編輯窗口是你與 IDE 交流信息的主要區域，在這個窗口中你可以修改相應的文件。當編譯存在錯誤時，用鼠標單擊有關錯誤信息時，編輯器會自動將光標定位在錯誤行的位置。

第4章 ?結 ?論

本設計文結合DSl8B20的新特性和現代溫度測量系統提出的新要求，提出了基于智能數字溫度傳感器DSl8820的高精度、分布式多點溫度測量系統設計方案。該方案具有安裝方便、數字化程度高、精度高、適應性強等特點，在多種溫度檢測中具有廣闊的應用前景。經過模塊化的電路測試、軟件調試和系統組裝，測溫精度可以達到±0.01℃。設計出的多路遠距離自動化、智能化溫度采集系統可以廣泛應用于工業控制領域。本次設計只給出2路從機采集，根據需要可以增加更多從機進行溫度采集。