基于单片机的温度测量系统设计

江志刚 黄志辉

摘 要：随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段—传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控。

本设计应用性比较强，设计系统可以作为生物培养液温度监控系统。课题主要任务是完成环境温度检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。

关键词：温度测量，单片机，温度传感器，通信协议

第1章 前 言

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

1.1  课题背景

分布式温度采集系统广泛应用在使用了中央空调的大型商场、厂房、办公大楼等大型建筑内。本课题主要用温度传感器对环境温度实施实时监测，各结点控制单元可将有关信息上传给计算机，本课题研究主要解决的问题为分布式控制结构设计、多单片机串行通信、温度的采集与处理。

1.2  设计目的及系统功能

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个分布式温度采集系统。在传统测量系统中，传感器与计算机接口的连接是通过若干条导线连接。当传感器数量较多时，尤其是信号线的长距离传输时，相互容易产生干扰。一个室内多点温度测量中，系统的接线会非常多，导线往往不易铺设，使得测量工作非常困难。采用总线结构数字式传感器，配合单片机及PC机串口进行长距离数据通信，则可以很容易解决这个问题，该系统最多可以检测256 路温度信号，在室内多点温度测量控制中能达到很好的效果。通过本课题设计，综合运用单片机及接口技术、微机原理、通信协议，锻炼动手操作能力，综合运用能力，学习论文的写作方法和步骤。

设计的温度控制系统有以下功能及特点：

（a）实现在一条数据总线上接多个DS18B20器件;

（b）测温范围0℃～99℃;

（c）溫度显示：采用2个4位数码管，显示采样温度值; 并在电脑上一同显示;

（d）精度±0.05℃。

第2章   ATMAGE16特性

本章介绍了ATMAGE16的产品特性和ATmega16的结构。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

2.1  ATMAGE16产品特性

1、 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器

2、 先进的RISC结构

3、 非易失性程序和数据存储器

4、 JTAG 接口（ 与IEEE 1149.1标准兼容 ）

2.2  引脚配置

ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU） 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点 16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW）。

第3章 ICCAVR制作环境及介绍

本章介绍了ICCAVR的制作环境，ICCAVR 中的文件类型及其文件的扩展名、附注和扩充，并介绍了IAR 或其它ANSI C 编译系统的代码转换。

3.1  ICCAVR 介绍

本节主要介绍了ICCAVR文件的基本特点、类型、扩展名等。

ImageCraft 的ICCAVR 是一种使用符合ANSI 标准的C 语言来开发微控制器（MCU）程序的一个工具，它有以下几个主要特点：

ICCAVR 是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE），其可在WINDOWS9X/NT 下工作。

3.2  ICCAVR 向导

自你启动 IDE 后，首先从Project 菜单系统选择Open 命令，进入＼icc＼examples.avr 目录并且选择并打开“led”工程，工程管理器显示在这个工程中只有一个文件led.c。 然后从Project 菜单中选择Options 命令打开工程编译选项，在"Target"标号下选择目标处理器。然后从Project 菜单中选择Make Project 命令，IDE 将调用编译器编译这个工程文件，并且在状态窗口中显示所有的信息。

3.3  ICCAVR 的IDE 环境

3.3.1  编译一个单独的文件

正常建立一个输出文件的次序是，你首先应该建立一个工程文件并且定义属于这个工程的所有文件。然而，我们有时也需要将一个文件单独地编译为目标文件或最终的输出文件。这时可以这样操作：从IDE 菜单“File” 中选择“Compile File...”命令，来执行“to Object”和“to Output”中的任意一个。当你调用这个命令时，文件应该是打开的并且在编辑窗口中可以编辑的。

3.3.2  创建一个新的工程

为创建一个新的工程，从菜单“Project”中选择“New”命令，IDE 会弹出一个对话框，在对话框中你可以指定工程的名称，这也是你的输出文件的名称。如果你使用一些已经建立的源文件，你可在菜单“Project”中选择“AddFile（s） ”命令。

3.3.3  工程管理

工程管理允许你将多个文件组织进同一个工程，而且定义它们的编译选项，这个特性允许你将工程分解成许多小的模块。当你处理工程构筑时，只有一个文件被修改和重新编译，如果一个头文件作了修改，当你编译包含这个头文件的源文件时，IDE 会自动重新编译已经改变的头文件。

一个源文件可以写成 C 或汇编格式的任意一种。C 文件必须使用“.c”扩展名汇编文件必须使用“.s”扩展名。你可以将任意文件放在工程列表中，例如你可以将一个工程文档文件放在工程管理窗口中，工程管理器在构筑工程时对源文件以外的文件不予理睬。

3.3.4  编辑窗口

编辑窗口是你与 IDE 交流信息的主要区域，在这个窗口中你可以修改相应的文件。当编译存在错误时，用鼠标单击有关错误信息时，编辑器会自动将光标定位在错误行的位置。

第4章  结  论

本设计文结合DSl8B20的新特性和现代温度测量系统提出的新要求，提出了基于智能数字温度传感器DSl8820的高精度、分布式多点温度测量系统设计方案。该方案具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等特点，在多种温度检测中具有广阔的应用前景。经过模块化的电路测试、软件调试和系统组装，测温精度可以达到±0.01℃。设计出的多路远距离自动化、智能化温度采集系统可以广泛应用于工业控制领域。本次设计只给出2路从机采集，根据需要可以增加更多从机进行温度采集。