51单片机简易智能温度检测系统

一、设计要求

 

二、方案分析 1. 主控选择

这个系统大致会用到传感器模块、按键模块、蜂鸣器模块、LCD模块，实现传感器与单片机的通信,51可以实现串口通信、IIC通信，资源完全够用，所以本系统采用51单片机做主控。

2.各模块选择

（1）测温模块

测温模块选择DS18B20：与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器，具有独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯，同时精度高、速度快、抗干扰能力强。

DS18B20 外观实物如下图所示：

DS18B20 内部结构如下图所示：

ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列号。64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。

DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速的暂存器 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和配置寄存器。

配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器结构如下：

低五位一直都是"1"，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不需要去改动。R1 和

R0 用来设置 DS18B20 的精度（分辨率），可设置为 9，10，11 或 12 位，对应的分辨率温度是 0.5℃，0.25℃，0.125℃和 0.0625℃。R0 和 R1 配置如下图：

在初始状态下默认的精度是 12 位，即 R0=1、 R1=1。高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如下：

当温度转换命令（44H）发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。存储的两个字节，高字节的前 5 位是符号位 S，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后， 数据格式如下：

如果测得的温度大于 0，这 5 位为‘ 0’，只要将测到的数值乘以 0.0625（默认精度是 12 位）即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为‘ 1’， 测到的数值需要取反加 1 再乘以 0.0625 即可得到实际温度。温度与数据对应关系如下：

 

比如我们要计算+85 度，数据输出十六进制是 0X0550，因为高字节的高 5 位为 0，表明检测的温度是正温度，0X0550 对应的十进制为 1360，将这个值乘以 12 位精度 0.0625，所以可以得到+85 度。

知道了怎么计算温度， 接下来我们就来看看如何读取温度数据， 由于DS18B20 是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的信号时序，以保证数据的完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、读（0 和 1）时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。

DS18B20 的典型温度读取过程，

DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIP ROM 命令（0XCC）→发开始转换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIP ROM 命令（0XCC）→发读存储器命令

（0XBE）→连续读出两个字节数据(即温度)→结束。

时序图如下：

初始化时序图

 

 写时序图

读时序图

（2）按键模块：此处单个独立按键模块即可

（3）EEPROM模块：使用 AT24C02 芯片，存储容量为 256 字节，可实现IIC-EEPROM 功能，存储的数据掉电不丢失。

AT24C02 芯片管脚及外观图如下图所示：

芯片管脚说明如下图所示：

 

AT24C02 器件地址为7 位，高 4 位固定为 1010，低 3 位由 A0/A1/A2 信号线的电平决定。 因为传输地址或数据是以字节为单位传送的，当传送地址时， 器件地址占 7 位，还有最后一位（最低位 R/W）用来选择读写方向，它与地址无关。

硬件电路连接如下：

(4)显示部分：LCD1602。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它能显示 2 行字符信息，每行又能显示 16 个字符。它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个 5x7 或者 5x10 的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符， 每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。本质是多个LED组合，通过引脚使能来进行并行数据的移位与存储。

（5）报警模块：蜂鸣器。

三、流程设计

我们选择三个按键进行模式切换：K1、K2与K3。其中K1第一次按下，LCD显示上限温度，然后K1断开，再按K2或K3，K2决定加，K3决定减，LCD显示此时状态，设定值传送给AT24C02。K1第二次按下，LCD显示下限温度，然后K1断开，再按K2或K3，K2决定加，K3决定减，LCD显示此时状态,设定值传送给AT24C02,。K1第三次按下，DS18B20测温，LCD回到显示上限、下限、当前温度三者共同显示状态。此外，通过给蜂鸣器设置不同频率产生不同声音来区别超过过高过低。

 

 四、仿真图

五、仿真结果

1.

 2.

3.

 结论：仿真结果无误。

项目资料：

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