大学毕业设计说明书 1.5本文的内容与结构
本文的内容共分为六章。第一章是绪论，概括了国内外温度控制系统发展情况概述、所面临的问题，本课题研究的背景与系统要求；第二章介绍了关于本设计的方案的选择与论证，主要是针对温度传感器的选择，分别阐述了各自所具有的优缺点；第三章是各个单元模块电路的介绍，其中包括晶体时钟电路、复位电路、报警电路、显示电路、温度检测电路和单片机系统电路，并给出了对应的硬件电路连接图。第四章概述了单片机STC89C52的功能引脚及特性，DS18B20数字温度感器的引脚说明、读写时序、测温原理等特点；第五章控制系统软件的实现，着重介绍了软件实验平台的结构、软件实现、各个子模块的程序流程图；第六章结论，对本次设计的工作进行总结，并对今后系统的发展与展望提出建议。
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大学毕业设计说明书 2 总体方案设计
本次设计采用STC89C52单片机为核心，通过一片STC89C52单片机控制外围电路，使得系统实现实时温度测量与显示功能。根据系统要求，本设计可分为四个模块，分别为温度采集模块、STC89C52单片机控制模块、数码管显示模块和报警模块。而针对温度的采集有很多的温度传感器可供选择，如采用热敏电阻、热电偶、温度传感器，其具体采用何种温度传感器对温度进行采集，在后面的方案比较和方案论证中得到具体的分析。下面我们首先来了解温度传感器的分类。
2.1温度传感器的分类
温度传感器按不同的方法分，就有不同的类别。下面将从被测对象温度、使用方式、温度的高低来进行分类。 1、按照被测对象温度的不同分类
可以将被测对象温度分为超低温、低温、中温、高温和超高温温度测量。超低温一般是指0.10K，低温指10.800K，中温指800K—1900K，高温指1900K—2800K的温度，2800K以上被认为是超高温。 2、按照传感器的使用方式分类
根据温度传感器的使用方式，通常分为直接接触测温法与非直接接触式测温法两类，其特性如下表2.1所示。
表2.1两种测温法的特性
项目 直接接触测温法 测量热容量小的物体有困难，测量移非直接接触测温法 不改变被测介质温场，可测量移动物件的温度，通常测量表面温度 由被测对象发出的辐射能充分照射到检测元件，被测对象的有效发射率要准确知道，或者具有重视的可能性 测量1000℃以上的温度较准确，测量1000℃以下的温度误差较大 通常为20℃左右，条件好可达5—10℃ 通常较快，约2-3S，即使迟缓的也在10S内
特点 动物体有困难，可测量任何部位的温度，便于多点集中测量和自动控制 测量元件与被测对象很好的接触，接触元件不要使被测对象的温度变化 容易测量1000℃以下的温度，测量1200以上的温度有困难 测量条件 测温范围 准确定 通常为0，依据测量条件可达0.5%—1% 响应速度 通常较慢，约为1-3min 第 4 页
大学毕业设计说明书 3、按温度的高低分类
通常可以分为低温测量、中温测量、中高温测量。 (1)低温测量
利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫做热电阻传感器，按热电阻的性质可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类，前者通常简称为热电阻，后者称为热敏电阻。电阻温度传感器广泛用于中、低温范围内温度测量，电阻温度传感器的主要优点是：
1)测量精度高，对非温度量不敏感； 2)有较大的测量范围，灵敏度高； 3)线性度好，便于自动测量。 (2)中低温测量
集成温度传感器常用来进行中低温度的测量，尤其适用于室温环境中。 (3)中高温测量
热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有极其重要的地位，具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远距离传输等特点，而且自身能产生电压，不需要外加驱动电源。
2.2方案比较
上面对温度传感器的分类作了详细介绍，按不同方式分类得到不同类型的温度传感器，下文将对本次设计所用温度传感器的选择作阐述与分析。 方案一：采用LM35温度传感器
LM35是National Semiconductor公司生产的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系， 0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。LM35 有多种不同封装型式，如：TO-46金属罐形封装、TO-220 塑料封装、TO-92封装、SO-8IC式封装。本方案中LM35集成温度传感器采用的是TO-92封装，运用LM35DZ温度进行采集。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到 ±1/4℃的准确率。 其电源供应模式有单电源与正负双电源。
本方案主要采用LM35DZ温度传感器对温度进行检测，将检测到的温度模拟信号经放大电路部分放大，再由A/D转换器（模数转换）将其放大后的温度模拟信号转换成为数字信号，经处理后由单片机控制进行温度的显示。其设计框图如2.1所示：
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大学毕业设计说明书 LM35温度传感器显示电路LM324运算放大电路AT89C51单片机时钟电路复位电路A/D转换器报警电路图2.1 LM35的设计框图
方案二：热敏电阻
热敏电阻是利用半导体的阻值随温度变化这一特性而制成的，分为NTC（负温度系数）热敏电阻、PTC(正温度系数)热敏电阻两大类。PTC热敏电阻电阻值随温度的升高而增大，NTC热敏电阻电阻值随温度的升高而降低。
正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加，温度越高，电阻值越大。
负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小，温度越高，电阻值越小。
NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻。
PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。
采用热敏电阻来对温度进行采集，它主要根据热敏电阻的阻值与温度的关系为： RT= R0e-B(1/T0-1/T)，其中RT—NTC在热力学温度为T时的电阻值，R0—NTC在热力学温度为T0时的电阻值，多数厂商将T0设定在298.15K（25℃），B是热敏电阻的常数，它代表的是热敏电阻的灵敏度（即对温度的敏感程度），与热敏电阻的制造材料有很大的关系。热敏电阻隔R0与常数B的关系如下表2.2所示：
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大学毕业设计说明书 表2.2 热敏电阻R0与常数B的关系
使用温度范围 -50℃～100℃ 0℃～150℃ 50℃～200℃ 100℃～250℃ 150℃～300℃ 250℃～300℃ 本方案的设计框图如图2.2所示：
标准电阻值R0 6（T0=0℃） 30（0℃） 3（100℃） 0.55（200℃） 4（200℃） 8（200℃） 标准常数B 3390 3450 3894 4300 5133 5559 复位电路显示电路时钟电路AT89C51单片机报警系统热敏电阻控制电路
图2.2 热敏电阻设计框图
该方案主要是利用热敏电阻对温度进行感应，然后通过公式计算出当前的温度值，再到显示部分显示当前温度值，同时检测该温度值是否超出预设温度的范围，若超过了其规定的范围，则启动报警系统进行报警提示，最后启动控制电路进动作；否则准备下一次的温度测量。
方案三：DS18B20数字温度传感器
DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。其具体电路连接如图2.3所示：
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