溫度檢測系統(tǒng)有著共同的特點：測量點多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復(fù)雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。所以溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。
2.1、傳感器部分方案一：采用熱敏電阻，利用其感溫效應(yīng)，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中，采用單片溫度傳感器，比如AD590，LM35等。但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計算機，這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一定程度上也增加了軟件實現(xiàn)的難度。
方案二：在溫度控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行A/D轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸、放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化，便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS1820和微控制器STC89C52RC構(gòu)成的溫度測第一章總體設(shè)計方案4量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單，體積也不大，且由于STC89C52RC可以帶多個DSB1820，可實現(xiàn)多點測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò),本次設(shè)計用于大棚溫度檢測比較適合方便。
2.2、主控制部分方案一：此方案采用PC機實現(xiàn)，它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便，且人機交互友好。但是PC機輸出信號不能直接與DS18B20通信，需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC機的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩。
方案二：此方案采用STC89C52RC八位單片機實現(xiàn)。單片機軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC機通信，運用主從分布式思想，由一臺上位機（PC微型計算機），下位機（單片機）實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制。另外STC89S51在農(nóng)業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。
總體設(shè)計綜上所述，溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。首先由溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機I/O模擬單總線讀取后送入STC89C52RC單片機中進行運算處理，并LCD1602液晶顯示當(dāng)前溫度，同時與鍵盤輸入的設(shè)定溫度值（上限）進行比較，由單片機控制是否發(fā)出報警信號。在整個過程中，溫度始終都能得以顯示。設(shè)定溫度過程中顯示設(shè)定溫度值，以便于操作。
本系統(tǒng)的總體設(shè)計方框圖如圖2-1所示，它主要由五部分組成：
①主控制部分主芯片采用單片機STC89C52RC（包括時鐘和復(fù)位電路）；
②顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；
③溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器；
④按鍵輸入部分主要功能是實現(xiàn)設(shè)定溫度值的輸入；
⑤人體紅外傳感器用來檢測人體信息
DS18B20檢測溫度，將溫度信息傳送到單片機內(nèi)，單片機檢測到溫度信號，對其進行處理，將處理得到的數(shù)據(jù)在LCD1602液晶上顯示出來。可以通過按鍵來設(shè)置溫度的上下限值，當(dāng)溫度超過范圍時，單片機控制蜂鳴器報警，同時當(dāng)人體紅外傳感器檢測到人體時，也會觸發(fā)蜂鳴器報警。
硬件電路部分包括51單片機主控模塊的設(shè)計，單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，DS18B20溫度檢測模塊，按鍵設(shè)置模塊，蜂鳴器報警模塊，LCD1602液晶顯示模塊。各模塊電路的詳細介紹將在后續(xù)給出。
主程序流程圖設(shè)計如下圖4-2所示是系統(tǒng)主程序流程圖。
圖4-2 主程序流程圖
如圖4.2所示，程序開始后，進行初始化，初始化包括LCD1602液晶初始化，DS18B20初始化；然后在LCD1602液晶上顯示固定信息，再給DS18B20溫度傳感器發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令，則模塊開始測溫。然后進入主循環(huán)，顯示當(dāng)前溫度，再進入按鍵設(shè)置子程序設(shè)置當(dāng)前溫度上限值，最后比較當(dāng)前溫度是否超過范圍，若是則蜂鳴器報警，否則不報警。
4.3各子程序設(shè)計子程序設(shè)計包括按鍵設(shè)置子程序、DS18B20溫度檢測子程序、LCD1602液晶顯示子程序、。各子程序的具體介紹將在如下部分詳細給出。
4.3.1按鍵設(shè)置子程序
圖4-3 按鍵設(shè)置子程序流程圖
如圖4-3所示為按鍵設(shè)置子程序流程圖，程序當(dāng)分別按下按鍵K1、K2時，則上限值Tmpup加1和減1，然后結(jié)束，Tmpup表示溫度上限，程序當(dāng)分別按下按鍵K3、K4時，則上限值Tmpdowm加1和減1，然后結(jié)束，Tmpdowm表示溫度下限。
如上為DS18B20讀取溫度子函數(shù)，read_18b20()是用來讀取DS18B20溫度傳感器中的一字節(jié)數(shù)據(jù)，通過DQ數(shù)據(jù)總線時序來實現(xiàn)。read_temp()是用來處理從DS18B20讀取的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成溫度值的函數(shù)，通過調(diào)用read_temp()函數(shù)得到兩字節(jié)溫度數(shù)據(jù)，分為高8位和低8位，將其整合在一起得到溫度完整的數(shù)據(jù)。
如上LCD_Init()函數(shù)為1602液晶初始化程序，write_com(0x38)用來設(shè)置初始化顯示模式為0x38，write_com(0x0c)用來顯示開和光標(biāo)設(shè)置，write_com(0x06)用來顯示光標(biāo)移動設(shè)置。Wite_com()用來寫命令，write_data()用來寫數(shù)據(jù)，write_string()則用來給1602寫入顯示的字符串?dāng)?shù)據(jù)。
如上為按鍵設(shè)置子程序，當(dāng)按鍵KEY0或KEY1、KEY2或KEY3按下時LCD顯示的設(shè)置上限值也會隨之加減，改變報警溫度上限，從而實時判斷當(dāng)前溫度，當(dāng)溫度超出范圍則蜂鳴器報警。
附錄一 系統(tǒng)原理圖
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設(shè)計方案.7z
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