室内温度系统的设计.docx
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室内温度系统的设计
《专业综合实习》
报告
设计题目:
室内温度设计
专业:
电气工程及自动化
班级:
(三)班
姓名:
温强杨涛于兴国王兼姜黎黎
指导教师:
高飞
目录
1课程设计目的…………………………………………………1
2课程设计目的和要求…………………………………………1
3课程设计报告内容……………………………………………1
4总结和体会……………………………………………………8
1课程设计目的
综合运用所学过的知识进行室内温度系统设计,并进行实物的焊接以实现设计的要求。
2课程设计题目和要求
课程设计题目:
室内温度系统设计。
课程设计要求:
1)测量范围-55℃-125℃;
2)精度误差小于1℃;
3)LED数码直读显示。
3课程设计报告内容
3.1室内温度系统设计方案论证
进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温度值,进行转换,就可以满足设计要求。
3.2总体设计框图
温度计电路设计总体设计方框图如图1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
图1总体设计方框图
3.3主控制器
单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用三节电池供电。
3.4温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
3)无须外部器件;
4)可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
5)零待机功耗;
6)温度以9或12位数字;
7)用户可定义报警设置;
8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
9)负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
如图2DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其外部形状及管脚如图2所示。
图中①GND为地,②DQ为数据输入/输出端,该引脚为漏极开路输出,常态下成高电平,③可选用的VDD引脚,不用时应接地。
SOIC封装的NC为空引脚。
图2DS18B20的两种封装管脚图
其内部结构框图如图3所示。
图3DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号,接着是每个器件的惟一的序号,共有48位,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息,第3和第4字节TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。
第5个字节,为配置寄存器,它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图4所示。
低5位一直为1,TM是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图4DS18B20字节定义
由表1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。
因此,在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。
第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在先,高位在后,数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。
当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
R1
R0
分辨率/位
温度最大转换时间/ms
0
0
9
93.75
0
1
10
187.5
1
0
11
375
1
1
12
750
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。
若T>TH或T<TL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。
主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
表2 一部分温度对应值表
另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
3.5DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式,如图5所示单片机端口接单线总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
图5DS18B20与单片机的接口电路
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。
3.6系统的显示电路
如图6所示,采用74ls373驱动4位共阳极数码管进行显示采集温度。
如图,显示电路连接简单,调试方便。
图6显示电路
3.7系统整体硬件电路
系统整体硬件电路包括,传感器数据采集电路,温度显示电路,单片机主板电路等。
图5中的按健复位电路是上电复位加手动复位,使用比较方便,在程序跑飞时,可以手动复位,这样就不用在重起单片机电源,就可以实现复位。
3.8系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等。
4总结与体会
1、硬件装焊方面要有足够的耐心和细心,就算电路设计的再好,在焊接时出一点小差错,也是不允许的,往往电路的错误都是由于一些小问题引起的,如短路等,将造成不可预测的后果
2、软件方面注意的细节也很多,下面简单介绍一下这阵子写程序得到的一些经验:
(1)写较大的程序时一定要事先做好资源分配。
(2)堆栈指针SP应设初值。
(3)R1、R0也应规定好用哪一区的,即设PSW.3和PSW.4。
(4)进入中断时一定要记得保护ACC和PSW(视情况而定)。
(5)不止进中断时要保护,有时候在正常程序下也要对某些值进得保护。
可用堆栈式的保护也可先赋值给其他地址,过后再赋回来
(6)妥善使用位地址,位地址可做为一些标志位,可以给编程带来很大的方便。
在本程序中,我就用了三个位地址,使程序大大的简化了
参考书目:
[1]张迎新,《单片机初级教程——单片机基础》,北京,北京航空航天大学出版社,2006年
[2]马忠梅,籍顺心,张凯新,《单片机的C语言应用程序设计》,北京,北京航空航天大
学出版社,2003年
[3]徐爱钧,彭秀华,《KeilCx51V7.0单片机高级语言编程与μVision2应用实践》,北京,2006年
[4]谢维成,杨加国,《单片机原理与应用及C51程序设计》,北京,清华大学出版社,2006年
附
录一:
电路原理图
附录二:
C语言程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitds=P2^3;
sbitdula=P2^7;
sbitwela=P2^6;
sbitbeep=P1^7;
ucharflag;
uinttemp;//参数temp一定要声明为int型
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,
0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//不带小数点数字编码
ucharcodetable1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,
0x87,0xff,0xef};//带小数点数字编码
/*延时函数*/
voidTempDelay(ucharus)
{
while(us--);
}
voiddelay(uintcount)//延时子函数
{
uinti;
while(count)
{
i=200;
while(i>0)
i--;
count--;
}
}
/*串口初始化,波特率9600,方式1*/
voidinit_com()
{
TMOD=0x20;//设置定时器1为模式2
TH1=0xfd;//装初值设定波特率
TL1=0xfd;
TR1=1;//启动定时器
SM0=0;//串口通信模式设置
SM1=1;
//REN=1;//串口允许接收数据
PCON=0;//波特率不倍频
//SMOD=0;//波特率不倍频
//EA=1;//开总中断
//ES=1;//开串行中断
}
/*数码管的显示*/
voiddisplay(uinttemp)
{
ucharbai,shi,ge;
bai=temp/100;
shi=temp%100/10;
ge=temp%100%10;
dula=0;
P0=table[bai];//显示百位
dula=1;//从0到1,有个上升沿,解除锁存,显示相应段
dula=0;//从1到0再次锁存
wela=0;
P0=0xfe;
wela=1;
wela=0;
delay
(1);//延时约2ms
P0=table1[shi];//显示十位
dula=1;
dula=0;
P0=0xfd;
wela=1;
wela=0;
delay
(1);
P0=table[ge];//显示个位
dula=1;
dula=0;
P0=0xfb;
wela=1;
wela=0;
delay
(1);
}
/*****************************************
时序:
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机(单片机)作为主设备,单总
线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输
都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总
线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动
读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低
位在先。
初始化时序:
复位脉冲存在脉冲
读;1或0时序
写;1或0时序
只有存在脉冲信号是从18b20(从机)发出的,其
它信号都是由主机发出的。
存在脉冲:
让主机(总线)知道从机(18b20)已
经做好了准备。
******************************************/
/*--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
初始化:
检测总线控制器发出的复位脉冲
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
voidds_reset(void)
{
ds=1;
_nop_();//1us
ds=0;
TempDelay(80);//当总线停留在低电平超过480us,总线上所以器件都将被复位,这里//延时约530us总线停留在低电平超过480μs,总线上的所有器件都
//将被复位。
_nop_();
ds=1;//产生复位脉冲后,微处理器释放总线,让总线处于空闲状态,原因查//18b20中文资料
TempDelay(5);//释放总线后,以便从机18b20通过拉低总线来指示其是否在线,
//存在检测高电平时间:
15~60us,所以延时44us,进行1-wirepresence//detect(单线存在检测)
_nop_();
_nop_();
_nop_();
if(ds==0)
flag=1;//detect18b20success
else
flag=0;//detect18b20fail
TempDelay(20);//存在检测低电平时间:
60~240us,所以延时约140us
_nop_();
_nop_();
ds=1;//再次拉高总线,让总线处于空闲状态
/**/
}
/*----------------------------------------
读/写时间隙:
DS1820的数据读写是通过时间隙处理
位和命令字来确认信息交换。
------------------------------------------*/
bitds_read_bit(void)//读一位
{
bitdat;
ds=0;//单片机(微处理器)将总线拉低
_nop_();//读时隙起始于微处理器将总线拉低至少1us
ds=1;//拉低总线后接着释放总线,让从机18b20能够接管总线,输出有效数据
_nop_();
_nop_();//小延时一下,读取18b20上的数据,因为从ds18b20上输出的数据
//在读"时间隙"下降沿出现15us内有效
dat=ds;//主机读从机18b20输出的数据,这些数据在读时隙的下降沿出现//15us内有效
TempDelay(10);//所有读"时间隙"必须60~120us,这里77us
return(dat);//返回有效数据
}
uchards_read_byte(void)//读一字节
{
ucharvalue,i,j;
value=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
j=ds_read_bit();
value=(j<<7)|(value>>1);
}
return(value);//返回一个字节的数据
}
voidds_write_byte(uchardat)//写一个字节
{
uchari;
bitonebit;//一定不要忘了,onebit是一位
for(i=1;i<=8;i++)
{
onebit=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(onebit)//写1
{
ds=0;
_nop_();
_nop_();//看时序图,至少延时1us,才产生写"时间隙"
ds=1;//写时间隙开始后的15μs内允许数据线拉到高电平
TempDelay(5);//所有写时间隙必须最少持续60us
}
else//写0
{
ds=0;
TempDelay(8);//主机要生成一个写0时间隙,必须把数据线拉到低电平并保持至少60μs,这里64us
ds=1;
_nop_();
_nop_();
}
}
}
/*****************************************
******************************************/
/*----------------------------------------
进行温度转换:
先初始化
然后跳过ROM:
跳过64位ROM地址,直接向ds18B20发温度转换命令,适合单片工作
发送温度转换命令
------------------------------------------*/
voidtem_change()
{
ds_reset();
delay
(1);//约2ms
ds_write_byte(0xcc);
ds_write_byte(0x44);
}
/*----------------------------------------
获得温度:
------------------------------------------*/
uintget_temperature()
{
floatwendu;
uchara,b;
ds_reset();
delay
(1);//约2ms
ds_write_byte(0xcc);
ds_write_byte(0xbe);
a=ds_read_byte();
b=ds_read_byte();
temp=b;
temp<<=8;
temp=temp|a;
wendu=temp*0.0625;
temp=wendu*10+0.5;
returntemp;
}
/*----------------------------------------
读ROM
------------------------------------------*/
/*
voidds_read_rom()
{
uchara,b;
ds_reset();
delay(30);
ds_write_byte(0x33);
a="ds"_read_byte();
b="ds"_read_byte();
}
*/
voidbaojing(temp)
{
if(temp>30)
{beep=0;}
}
voidmain()
{
uinta;
init_com();
while
(1)
{
tem_change();//12位转换时间最大为750ms
baojing(get_temperature());
for(a=10;a>0;a--)
{
display(get_temperature());
}
}
}
- 配套讲稿:
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