温度温度测量系统作品设计报告.docx
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温度温度测量系统作品设计报告
温度测量系统
作品设计报告
队名:
二人行
队长:
xxxxxxx
队员:
xxxxxxxx、xxxxxx、xxxx
2011年11月20日
摘要
随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域。
本作品是以AT89C52单片机系统为核心,利用DS18B20温度传感器制作而成的温度测量系统。
传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器,这类传感器可靠性差,测量温度准确率低且电路复杂,而采用DS18B20温度传感器可以使电路大大简化。
使用单片机的数字式温度测量系统,用数字直观的展示温度,便于读数、正确性高而且还可以智能控制。
关键词:
单片机;AT89C52;DS18B20
1.总体设计方案
数字温度计设计方案论证
1.1.1方案一
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,再将被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路,因此比较麻烦。
1.1.2方案二
热敏电阻等温度感应器要求的电路比较复杂,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。
从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。
2.电路设计
2.1总体设计框图
温度计测量系统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,警报采用一个蜂鸣器,用LCD1602实现温度显示。
2.2主控制器
单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,有足够的端口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,系统可用二节电池供电。
2.3显示电路
显示电路采用TN1062A液晶显示板。
1602A是一种工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。
(16列2行)(注:
说明书见附件)
2.4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:
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
●DS18B20无需转换直接读取数据;
●无须外部器件;
●可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
●零待机功耗;
●温度以9或12位数字;
●用户可定义报警设置;
●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;
●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;
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2所示。
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。
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3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出厂时该位被设置为0,用户要去改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,来设置分率。
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。
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,只要计数器门仍关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
2.5DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
1.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,单片机端口接单线总线,为保证在有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。
本设计采用第一种供电方式。
3.系统整体硬件电路
4.总结
很感谢有这样的一个机会,让我们实践单片机和温度伟传感器。
经过近三周时间辛勤努力查找资料和焊接电路。
功夫不负有心人,终于按计划完成了温度测量系统的设计,单片机能实现温度测量和报警。
虽然设计得很简单,功能单调,焊接电路粗糙,但从心里来说,还是非常高兴,回想以前遇到的困难,心里更美滋滋的,毕竟这次设计通过自己勤劳所得的结晶。
高兴之余不得不深思总结。
在本次设计过程中,我发现自己有很多不足之处。
我们现在刚上单片机的课程,对单片机的使用还是不是很了解,很多需要的内容我们还是明白。
幸好有网络这个平台,我们积极从网上查找资料。
刚好前一个月前我们进行了电子工艺实习,对于这次的设计给给予我们很大的帮助。
这次的设计真的让我们难以忘记,而且长进很多知识。
单片机课程设计最重要就在于软件编程序的设计,需要有很清晰的思路。
大二的时候学过c++,写过一些简单的程序,但没有像这次这么复杂。
这次采用了很多指令,例如调表指令,比较指令,跳转指令等等。
。
这次更进一步认识单片机和汇编程序。
从这次的设计中,我们学习到很多知识,也知道自己的不足之处,在以后的学习中,仔细认真,注重细节,要理论联系实际,把我们所学到的知识运用到实际当中,并把实践中发现的问题弥补理论。
这次设计的遗憾是我们将要接近考试,那些发挥的部分很多没有时间来的做。
参考文献
[1]喻萍郭文川主编,单片机原理及接口技术。
[2]边春元,李文涛,江杰,杜萍,C51单片机典型模块设计与应用,机械工业出版社,2008。
[3]张萌,和湘,姜斌,杜萍,单片机应用系统开发综合实例,清华大学出版社,2007。
附件一、温度测量系统程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/*************************************************/
//函数申明//
/*************************************************/
voiddelay(uchark);//标准延时函数
voiddelay1(uints);//LCD延时函数
voidinit();//初始化显示
voidinit_18b20();//复位ds18b20
voidwrite_18b20(uchardat);//写ds18b20数据
ucharread_18b20();//读ds18b20数据
voidread_word_18b20();//读数据并转换温度,进行显示
voiddisp_tp();//温度显示
voidinit_LCD();//初始化LCD1602
voidwrite_data(uchardate);//写LCD1602显示数据
voidwrite_com(ucharcom);//写LCD1602指令
voidsw();//按键扫描,修改报警上下限值
voidsw_disp();//显示修改报警上下限界面
sbitDQ=P1^7;//ds18b20数据线引脚
sbitrs=P2^0;
sbitrw=P2^1;
sbiten=P2^2;
sbitP10=P1^0;//蜂鸣器报警引脚,P10=1时报警
sbitk0=P3^0;//4个按键:
k0--加上限值,k1--减上限值,k2--加下限值,k3--减下限值
sbitk1=P3^1;
sbitk2=P3^2;
sbitk3=P3^3;
uinttvalue;//温度值
uchartflag;//温度正负标志
uinti,j,kk=0,key=0;//kk控制上下限值修改界面显示,key控制温度界面显示
uinttemph=30;//初始上限值
uinttempl=25;//初始下限值
ucharcodedis0[]={"TwoMen"};
ucharcodedis1[]={0x00,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x00};//初始化等待界面,进程的代码
ucharcodedis2[]={"temperature:
"};
ucharcodedis3[]={0x06,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,//温度符号代码(。
)
0x00,0x00,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06};//温度符号代码(C)
ucharcodedis4[]={"Changenumerical:
"};
ucharcodedis5[]={"H:
L:
"};
uchardatatemp_data[5];//储存温度值的数据
/*************************************************/
//主函数//
/*************************************************/
voidmain()
{
init();//初始化显示
init_LCD();//初始化LCD1602
ss:
init_18b20();//复位ds18b20
read_word_18b20();//读数据并计算转换温度,显示温度值
if(((tvalue/10)%100) elseif(((tvalue/10)%100)>=temph)P10=0;//温度高于或等于上限值,报警 elseP10=1; kk=0; sw(); gotoss; } /*************************************************/ //开机初始化显示----欢迎等待界面// /*************************************************/ voidinit()//初始化显示 { ucharn,a,b,temp; P10=0; P3=0x0f; init_LCD();//初始化LCD1602 write_com(0x84); for(n=0;n<8;n++) { write_data(dis0[n]); delay1(10); } delay1(100); write_com(0x40);//写1602,RAM地址 for(a=0;a<8;a++)//写入自定义字符,用于LCD显示 { write_data(dis1[a]); } temp=0xc0;//赋初始化显示,进程标志的初始地址 for(b=0;b<16;b++)//显示进程标志的进度 { write_com(temp);//写进程命令 write_data(0);//显示进程标志 delay1(80); temp++; } delay1(500); } /*************************************************/ voidinit_LCD()//初始化LCD1602 { write_com(0x01);//清屏 write_com(0x38);//8位数据,双列,5*7字形 write_com(0x0c);//开启显示屏,关光标,光标不闪烁 write_com(0x06);//显示地址递增,即写一个数据后,显示位置右移一位 write_com(0x80);//写LCD初始显示地址 } /*************************************************/ voidwrite_com(ucharcom)//写LCD1602指令 { rs=0;//选择指令寄存器 rw=0;//选择写 P0=com;//把命令字送入P0 delay1(5);//延时一小会儿,让1602准备接收数据 en=1;//使能线电平变化,命令送入1602的8位数据口 en=0; } /*************************************************/ voidwrite_data(uchardate)//写LCD显示数据 { rs=1;//选择数据寄存器 rw=0;//选择写 P0=date;//把要显示的数据送入P0 delay1(5);//延时一小会儿,让1602准备接收数据 en=1;//使能线电平变化,数据送入1602的8位数据口 en=0; } /*************************************************/ //复位ds18b20// /*************************************************/ voidinit_18b20() { uchartext=1; while(text) { while(text) { DQ=1; _nop_(); _nop_();//从高拉倒低 DQ=0; delay(50);//550us DQ=1; delay(6); text=DQ;//判断DS18B20是否存在 //P3=0x80;//存在,则蜂鸣器发出短暂鸣声,若不存在,则一直蜂鸣报警 } delay(45); text=~DQ; //P3=0x00; } DQ=1; } /*************************************************/ //写18b20数据// /*************************************************/ voidwrite_18b20(uchardat) { uchart; for(t=8;t>0;t--) { DQ=1; DQ=0;//从高拉倒低 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); DQ=dat&0x01;//写数据,从地位开始 delay(6); dat>>=1;//8位数据,一位一位的写入ds18b20 } DQ=1; } /*************************************************/ //读18b20数据// /*************************************************/ ucharread_18b20() { uchart; ucharvalue=0; for(t=8;t>0;t--) { DQ=1; value>>=1; DQ=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); DQ=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); if(DQ)value|=0x80; delay(6); } DQ=1; return(value); } /*************************************************/ voidread_word_18b20() { ucharx,y; write_18b20(0xcc);//发命令: SkipROM,跳过读序列号 write_18b20(0x44);//启动温度转换 init_18b20(); write_18b20(0xcc);//发命令: SkipROM,跳过读序列号 write_18b20(0xbe);//读取温度 x=read_18b20();//温度值低8为存入x y=read_18b20();//温度值高8为存入y tvalue=y;//整合温度值的低8位与高8位: tvalue<<=8;//左移8位,即将温度值的高8位数据移入16位整形变量tvalue的高位, tvalue|=x;//再与温度值的低8位相或,即将低8位数据存入tvalue低位中,完成数据整合 if(tvalue<0xfff)tflag=0; else { tflag=1; tvalue=(~tvalue)+1; } tvalue=tvalue*0.625;//扩大10倍,换算出温度值,显示一位小数。 (若扩大100倍,则可通过换算显示出2位小数) temp_data[0]=tvalue/1000+0x30;//百位(加0x30,将数据转换为ASCII码,LCD才能正常显示) temp_data[1]=(tvalue/100)%10+0x30;//十位 temp_data[2]=(tvalue%100)/10+0x30;//个位 temp_data[3]='.';//小数点 temp_data[4]=tvalue%10+0x30;//小数位 disp_tp();//调用温度显示 } /*************************************************/ voiddisp_tp()//温度显示 { ucharm,z; ucharu=0; if(key==1) init_LCD(),key=0;//清屏 write_com(0x80); for(m=0;m<12;m++) { write_data(dis2[m]);//显示temperature: delay1(5); } write_com(0xc6); if(temp_data[0]==0x30)//若百位为0,则不显示 { u=1; if(temp_data[1]==0x30)//若百位与十位都为0,则不显示 u=2; } for(m=u;m<5;m++) { write_data(temp_data[m]);//显示转换的温度数值 } write_com(0x40);//写1602,RAM地址 for(z=0;z<16;z++)//写入自定义字符(温度符号),用于LCD显示 { write_data(dis3[z]); } write_com(0xcb);//显示温度符号 for(z=0;z<2;z++) { write_data(z); } } /*************************************************/ //按键扫描// /*************************************************/ voidsw() { uintv; if(P3! =0x0f) { delay1(10); if(P3! =0x0f) { for(v=0;v<100;v++)//循环扫描按键一段时间后自动退出,返回到温度显示界面 { sw_disp(); if(! k0) { delay1(10); if(! k0)temph++; } if(! k1) { delay1(10); if(! k1)temph--; } if(! k2) { delay1(10); if(! k2)templ++; } if(! k3) { delay1(10); if(! k3)templ--; } } key=1; } } } /*************************************************/ voidsw_disp() { ucharc; if(kk==0)write_com(0x01),kk=1; write_com(0x80); for(c=0;c<16;c++) { write_data(dis4[c
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