计算机测控技术课程设计单片机测温系统设计及其天气学释用Word文档下载推荐.docx
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(1)阳光直射处的地表温度远高于常规意义上的预报温度。
(2)温度的变化相比于天气的变化要提前很多,因而温度的变化对于预测天气变化有着较为重要的作用。
关键字:
单片机测温系统,温度,天气,STC89C52
第1章绪论
1.1 研究背景及意义
在人类的历史长河中,发展是不变的主题,随着人类在各方面的不断进步,随之而来的问题也是层出不穷,而最为突出的便是环境问题,环境与人类的生存息息相关,也是人类进步与发展的基石。
随着增加的人口数量和加速的工业化进程,环境逐渐成为人们关注的焦点。
近年来全球极端天气频繁出现,对于人类生活的影响也日趋广泛,因而环境的监测成为了人类对于环境了解的重要手段。
由于环境监测的重要性,因而准确性和连续性成为了环境监测的重要指标,而便携式温度监测系统在这一方面达到了较高的标准。
此外要想提高对天气的预报能力,就必须将目前建立在天气尺度上的探测体系转移到中尺度的体系上来,就要发展新的探测体系,而地基大气遥感探测系统能够很好地满足这一要求[1]。
在生产实践过程中,经常需要对生产设备的某些场所的温度进行测量与控制,在传统的温度测量系统中,温度信号经传感器转换为电压信号输出,这个电压信号还需要经过放大、滤波等处理环节后,才能送到显示器和控制器中去[2]。
数据采集中,传感器的作用将会体现出来,一般将传感器放置在监测区,连续不间断地对监测区域进行测量,但在实际情况中,环境相对复杂,因而对传感器的工作有较大的影响,为了提高传感器的数据的准确性,因而在软件设计时应考虑到这一点,尽量减小外界不确定因素对于传感器监测的影响。
除此之外,还要采用工作性能较好的,不易受外界干扰的传感器,比如本课题采用的DS18B20。
本课题所设计的便携式温度监测系统是单片机测温系统,它的测温范围是-55℃~125℃,精度是0.5℃,在LCD1602中显示的值是单片机中传输来的整型值乘以0.0625,除此之外,能够长时间无间断测量,不会出现中间停止的现象,符合便携式温度监测系统对于准确性和连续性的要求,因而,是较为准确和持久的便携式温度监测系统。
利用本测温系统对温度进行监测,同时记录这段时间内的天气变化,通过对温度和天气变化的记录和分析,得出温度和天气变化之间的关系,对每次测完温度后分析得到的关系进行记录,比较所有测温数据所得到的温度天气关系,分析其中之间是否存在相同的关系即在相同的温度变化的情况下,天气变化情况是否相同。
1.2论文结构及主要内容
根据本实验的目的即通过单片机测温系统的设计与制作,得到测温系统后对温度进行监测,与同一时段的天气变化进行分析,确定温度和天气之间的相对应的关系。
因而,本论文分为四章,各章内容简介如下:
第一章:
绪论
介绍了本论文的目的及任务,并提出了提高准确度的方法。
第二章:
单片机的设计与制作
对单片机进行了实验所必需的设计与制作,使其能够符合实验的基本条件。
第三章:
温度测量实验及天气学释用
利用单片机测温系统对周围固定地点进行连续监测,得出温度数据,同时,记录天气的变化。
第4章:
结论与分析
对测量得到的温度数据和天气的变化进行分析,得出两者之间的规律。
第2章单片机的设计与制作
单片机的设计与制作分为两个步骤,第一步是对单片机进行电路图及硬件的设计,这一步是单片机设计的基础;
第二步是对于单片机运行程序的设计,程序是单片机运行的保障,使得单片机能够独立完成指定的功能。
2.1单片机电路图的设计
单片机又称为微处理器或者微控制器,是较为常见的智能产品中信号处理的核心部件。
单片机根据运行速度,数据位数,RAM,ROM等分为很多种类,其中又以MCS-51和52单片机较为常见,其较为广泛应用的主要原因就是它具有方便的开发工具、集成环境和软件支持[3]。
单片机是系统的核心,因而它的选型对于整个系统有着较大的影响,除此之外,不同的单片机对于系统的其他元器件也有着不同的要求,所以,选择单片机型号对系统的设计至关重要。
本课题选用MCS-52单片机作为微处理器,因为其开发工具较为强大,能够对系统起到较好的控制,除此之外,MCS-52内置8kb的ROM,能够容纳一般程序,而且可靠性较好,因而选择MCS-52作为系统的核心。
2.1.1总体设计
在进行单片机电路图设计时,运用PROTEUS软件进行设计,PROTEUS软件是一款较为方便的仿真软件,它的运行界面如图2.1所示,它不仅具有其他EDA的仿真功能,还可以仿真单片机及其外围的元器件。
本次课题中的单片机测温系统运用PROTEUS进行电路图的设计,在开始阶段,首先确定所用元器件的类型,单片机采用STC89C52,温度传感器采用DS18B20,显示器采用LCD1602,电源则采用5V电压。
确定好元器件后,对元器件进行布局,单片机在中间位置,LCD1602在单片机的右上角,DS18B20则在单片机右下角,电源在单片机的左下角,板子是16cm×
10cm。
2.1.2单片机最小系统设计
确定好元器件的布局后绘制单片机的最小系统,单片机的最小系统包括复位电路,电源和晶振,复位电路包括复位开关一个,1k5的电阻一个和104的电容一个,复位电路只有一条线,连接在单片机的9管脚,晶振包括20p的电容两个和11.0592M的晶振一个,分别连接在18,19管脚,单片机的电源在20,40管脚,20管脚接地,40管脚接电源,在复位电路和晶振中也需要电源和地的存在。
图2.1PROTEUS操作界面
2.1.3LCD1602设计
在单片机最小系统完成后,接下来绘制LCD1602的电路图,LCD1602一共有16个管脚,每个管脚对应的功能都不一样,1管脚接地,2管脚接电源,3管脚接一个1k5Ω的电阻后接地,4管脚接单片机的25管脚,5管脚接地,6管脚接单片机27管脚,7管脚到14管脚依次通过排阻接单片机的39到32管脚,其中,排阻为8×
10kΩ的阻值大小,排阻中一管脚接电源,15管脚接10Ω的电阻后接电源,16管脚接地。
完成LCD1602的电路图设计后,用万用电表对各管教的导通状态进行检测,看是否有错误出现。
2.1.4DS18B20的设计
完成LCD1602后,进行DS18B20的设计,DS18B20芯片是美国DALLAS公司生产的微处理器监控电路芯片,其中PBRST引脚为按键复位输入端,该引脚端加一个按键开关S1,方便人工进行复位控制;
该芯片的输出引脚5直接到80C320单片机的RST引脚,在单片机运行处于失控状态下可以停止和重新起动单片机正常运行,而且它可直接将温度转化为数字信号处理器处理[4]。
它的测量温度范围为-55℃~125℃,在-10℃~+85℃范围内精度为±
0.5℃,适合普通场合的多路温度检测[5]。
DS18B20一共有三条引线,其中两条是接电源和地,另一条与单片机相连,在我们学习的课本中,DS18B20的数据线是与单片机的第23管脚相连,同时,再用一条导线使得数据线通过连接一个10kΩ的电阻后与电源相连,但在本论文中,我将数据线直接连接在单片机的第四管脚,因为软件中定义第四管脚为DS18B20的数据传输端口,所以,为了使得硬件与软件相对应,所以才连接在了单片机的第四管脚,使得与课本上产生了不同。
在设计完成后,利用万用电表检测各个管脚是否导通。
DSl8B20是一种1-wire器件,它只用一根信号线与单片机进行串行通信,这就在硬件上使电路得以简化,但是,这就必然要求在软件上程序要对其进行复杂的时序控制。
DSl8B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念。
因此系统对DSl8B20的各种操作必须按协议进行[6],在完成电路图的绘制之后,得到如图2.2所示电路图。
DS18B20的特点:
(1)独特的单总线结构、仅需要一个接口就可以实现通讯;
(2)简单的多点分布应用;
(3)不需要外部的元件;
(4)可以使用数据线本身供电,电压范围是从3.3V到5V:
(5)测量范围从-55℃到+125℃;
(6)在-10℃到85℃之间的精度0.5℃;
(7)在750ms以内(最大值)将温度转换为数字值;
(8)用户可以定义非易失性的温度告警设置;
(9)告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件;
(10)应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统[7]。
完成以上元器件的焊接后,进行电源的焊接,将电源加入到单片机系统中,使得每个元器件能够与电源和地线相连,使得单片机测温系统能够正常工作。
接下来就是程序的设计。
图2.2利用PROTEUS软件绘制的单片机测温系统电路图
2.2单片机测温系统的程序设计
对于单片机中的程序设计,运用KEIL能够进行较为全面的设计与编译,KEIL软件对单片机的程序设计是一种重要的开发软件。
系统采用KEIL语言作为嵌入式软件系统的编程语言,采用片上系统方式进行设计[8]。
KEIL软件能够提供C编译器、宏汇编和连接器等在内的较为完整开发方案.
KEIL公司是一家全球领先的微控制器软件开发的独立供应商,之所以能够达到全球领先,除了企业自身的实力外,KEIL本身的软件优越性也是一个重要因素。
图2.3单片机测温系统程序流程图
2.2.1主程序的设计
在主程序中,设计一个循环,通过定时器0中断方式1让单片机每隔600毫秒读取一次温度传感器的温度并在显示屏上显示出来。
同时,在单片机内部完成由DS18B20传输而来的整型数据通过数学公式(temerature=(float)temp*0.0625[9])转化为实际温度值并传输到LCD1602中。
2.2.2DS18B20的程序设计
对于DS18B20的程序来说,主要包含三部分:
DS18B20的初始化
(其中包含复位,读一位数据,温度转换,寄存器存储)单片机读取DS18B20内部的数据。
2.2.3LCD1602的程序设计
LCD1602只需执行写操作,所以它的程序主要包含两部:
LCD1602的初始化LCD1602的写操作。
中包含写数据,写命令,写字符串,写字符。
在写命令的时候需将数据命令选择端RS置为低电平,读写端R/W置为低电平,使能信号端E置为高脉冲(上升沿);
在写数据的时候需将数据命令选择端RS置为高电平,读写端R/W置为低电平,使能信号端E置为高脉冲。
(单片机程序见附录)
在完成所有的设计与制作后,对单片机进行调试,最终调试成功,如图2.4所示为正常工作的单片机测温系统。
图2.4正常工作的单片机温度测量系统
第三章温度测量实验及天气学释用
在完成单片机的设计与制作后,便要利用单片机进行温度测量实验,可以说,单片机的设计与制作只是铺垫,而温度测量实验则是重点。
在进行温度测量实验之前,首先要进行单片机准确性的检测,然后才能进行实验。
3.1对于单片机测量温度准确度的检测
3.1.1与教六楼气象站的比
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- 计算机 测控 技术 课程设计 单片机 测温 系统 设计 及其 天气 学释用