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ISubject:
DesignofIntelligentTemperaturesensor(software)ABSTRACTModernizationofcoalproductionenterprisescannotbeseparatedfromthemodernizationoftheinspectionandmonitoringsystem,monitoringsystemunderthecoalmineproductionsafetyisanimportantguarantee,andthetemperatureistheleveloftheundergroundcoalmineexplosiononeoftheimportantsymbols.Therefore,inthecoalminemonitoringsystemintheadditionaltemperaturesensorisverynecessary.AT89S52SCMsystemusesasthecoretemperaturecontrolsensors,tomeasuretemperature,timeshowedthattemperature,andwhenthetemperatureisoverwhentheemergencyalarm.Temperaturethroughthecollectionto51temperaturesensorswithintheSCM.Thedesignstakefulladvantageofthesuspensionof51MCUresources,toachievereal-timemonitoringresults.Thetemperaturesensorsoftwaredesignismodularstructuredesign,includingthemainprogram,routinesandinterruptserviceprocedures,tofacilitatetheprocessofdebugging,connect,andexpansion.Mainprogrammainlycompletedself-inspectionsystem,andfunctionalmoduleinitializationsubroutinecalls,andotherfunctions,andthefunctionalmodulesubroutineisthefunctionofthesystemtoachievespecific.KEYWORDS:
AT89S52microcomputer,temperaturesensors,datacollectionreal,timeinspectcontrol目录前前前前言言言言....................................................................11111绪绪绪绪论论论论..................................................................1
II1.1研究的背景及意义....................................................11.2国内外发展趋势及研究现状............................................21.2.1集成温度传感器的产品分类........................................21.2.2智能温度传感器发展的新趋势......................................31.3本文的主要工作......................................................42222基于基于基于基于AT89S52AT89S52AT89S52AT89S52单片机温度传感器的概述单片机温度传感器的概述单片机温度传感器的概述单片机温度传感器的概述......................................52.1温度传感概述........................................................52.2基于AT89S52单片机的温度传感器简介..................................62.2.1基于AT89S52单片机的温度传感器的工作原理........................62.2.2DS18B20简介....................................................72.2.3AT89S52单片机性能简介..........................................72.2.41602通用液晶简介...............................................93333基于基于基于基于AT89S52AT89S52AT89S52AT89S52单片机温度传感器硬件部分设计单片机温度传感器硬件部分设计单片机温度传感器硬件部分设计单片机温度传感器硬件部分设计..............................103.1系统总体介绍.......................................................103.2单片机AT89S52硬件结构.............................................103.31602液晶显示硬件结构..............................................123.4温度传感器DS18B20硬件结构.........................................133.4.1DS18B20内部结构...............................................133.4.2DS18B20供电方式...............................................133.4.3DS18B20的测温原理.............................................144444基于基于基于基于AT89S52AT89S52AT89S52AT89S52单片机温度传感器软件部分设计单片机温度传感器软件部分设计单片机温度传感器软件部分设计单片机温度传感器软件部分设计..............................164.1软件设计概述.......................................................164.1.1软件设计原则...................................................164.1.2软件设计步骤...................................................164.1.3程序设方法.....................................................184.2程序流程图.........................................................194.2.1主程序设计.....................................................194.2.2测温子程序.....................................................204.2.3显示子程序及液晶模块的驱动.....................................23
III4.2.4数字信号处理...................................................254.3程序代码设计.......................................................265555系统调试系统调试系统调试系统调试...............................................................375.1系统静态调试.......................................................375.2系统动态调试.......................................................385.3实验中遇到的问题及注意事项.........................................396666结语结语结语结语..................................................................41致谢致谢致谢致谢....................................................................42参考文献参考文献参考文献参考文献................................................................43附录附录附录附录:
硬件电路图硬件电路图硬件电路图硬件电路图........................................................44
1前言在监测监控系统中,温度一直都是一个很重要的物理参数,温度的检测和控制直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系,因此在国民经济的各个领域中都受到了人们的普遍重视。
随着传感器技术和电子测量技术的迅猛发展,以单片机为主的嵌入式系统已广泛应用于工业现场,新型的电子测温仪器不仅操作简单,而且精度比传统仪器有很大提高。
目前在工业生产现场使用最广泛的温度传感器主要有热电偶和热电阻,例如DS18B20就是使用最广泛的传感器之一。
本文介绍的就是采用DS18B20设计的基于AT89S52单片机的双通道温度传感器。
1绪论1.1研究的背景及意义煤矿安全监测系统主要是对煤矿生产系统安全状况的监测其中包括对矿井空气中有害或危险成分的监测、矿井空气物理状态的监测和通风设备运行状态以及其它参数的监测。
近年来,国内先后研制或引进多种类型的煤矿安全监测系统,因设备整体价格比较高,很多中小型煤矿难于承受,而安全事故往往发生在这些煤矿的生产过程中。
因此,研制一种价格低、性能可靠、容量适中的煤矿安全监测系统十分必要,也是现实的客观需求。
温度的高低是煤矿井下是否发生爆炸的重要标志之一。
煤矿安全仪表是监测监控系统煤矿井下环境参数(包括甲烷、一氧化碳、氧气、温度、风速等)的一类手持式或固定式仪器。
它所采用的技术从模拟分立器件到大规模集成电路得到了长足的发展,为煤矿的安全生产做出了巨大的贡献。
由于煤矿井下生产条件的特殊性,要求所使用的安全仪表必须结构简单、功能齐全、安全可靠、功耗尽可能的小。
[1]工业生产带动了人类社会的进步,同时也促进了各种新的传感器的发展也推动作工业的发展。
在工业生产中温度的准确测量是一个比较困难的事情从最初的酒精、水银温度计到现在的数字化、集成化的温度计可见传感器的发展是飞快的。
它快速的发展必将带来新一轮的工业化的革命和社会发展的飞跃。
随着科学技术的不断发展与进步,温度传感器的种类日益繁多,应用逐渐广泛,并且开始有模拟式向着数字式、单总线式、双总线式和三总线式方向发展。
而智能温度传感器
2更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点,被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。
[2]1.2国内外发展趋势及研究现状现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
近百年来,温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段;
(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件);
(2)模拟集成温度传感器/控制器;
(3)智能温度传感器。
目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。
1.2.1集成温度传感器的产品分类1.2.1.1模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。
模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。
模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。
它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器,典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。
1.2.1.2模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器,典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。
某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处。
但它自成系统,工作时并不受微处理器的控制,这是二者的主要区别。
31.2.1.3智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。
目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU);
并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。
[3]1.2.2智能温度传感器发展的新趋势进入21世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
1.2.2.1提高测温精度和分辨力在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器,采用的是8位A/D转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到1°
C。
目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~0.0625°
由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达0.03125°
C测温精度为±
0.2°
为了提高多通道智能温度传感器的转换速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。
以AD7817型5通道智能温度传感器为例,它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27us、9us。
1.2.2.2增加测试功能新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。
例如,DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。
DS1624还增加了存储功能,利用芯片内部256字节的E2PROM存储器,可存储用户的短信息。
另外,智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择,主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式,有的还增加了低温极限扩展模式,操作非常简便。
对某些智能温度传感器而言,主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率(典型
4产品为MAX6654),分辨力及最大转换时间(典型产品为DS1624)。
能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。
典型产品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。
智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系统;
它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。
1.2.2.3总线技术的标准化与规范化目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。
温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。
[4]1.3本文的主要工作本文详细论述了近年来我国煤矿安全生产监测监控系统中主要的温度传感器的原理、特点及软件设计。
温度传感器的软件设计采用模块化结构设计,主要包括主程序、子程序和中断服务程序,方便了程序的调试、连接和扩展。
此系统设计还可以扩展为根据矿井具体情况的不同来设置阈值、显示保持时间和铃声保持时间,并通过特定的设计使得此温度传感器能适应于不同的矿井,满足不同安全管理操作方便的需要。
52基于AT89S52单片机温度传感器概述2.1温度传感概述温度传感器,使用范围广,数量多,居各种传感器之首。
温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段:
1.传统的分立式温度传感器(含敏感元件),主要是能够进行非电量和电量之间转换。
2.模拟集成温度传感器/控制器。
3.智能温度传感器。
目前,国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。
温度传感器的分类:
温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类:
一类是接触式温度传感器,一类是非接触式温度传感器。
接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触,通过热传导及对流原理达到热平衡,这是的示值即为被测对象的温度。
这种测温方法精度比较高,并可测量物体内部的温度分布。
但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象,这种方法将会产生很大的误差。
非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。
常用的是辐射热交换原理。
此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象,也可测量温度场的温度分布,但受环境的影响比较大。
温度传感器的发展:
1.传统的分立式温度传感器――热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器,它与被测对象直接接触,不受中间介质的影响,具有较高的精度;
测量范围广,可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁――镍铬,最低可测到-269℃,钨――铼最高可达2800℃。
2.模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。
模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的,它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。
模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、
6响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。
3.智能温度传感器能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_)的结晶。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。
2.2基于AT89S52单片机的温度传感器简介2.2.1基于AT89S52单片机的温度传感器的工作原理基于AT89S52单片机的温度传感器的工作原理框图如图2.1所示图2.1工作原理结构框图首先通过DS18B20温度传感器采集现场的温度数据,然后经过DS18B20温度传感器自身的A/D转换器转换为16为数字代码;
再通过51单片机利用LCD1602显示当前现场的温度值,同时设置越限(当前温度超过一定限度时)报警,而且还可以根据不同的矿井要求设置不同的越限值从而使其宽广的测温范围能够广泛地应用到煤矿监测监控系统当中去。
并预本系统预设上位机接口,使温度数据能够上传到PC机中保存。
[5]现现现现场场场场温温温温度度度度数数数数据据据据温温温温度度度度传传传传感感感感器器器器单单单单片片片片机机机机温度显示温度显示温度显示温度显示蜂鸣报警蜂鸣报警蜂鸣报警蜂鸣报警串行通讯串行通讯串行通讯串行通讯
72.2.2DS18B20简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比,他能够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。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线。
因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DS18B20具有3引脚TO-92小体积封装形式;
温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;
其工
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