基于智能温度监测系统设计.doc
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基于智能温度监测系统设计.doc
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张敏基于智能的温度监测系统
重庆三峡学院毕业设计(论文)
题目基于智能的温度检测系统
院系应用技术学院
专业XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
年级XXXXXXX
学生姓名XXXXXX
学生学号XXXXXXXXXXXX
指导教师XXXXXX职称XXXX
完成毕业设计(论文)时间2011年12月
目录
第13页共29页
摘要 2
第一章绪论 3
第1.1节课题背景 3
第1.2节课题来源 3
第1.3节选题的意义 4
第1.4节课题内容及要求 4
第二章总体设计方案 4
第2.1节数字温度计设计方案论证 4
第2.2节总设计框图 5
第三章系统的硬件设计 5
第3.1节AT89C51的简介 5
第3.2节晶振电路的设计 2
第3.3节温度采集电路的设计 3
第3.4节温度显示电路的设计 8
第四章系统的软件设计 10
第4.1节应用软件的介绍 10
第4.2节概述 2
第4.3节DS18B20的单线协议和命令 2
第4.4节温度采集程序的设计 5
第4.5节温度显示程序的设计 6
结论 7
致谢语 8
参考文献 8
附录 8
仿真图 8
总程序 9
ABSTRACT 13
基于智能的温度监测系统
张敏
重庆三峡学院应用技术学院电子信息工程(应用技术方向)专业2008级重庆万州404000
摘要通过对温度监测系统的研究,设计了以AT89C51型单片机作为主控制器件,采用DS18B20数字温度传感器为测温元件,LM016L为温度显示器的智能温度监测系统。
设计内容两部分,即硬件设计和软件设计,本设计具有读数方便,测温范围广,测温精确,数字显示,适用范围宽等效果。
关键词AT89C51DS18B20LM016L液晶显示
第一章绪论
第1.1节课题背景
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有三十多年了。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面。
单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域,对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。
单片机有两种基本结构形式:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的,将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构,称为普林斯顿结构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,一般需要较大的程序存储器。
目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
本设计讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有体积小,可靠性高,功能强等特点。
不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发,有着广泛的应用领域。
第1.2节课题来源
众所周知,环境温度一直是生物能否较适宜生存的一个重要因素,而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受发展到用各种温度计来对环境温度进行准确的测量。
但是受限于技术等原因,温度计通常都有体积较大,精度不高等各种缺陷。
而数字温度测量芯片的出现则解决了这些问题,其中的一款芯片DS18B20是DALLAS公司生产的1-Wire,即单总线器件,具有线路简单,体积小的特点。
因此,用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线上可以挂载很多这样的数字温度芯片,十分方便。
温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器,在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。
全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
现在,新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。
使你可以充分发挥“一线总线”的优点。
DS18B20也支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量,如:
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同,新的产品支持3V~5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。
而且新一代产品更便宜,体积更小,这就为用最低的成本制作出用途更广,精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。
温度传感器的发展经历了三个发展阶段:
1.传统的分立式温度传感器;
2.模拟集成温度传感器;
3.智能集成温度传感器;
第1.3节选题的意义
温度的测量是科研与生产中最常见的一类测量技术,有效第对温度进行测量可以提高生产效率,提高产品质量,节能,减轻工人劳动强度,使实际系统的工作品质得到极大的改善。
智能温度测量系统因性价比高,研制周期短而得到广泛应用,采用微处理器构成的智能温度检测系统比使用分离元器件或集成电路器件构成的温度测量系统功能更强大、结构更灵活、性能更可靠、运行更稳定,已成为温度测量系统的首选。
第1.4节课题内容及要求
本次设计的主要思路是利用51系列单片机,数字温度传感器DS18B20和LM016L液晶显示,构成实现温度检测与显示的单片机控制系统,即数字温度计。
通过对单片机编写相应的程序,达到能够实时检测周围温度的目的。
通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及过程,了解各功能器件(单片机、DS18B20、LCD)的基本原理与应用,掌握各部分电路的硬件连线与程序编写,最终完成对数字温度计的总体设计。
其具体的要求如下:
1、根据设计要求,选用AT89C51单片机为核心器件;
2、温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器,利用单总线式连接方式与单片机的串行接口P0.0引脚相连;
3、显示电路采用LM016L液晶显示温度值,此类液晶模块不仅可以显示数字、字符,还可以显示各种图形符号以及少量自定义符号,人机界面友好,使用操作也更加灵活、方便,使其日益成为各种仪器仪表等设备的首选。
第二章总体设计方案
第2.1节数字温度计设计方案论证
2.1.1方案一
由于本设计实现的是测温电路,首先我们可以使用热敏电阻之类的器件,利用其感温效应,将其随被测温度变化的电压或电流值采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,通过显示电路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,感温电路比较麻烦。
因此,我们引出第二种方案。
2.1.2方案二
我们可以采用技术成熟、操作简单、精确度高的温度传感器,在此,可以选用数字温度传感器DS18B20,根据它的特点和测温原理,很容易就能直接读取被测温度值并进行转换,这样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,故在本设计中采用了方案二。
通过方案二设计的温度计总体电路图如附录(仿真图)所示,控制器采用单片机AT89C51,温度传感器采用DS18B20,用LM016L的显示功能实现温度显示。
第2.2节总设计框图
本设计主要介绍了用单片机和数字温度传感器DS18B20相结合的方法来实现温度的采集,以单片机AT89C51芯片为核心,温度传感器DS18B20和LM016L液晶显示,构成了一个多功能单片机数字温度计。
该装置适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量,实现对温度的监测。
其主要研究内容包括两方面,一是对系统硬件部分的设计,包括温度采集电路和显示电路;二是对系统软件部分的设计,应用C语言实现温度的采集与显示。
通过利用数字温度传感器DS18B20进行设计,能够满足实时检测温度的要求,同时通过LM016L的显示功能,可以实现不间断的温度显示。
其总体设计框图如图2-1所示:
2-1设计总框图
第三章系统的硬件设计
第3.1节AT89C51的简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可编程的Flash只读程序存储器,兼容标准8051指令系统及引脚,并集成了Flash程序存储器,既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程,因此,低价位AT89C51单片机可应用于许多高性价比的场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。
单片机AT89C51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二节电池供电。
3.1.1AT89C51的主要特性如下:
⑴.与MCS-51单片机产品兼容;
⑵.4K字节可编程闪烁存储器;
⑶.寿命:
1000写/擦循环;
⑷.数据保留时间:
10年;
⑸.全静态工作:
0Hz-24Hz;
⑹.三级程序存储器锁定;
⑺.128*8位内部RAM;
⑻.32根可编程I/O线;
⑼.两个16位定时器/计数器;
⑽.5个中断源;
⑾.可编程串行通道;
⑿.低功耗的闲置和掉电模式;
⒀.片内振荡器和时钟电路
3.1.2芯片AT89C51的引脚排列如图3-1所示。
图3-1AT89C51单片机引脚图
3.1.3AT89C51引脚功能介绍
单片机芯片AT89C51为40引脚双列直插式封装。
其各个引脚功能介绍如下:
(1)VCC:
供电电压;
(2)GND:
接地;
(3)P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每个管脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚写”1”时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时,P0口作为原码输入口,当FLASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部电位必须被拉高。
(4)P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入”1”后,电位被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
(5)P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写”1”时,其管脚电位被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
作为输入时,P2口的管脚电位被外部拉低,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址”1”时,它利用内部上拉的优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(6)P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入”1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL),也是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
其具体功
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