多点温度检测系统课程设计.docx
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多点温度检测系统课程设计.docx
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多点温度检测系统课程设计
摘要
在工、农业生产和日常生活中,对温度的测量及控制占据着极其重要地位。
首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域:
消防电气的非破坏性温度检测,电力、电讯设备之过热故障预知检测,空调系统的温度检测,各类运输工具之组件的过热检测,保全与监视系统之应用,医疗与健诊的温度测试,化工、机械等设备温度过热检测。
温度检测系统应用十分广阔。
DS18B20是一种高精度数字式温度传感器,由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。
本文结合实际使用经验,介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程,并给出了软件流程图。
关键字:
温度测量;单总线;数字温度传感器;单片机
第1章绪论
1.1系统背景
在工、农业生产和日常生活中,对温度的测量及控制占据着极其重要地位。
首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域:
消防电气的非破坏性温度检测,电力、电讯设备之过热故障预知检测,空调系统的温度检测,各类运输工具之组件的过热检测,保全与监视系统之应用,医疗与健诊的温度测试,化工、机械…等设备温度过热检测。
温度检测系统应用十分广阔。
1.2系统概述
本设计运用主从分布式思想,由一台PC微型计算机,单片机多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。
该系统采用RS-232串行通讯标准,通过PC机控制单片机进行现场温度采集。
温度值既可以送回主控PC进行数据处理,由显示器显示。
也可以由单片机单独工作,实时显示当前各点的温度值,对各点进行控制。
单片机采用的是基于数字温度传感器DS18B20的系统。
DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松的组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。
如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。
1.3系统设计方案
本设计方案以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统,该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。
采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。
它具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。
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。
实际采用电路方案如下图1.1
图1.1总体电路方案
采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。
DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量,轻松地组建传感器网络,系统的抗干扰性好、设计灵活、方便,而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。
它有如下特点:
(1)独特的单线接口,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无需变换其他电路,直接输出被测温度值;
(2)多点能力使分布式温度检测应用得以简化;
(3)不需要外部元件;
(4)既可用数据线供电,也可采用外部电源供电;
(5)不需备份电源;
(6)测量范围为-20~125,固有测温分辨率为0.5;
(7)通过编程可实现9~12位的数字读数方式;
(8)用户可定义非易失性的温度告警设置;
(9)警告搜索命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件(温度警告情况);
(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。
以上特性使得DS18B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
根据DS18B20以上特点,此方案实现本课题较好。
第2章硬件设计
2.1单片机系统设计
本课题运用Intel公司的8051进行系统控制,运用到了复位电路、时钟电路、串口、I/O口。
89C51单片机串口主要有两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成,其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。
接收缓冲器与发送缓冲器占用同一个地址99H,其名称亦同样为SBUF。
单片机最小系统电路如图2.1
图2.1单片机最小系统
2.2显示电路设计
显示电路采用的是共阴极七段数码管。
显示方式有动态扫描和静态显示,两种方法在本设计中皆可。
由于静态扫描要用到多片串入并出芯片,考虑到电路板成本计算。
本人采用是节约硬件资源的动态扫描方式。
即用两块芯片就可以完成显示功能。
显示数据由4511译码器输出,ULN2003为位驱动扫描信号。
显示电路如图2.2
图2.2显示电路
2.3键盘电路设计
本课题使用行列扫描方式,在单片机的P1口上连接上4*4的键盘,单片机扫描键盘,如果有键按下,单片机会根据键码执行相应的程序,使整个系统的功能更加完善。
键盘电路如图2.3
图2.3键盘电路
2.4报警电路设计
为了实现多点温度检测报警系统,本课题采用AT89C51单片机作为主控制器,采用扫描的方式对多点DS18B20温度传感器获取对应该位置的温度值,经处理后通过串口可以立即发送到上位机,如温度不在设定的范围内,给出报警信号。
电路如图2.4
图2.4报警电路
2.5通信模块设计
AT89C51有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。
进行串行通讯时要满足一定的条件,比如电脑的串口是RS232电平的,而单片机的串口是TTL电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232进行转换,虽然也可以用几个三极管进行模拟转换,但是还是用专用芯片更简单可靠。
PC机与单片机的串行通信接口电路如图2.5
图2.5串行通信接口电路
第3章软件设计
3.1软件实现
系统软件设计主要包括系统程序和流程图,根据整个系统的要求,完成温度的测量与控制必须经过以下几个步骤:
单片机接受传感器的温度信号,并通过MAX7219驱动显示出来,单片机扫描键盘,接受控制信号,并将温度显示出来,若温度不在范围内则发出报警。
程序流程如图3.1
图3.1总体程序流程图
3.2温度测量程序流程图:
温度测量程序首先复位DS18B20温度传感器,跳过ROM指令并发出温度转换指令。
换完毕后复位DS18B20再发出匹配DS18B20命令,发一个DS18B20序号然后读取温度值,当所有DS18B20全部访问完毕后,复位DS18B20,发出报警命令,如果有温度超出范围则报警,否则复位DS18B20。
电路程序流程图如图3.2
图3.2温度测量程序流程图
3.3键盘程序设计
根据本课题的系统要求,采用4*4的键盘电路结构,P1.0-P1.3接四条行线,P1.4-P1.7接四条列线,整个系统的功能可以利用16个按键将系统完善化、系统化,对于键盘各键的功能如图3.3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
循环
查询
图3.3键盘功能图
第4章系统设计与分析
系统原理图
系统原理电路图如附录Ⅰ图4.1。
系统原理综述
系统采用以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成多点温度测试系统,该系统包括传感器电路、键盘与显示电路、串口通信电路组成。
采用数字温度传感器DS18B20,它具有独特的单总线接口,仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信。
通过七段数码管显示出来,并通过报警装置判断是否超出测温范围。
经过分析测量,本系统测量精度0.5℃,测温范围在-20℃~+125℃,实现了设计基本要求。
第5章
设计总结
本次课程设计主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。
整个系统由单片机控制,要能够接受传感器的数据并显示出来,可以从键盘输入命令,系统根据命令选择对应的传感器,并由驱动电路驱动温度显示,对异常情况进行报警。
本次课程设计基本实现了设计要求,有多个温度检测器,测量精度0.5℃,测温范围在-20℃~+125℃。
并通过串行通信接口与外部PC机相连,并通过数码管及4511译码器显示出来。
通过这次课程的设计,将课本的知识实际应用,摆脱考试的局限,锻炼自己的解决问题的能力,独立思考能力。
本可设使我熟悉了单片机设计原则,对51系列单片机内部构造、与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解,虽然是很简单的运用,但比为了考试而瞬时记忆的知识牢固多了,工作需要独立解决问题的的能力,还是希望多一些这样的机会。
参考文献
[1]周慈航《单片机程序设计基础》北京:
北京航空航天大学出版社,2003
[2]方佩敏《智能化集成温度传感器原理与应用》北京:
电子工业出版社,2002
[3]张毅刚《单片机原理及应用》北京:
高等教育出版社,2008
[4]李道玲,李玲,朱艳《传感器电路分析与设计》武汉:
武汉大学出版社,2003
[5]刘笃人,韩保军《传感器及应用技术》西安:
西安电子科技大学出版社,2003
[6]陈小忠等《单片机接口技术实用子程序》北京:
人民邮电出版社,2005
[7]李群芳《单片机原理、接口及应用—嵌入式系统计数基础》北京:
清华大学出版社
附录Ⅰ:
整体电路图
图4.1总体电路图
附录Ⅱ:
器件清单
器件名称
器件数量
器件名称
器件数量
器件名称
器件数量
AT89C51
1
数码管
4
AT24C16
1
LED
1
电感
1
ULN2003
1
按键
9
晶振
1
4511
1
喇叭
1
20P电容
2
1Ω电阻
8
300Ω电阻
1
1u电解电容
6
10K电阻
8
10u电解电容
1
串行接口
1
DS18B20
8
MAX232
1
74LS151
1
0.1u电容
2
10K电阻
1
附录Ⅲ:
程序清单
;*************************************************************
;常数定义
;*************************************************************
TMELEQU0E0H;20ms,定时器0时间常数
TMEHEQU0B1H
TMEPHEADEQU36H
;*************************************************************
;工作内存定义
;*************************************************************
BITSTDATA20H
TIMEISOKBITBITST.1
TEMPONEOKBITBITST.2
TEMPLDATA26H
TEMPHDATA27H
TEMPHCDATA28H
TEMPLCDATA29H
;*************************************************************
;引脚定义
;*************************************************************
TEMPDINBITP3.7
;*************************************************************
;中断向量区
;*************************************************************
ORG000H
LJMPSTART
ORG00BH
LJMPT0IT
;****************************************************************
;系统初始化
;****************************************************************
ORG100H
START:
MOVSP,#60H
CLSMEM:
MOVR0,#20H
MOVR1,#60H
CLSMEM1:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR1,CLSMEM1
MOVTMOD,#00100001B
MOVTH0,#TIMEL
MOVTL0,#TIMEH
SJMPINIT
ERROR:
NOP
LJMPSTART
NOP
INIT:
NOP
SETBET0
SETBTR0
SETBEA
MOVPSW,#00H
CLRTEMPONEOK
LJMPMAIN
;****************************************************************
;定时器0中断服务程序
;****************************************************************
T0IT:
PUSHPSW
MOVPSW,#10H
MOVTH0,#TIMEH
MOVTL0,#TIMEL
INCR7
CJNER7,#32H,T0ITI
MOVR7,#00H
SETBTIMEISOK
TOIT1:
POPPSW
RETI
;****************************************************************
;主程序
;****************************************************************
MAIN:
LCALLDISP1
JNBTIME1SOK,MAIN
CLRTIME1SOK
JNBTEMPONEOK,MAIN2
LCALLREADTEMP1
LCALLCONVTEMP
LCALLDISPBCD
LCALLDISP1
MAIN2:
LCALLREADTEMP
SETBTEMPONEOK
LJMPMAIN
;****************************************************************
;****************************************************************
;子程序区
;****************************************************************
;RESETDS18B20
;****************************************************************
INITDS1820:
SETBTEMPDIN
NOP
NOP
CLRTEMPDIN
MOVR6,#0A0H
DJNZR6,$
MOVR6,#0A0H
DJNZR6,$
SETBTEMPDIN
MOVR6,#32H
DJNZR6,$
MOVR6,#3CH
LOOP1820:
MOVC,TEMPDIN
JCINITDS1820OUT
DJNZR6,LOOP1820
MOVR6,#064H
DJNZR6,$
SJMPINITDS1820
RET
;
INITDS1820OUT:
SETBTEMPDIN
RET
;****************************************************************
;读DS18B20的程序,从DS18B20中读出一个字节的数据
;****************************************************************
READDS1820:
MOVR7,#08H
SETBTEMPDIN
NOP
NOP
READDS1820LOOP:
CLRTEMPDIN
NOP
NOP
NOP
SETBTEMPDIN
MOVR6,#07H
DJNZR6,$
MOVC,TEMPDIN
MOVR6,#3CH
DJNZR6,$
RRCA
SETBTEMPDIN
DJNZR7,READDS1820LOOP
MOVR6,#3CH
DJNZR6,$
RET
;****************************************************************
;写DS18B20的程序,从DS18B20中写一个字节的数据
;****************************************************************
WRITEDS1820:
MOVR7,#08H
SETBTEMPDIN
NOP
NOP
WRITEDS1820LOP:
CLRTEMPDIN
MOVR6,#07H
DJNZR6,$
RRCA
MOVTEMPDIN,C
MOVR6,#34H
DJNZR6,$
SETBTENPDIN
DJNZR7,WRITEDS1820LOP
RET
;****************************************************************
;READTEMP
;****************************************************************
READTEMP:
LCALLINITEDS1820
MOVA,#0CCH
LCALLWRITEDS1820
MOVR6,#34H
DJNZR6,$
MOVA,#44H
LCALLWRITEDS1820
MOVR6,#34H
DJNZR6,$
RET
READTEMP1:
LCALLINITDS1820
MOVA,#0CCH
LCALLWRITEDS1820
MOVR6,#34H
DJNZR6,$
MOVA,#0BEH
LCALLWRITEDS1820
MOVR6,#34H
DJNZR6,$
MOVR5,#09H
MOVR0,#TEMPHEAD
MOVB,#00H
READTEMP2:
LCALLREADDS1820
MOV@R0,A
INCR0
READTEMP21:
LCALLCRC8CAL
DJNZR5,READTEMP2
MOVA,B
JNZREADTEMPOUT
MOVA,TEMPHEAD+0
MOVTEMPL,A
MOVA,TEMPHEAD+1
MOVTEMPH,A
READTEMPOUT:
RET
;****************************************************************
;处理温度BCD码子程序
;****************************************************************
CONVTEAMP:
MOVA,TEMPH
ANLA,#80H
JZTEMPC1
CLRC
MOVA,TEMPL
CPLA
ADDA,#01H
MOVTEMPL,A
MOVA,TEMPH
CPLA
ADDCA,#00H
MOVTEMPH,A
MOVTEMPHC,#0BH
SJMPTEMPCH
TEMPC1:
MOVTEMPHC,#0AH
TEMPC11:
MOVA,TEMPHC
SWAPA
MOVTEMPHC,A
MOVA,TEMPL
ANLA,#0FH
MOVDPTR,#TEMPDOTTAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVTEMPLC,A
MOVA,TEMPL
ANLA,#0F0H
SWAPA
MOVTEMPL,A
MOVA,TEMPH
ANLA,#0FH
SWAPA
ORLA,TEMPL
LCALLHEX2BCD1
MOVTEMPL,A
ANLA,#0F0H
SWAPA
ORLA,TEMPHC
MOVTEMPHC,A
MOVA,TEMPL
ANLA,#0FH
SWAPA
ORLA,TEMPLC
MOVTEMPLC,A
MOVA,R7
JZTEMPC12
ANLA,#0FH
SWAPA
MOVR7,A
MOVA,TEMPHC
ANLA,#0FH
ORLA,R7
MOVTEMPHC,A
TEMPC12:
RET
;****************************************************************
;小数部分码表
;****************************************************************
TEMPDOTTAB:
DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H
DB06H,07H,08H,09H,09H
;****************************************************************
;显示区BCD码温度值刷新子程序
;****************************************************************
DISPBCD:
MOVA,TEMPLC
ANLA,#0FH
MOV70H,A
MOVA,TEMPLC
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV71H,A
MOVA,TEMPHC
ANLA,#0FH
MOV72H,A
MOVA,TEMPHC
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV73H,A
MOVA,TEMPHC
ANLA,#0F0H
CJNZA,#010H,DISPBCD0
SJMPDISPBCD2
DISPBCD0:
MOVA,TEMPHC
ANLA,#0FH
JNZDISPBCD2
MOVA,TEMPHC
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV73H,#0AH
MOV72H,A
DISPBCD2:
RET
;***************************************************************
;显示子程序
;****************************************************************
;显示数据在70H—73H单元内,用4位LED共阳数码管显示,P1口输出段码数据,;P3口作扫描控制,每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。
DISP1:
MOVR1,#70H
MOVR5,#0FEH
PLAY:
MOVP1,#0FFH
MOVA,R5
MOVP3,A
MOVA,@R1
MOVDPTR,#TAB
MOVC
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