药品库温度监控器设计课程设计论文.docx
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药品库温度监控器设计课程设计论文
单片机原理及接口技术课程设计(论文)
题目:
药品库温度监控器设计
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
电气工程学院教研室:
学号
120303019
学生姓名
王胜
专业班级
电气121
课程设计(论文)题目
药品库温度监控器设计
课程设计(论文)任务
该控制器实时监控药品库的温度,温度检测点4点,并配有4个晶闸管输出控制点,可控制加热设备,温度检测范围-10℃~60℃,精度0.5℃。
设计任务:
1.CPU最小系统设计(包括CPU选择,晶振电路,复位电路)
2.温度传感器选择及模数转换电路设计
3.开关量输出电路以及电源电路设计
4程序流程图设计及程序清单清编写
技术参数:
1.温度监测点4个,温度检测范围-10℃~60℃,精度0.5℃
2.工作电源220V
设计要求:
1、分析系统功能,选择合适的单片机及传感器,模拟量检测电路设计等;
2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图;
3、按规定格式,撰写、打印设计说明书一份,其中程序开发要有详细的软件设计说明,详细阐述系统的工作过程,字数应在4000字以上。
进度计划
第1天查阅收集资料
第2天总体设计方案的确定
第3-4天CPU最小系统设计
第5天温度传感器选择及模数转换电路设计
第6天开关量输出电路设计
第7天程序流程图设计
第8天软件编写与调试
第9天设计说明书完成
第10天答辩
指导教师评语及成绩
平时:
论文质量:
答辩:
总成绩:
指导教师签字:
年月日
注:
成绩:
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
本文针对药品库温度监控器的设计是以AT89C51单片机为主控器,温度传感器采集的温度数据存入扩展数据存储器6116中,单片机进行数据处理,最后将温度数据通过LED进行显示以及系统报警等。
相关设备实现通过温度传感器DB18B20的多路数据采集和监测的原理与结构,将模拟量直接转换为数字量传送给单片机进行分析处理。
该设计设有温度监测点4个,并配有4个晶闸管输出控制点,从而可控制加热设备,其中温度范围为-10℃~60℃,精度0.5℃。
本次设计意义在于能更好的保存药品的质量,提高人民的生活质量。
关键词:
AT89C51;DB18B20;药品库监控器
第1章绪论
药品库温度监控器设计概况
温度度是影响环境质量的重要因素,空气中相对湿度的大小会对环境中的人和物产生相应的影响。
温度监控是现代环境监控技术的重要组成部分,在工业领域,对于保证产品质量、节约自然能源和安全生产等方面起着关键的作用。
因此能够确保快速、准确地监控湿度的装置也受到越来越多行业的青睐。
因此,温度监控器的研究对人们的生活环境、工作环境以及工业生产的发展都具有非常重要的意义。
药品储存阴凉库、冷库应配有自动监测、显示和记录温湿度状况及自动报警的设备,要求自动记录间隔应在半小时以内,同时还要求所安装的温度探头能真实反映该仓库的温度分布情况。
而我国在“开办药品批发企业验收实施标准(试行)”里的规定--企业有适宜药品分类保管和符合药品储存要求的常温库、阴凉库、冷库。
其中常温库温度为0~30℃,阴凉库温度0~20℃,冷库温度为2~10℃;这就需要企业要有相关的在线监测控制系统来保证达到药品储存规定的温度要求。
药品库温度监控器的使用便于企业质量管理负责人随时检查药品库各区域温度情况,及时发现问题并自动采取升降温等措施。
本文设计了以AT89C51单片机为主控制器的智能监控系统,通过该系统可以对环境温度进行观测,并能进行自动控制和适时监测,并利用声音和灯光进行越限报警及相应的处理。
药品库的建立对于建立国家的节约型战略计划具有积极意义,有效的降低了储存药品过程中的成本,同时还保证了药品的安全,提高了人民群众的生活质量。
本文研究内容
系统以AT89C51单片机为主控器,通过扩展A/D模数转换器以及数据存储器,最后将温度数据通过单片机LED进行显示以及系统报警等。
相关设备实现多路数据采集和监测的原理与结构。
本次设计设有温度监测点4个,并配有4个晶闸管输出控制点,从而可控制加热设备,其中温度范围为-10℃~60℃,精度0.5℃。
单片机最小系统由复位电路、晶振电路组成。
本设计为药品库房提供了精确的温度控制,更有利于药品的长期存储。
第2章
CPU最小系统设计
药品库温度监控器总体设计方案
设计时,考虑温度是由传感器把非电量转换为电量,传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定,外部干扰小等。
因此,可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。
此外,还需接人LED显示,报警电路,电源电路、晶振电路、复位电路、接口电路。
单片机应用系统也是由硬件和软件组成。
硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是各种工作程序的总称。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
设计的药品库温度监控器应具有如下特点:
(1)数据采集系统以单片机为控制核心,外围电路带有LED显示以及晶闸管控制电路,无需要其他计算机,用户就可以与之进行交互工作,完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。
(2)系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。
(3)从便携式的角度出发,系统成功使用了LED数码管显示器,需要简单易携带。
(4)软件设计简单易懂,可读性强。
其系统组成框图如图2.1所示。
图2.1基本工作原理图
CPU的选择
单片机自从问世以来,它一直是工业检测、控制应用的主角。
市场上常用的单片机有Intel公司的MCS-51系列,日本松下公司的MN6800系列等。
其中,MCS-51由于单片机应用系统具有体积小,可靠性高,功能强,价格低等特点,很容易形成产品而更受青睐。
89C51单片机为EPROM型,在实际电路中可以直接互换8051单片机或8751单片机,不但和8051单片机指令,管脚完全兼容,而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的,它是一种低功耗高性能的具有8K字节可电气烧录及可擦除的程序ROM的八位CMOS单片机,从使用方便与简化电路以及其性价比等角度来考虑,89C51比较合适的。
89C51管脚图如图2.2所示。
图2.289C51管脚图
数据存储器扩展
在药品库监控器应用中仅靠这128字节的数据存储器是远远不够的。
这种情况下可利用MCS-51单片机所具有的扩展功能,扩展外部数据存储器。
MCS-51系列单片机最大可扩展64K字节。
常用的数据存储器有静态数据存储器RAM和动态数据存储器,由于在实际应用中,需要扩展的容量不大,所以一般采用静态RAM,如SRAM6116﹑6264等。
6116是2K*8位静态随机存储器,采用CMOS工艺制造,单一+5V电源供电,额定功耗160mW,典型存取时间200ms,为24线双列直插式封装。
当单片机控制系统采用多片存储器芯片时,比较简单的一种方法是采用线选法寻址。
线选法的特点是连接简单,不必专门设计逻辑电路,在简单的场合有实用价值,只是芯片占的空间不紧凑,地址空间利用率低,并且可作片选的高位地址线有限,只能连接几个芯片。
译码法是由译码器组成译码电路,译码电路将地址空间划分若干块,其输出端分别选通一片存储器芯片,既充分利用存储空间,又避免空间分散的缺点.常用译码器有74LS138和74LS139.本系统只需要拓展一片数据存储器,所以用线选法即可,扩展如图2.3所示。
图2.3AT89C51与存储器芯片6116的扩展图
复位电路设计
单片机的复位状态:
单片机运行出错或进入死循环时,可按复位键重新运行。
单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的,在时钟电路工作后,只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲(两个机器周期)以上的高电平,单片机就能实现复位。
为了保证但单片机可靠复位,在设计复位电路时,一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平,单片机便可以可靠地复位。
当RESET从高电平变为低电平以后,单片机从0000H地址开始执行程序。
在复位有效期间,ALE和PSEN引脚输出高电平。
8051外进入复位状态后,21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值,除SP为07H,P0~P3为FFH,其余均为0。
简单的复位电路有上电复位和手动复位两种。
为了保证复位电路可靠地工作,也可以采用专用的复位电路芯片。
本文采用按键式复位电路,电路图如图2.4所示。
图2.4按键电平复位
时钟电路设计
时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所必须的时钟信号,AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路,为保证工作方式的实现,AT89C51在唯一的时钟信号的控制下严格的按时执行指令进行工作,时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。
通常时钟由于两种形式:
内部时钟和外部时钟。
我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。
AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2,他们跨接在晶体振荡器的用于微调的电容,便构成了一个自激励振荡器。
电路中的C1,C2的选择在30PF左右,但电容太小会影响振荡的频率,稳定性和快速性。
晶振频率为在1.2MHZ~12MHZ之间,频率越高单片机的速度就越快,但对存储器要求就高。
为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容,采用晶振频率为12MHZ。
本次系统的时钟电路设计如图2.5所示。
图2.5振荡电路
CPU最小系统图
图2.6最小系统图
第3章药品库输入输出接口电路电路设计
DSl8B20数字温度传感器的选择
目前,在工业控制的很多领域,温度监控普遍是利用热敏电阻组成的测温电路,经过A/D与D/A转换后实现测温,但是由于热敏电阻的不稳定性,导致测温易受外界干扰、且精度不高。
DSl8B20数字温度传感器是Dallas公司生产的1一Wire,即单总线器件,具有线路简单、体积小的特点。
因此用他组成一个测温系统,具有线路简单,在1根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器,十分方便。
1)DSl8B20性能特点
1.1DSl8820特性及引脚分布
DSl8820测温范围在一55~+125℃;转换精度9~12位进制数,可编程确定转换的位数;测温分辨率为9位精度为0.5℃,12位精度为0.0625℃;转换时间:
9位精度为93.75ms、10位精度为187.5ms、12位精度为750ms;内部有温度上、下限告警设置。
DSl8820采用TO一92封装模式.
1.2DSl8B20的内部结构主要包括温度传感器、64位激光ROM单线单口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等。
2)单总线技术特性
单总线即只有1根数据线,系统的数据交换、控制都由这根线完成。
主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线,以允许设备在不发送数据时能够释放总线,而让其他设备使用总线。
所有的单总线器件都要遵循严格的通信协议,以保证数据的完整性,基本的通信过程如下:
主机通过拉低单总线至少480ps产生Tx复位脉冲;然后由主机释放总线,并进入Rx接收模式。
主机释放总线时,会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿;单总线器件检测到该上升沿后,延时15~60弘s;单总线器件通过拉低总线60~240ps产生应答脉冲;主机接收到从机的应答脉冲后,说明有单总线器件在线,然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。
3)基于DSl8B20高精度数字温度传感器
基于DSl8B20高精度数字温度传感器可以完成如下的功能:
(1)采用采用AT89S51单片机和DSl8B20温度传感器通信,控制温度的采集过程和进行数据通信;
(2)提供DSl8B20的使用外围电路、温度显示LED电路以及DSl8B20和单片机的通信接口电路;
(3)利用发光二极管指示系统的工作状态,DSl8B20温度传感器内置温度上下限;
(4)编写C51程序,完成单片机对温度数据的采集过程以及与DSl8820数据传输过程的控制。
其引脚如图3.1所示。
图3.1DSl8B20引脚图
晶闸管输出接口控制电路设计
该控制器实时监控药品库的温度,温度检测点4点,并配有4个晶闸管输出控制点,可控制加热设备,温度检测范围-10℃~60℃,精度0.5℃。
根据设计要求本次设计通过P2口的四个口(P2.2~P2.5)输出高低电平,从而控制温度加热器加热与否,已达到控制药品库温度的目的,图3.2为晶闸管控制电路。
图3.2晶闸管控制电路
线路的核心器件是一个双向可控晶闸管BCR,当我们调节限位器W时,就改变了电容器c2的充放电速率,c1两端交流电压经过加热电阻触发双向可控硅BCR导通,因而改变了BCR的导通角,是加热电阻两端电压随之变化,从而可以达到控制室内温度的目的。
BCR可用1A/400的双向可控硅,如国产KS1-4型和TLC221B型等。
W可选用WS-0,5W-1-100,K-16-3型有机实芯电位器。
报警电路设计
通过键盘控制电路可预设温度阈值,当实测湿度值超出了预设值,单片机则控制发光二极管闪烁、扬声器发出的连续报警声,直到通过调控使得当前环境的湿度进入正常预设范围之内解除声光报警。
声光报警系统电路如图3.6所示。
图3.6声光报警电路
人机对话接口电路设计
3.1.1键盘控制
键盘电路是单片机应用系统最常用的人机接口电路,在单片机组成的测控系统及智能化仪器中,用得最多的是非编码键盘。
为了完成预定湿度值的设置,系统中设置了4个按键,S1为启动/停止键,用来控制系统的启停;S2、S3为加1和减1键,设置湿度的上下值;S4为保存键,将设置的温湿度上下限值保存于数据存储器中。
按键电路设计中关键要考虑的就是去抖动问题。
这里考虑到系统的硬件简化和成本没有采用硬件去抖,而采用软件去抖。
在程序设计时,从按键被识别按下之后,延时10ms,避开了干扰信号区域,然后再检测一次,看按键是否真的已经按下,若真的已经按下,这时肯定输出为低电平。
若这时检测到的是高电平,证明刚才是由于干扰信号引起的误触发,CPU就认为是误触发信号而舍弃这次的按键识别过程,从而提高了系统的可靠性。
3.1.2LED显示
LED显示器,价格便宜,配置灵活,与单片机接口方便,因此本设计中采用的是LED显示器。
本设计中显示电路用静态显示方式的4个LED,采用串行输出节省单片机的内部资源。
LED数码管7段a,b,c,d,e,f,g与串并转换器输出端相连。
低电平时不用其他驱动电路,即可允许通过8mA电流。
湿度经过闭环调节之后的效果值,从每次输出的32位段码数据,可直观显示。
人机对话接口电路如图3.3所示。
图3.3人机对话接口电路
第4章药品库温度监测器软件设计
软件实现功能综述
该系统软件主要由主程序、中断子程序、显示子程序、晶闸管控制等模块组成,因为C语言编写的软件易于实现模块化,生成的机器代码质量高、可读性强、移植好,所以本系统的软件采用C语言编写。
系统软件实现的功能:
1)通过LED显示温度值;
2)比较监测到的温度值和报警设置值,发现超限则蜂鸣器报警提示;
3)系统定期把相关温度数据通过串行通信传给上位机PC机。
3)根据相应的湿度值控制湿度调节系统运行。
4)显示子程序对每次由传感器所采集的数值经量化处理后所得到的标准值进行显示。
5)报警子程序是当出现异常情况时输出报警信号。
流程图设计
4.1.1主程序流程图设计
主程序是对于系统软件控制和管理的主要部分。
系统的主程序设计主要完成系统初始化、中断优先级设定以及判断调用各模块程序,即主要实现各程序模块的连接。
通过对系统上电后的初始参数设定,对中断数据进行有效处理,从而完成主要温度和初始温度的有效设定。
保证系统各个封装电路的有效系统运转。
流程图如图4.1所示。
图4.1主程序流程图
4.1.2温度监控器流程图设计
温度监控器总体设计过程:
系统初始化,设定温度上下限变化范围;温度传感器检测空气温度,数据传入单片机;传入数据与设定数据比较,越限报警,不越限时,也可以通过数据分析出的结论,对加温装置进行控制;延时输出显示空气中温度情况。
具体过程如图4.2所示。
图4.2温度度监控器流程图
程序清单
由于主程序过长,现将数据采集程序提供如下。
#include"REG51.H"
#include"INTRINS.H"
typedefunsignedcharBYTE;
sbitDQ=P3^3;//DS18B20的数据口位P3.3
BYTETPH;//存放温度值的高字节
BYTETPL;//存放温度值的低字节
voidDelayXus(BYTEn);
voidDS18B20_Reset();
voidDS18B20_WriteByte(BYTEdat);
BYTEDS18B20_ReadByte();
voidmain()
{
DS18B20_Reset();//设备复位
DS18B20_WriteByte(0xCC);//跳过ROM命令
DS18B20_WriteByte(0x44);//开始转换命令
while(!
DQ);//等待转换完成
DS18B20_Reset();//设备复位
DS18B20_WriteByte(0xCC);//跳过ROM命令
DS18B20_WriteByte(0xBE);//读暂存存储器命令
TPL=DS18B20_ReadByte();//读温度低字节
TPH=DS18B20_ReadByte();//读温度高字节
while
(1);
}
/**************************************
延时X*10微秒(STC90C52RC@12M)
不同的工作环境,需要调整此函数
当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
**************************************/
voidDelayX0us(BYTEn)
{
while(n--)
{
_nop_();
_nop_();
}
}
/**************************************
复位DS18B20,并检测设备是否存在
**************************************/
voidDS18B20_Reset()
{
CY=1;
while(CY)
{
DQ=0;//送出低电平复位信号
DelayX0us(48);//延时至少480us
DQ=1;//释放数据线
DelayX0us(6);//等待60us
CY=DQ;//检测存在脉冲
DelayX0us(42);//等待设备释放数据线
}
}
/**************************************
从DS18B20读1字节数据
**************************************/
BYTEDS18B20_ReadByte()
{
BYTEi;
BYTEdat=0;
for(i=0;i<8;i++)//8位计数器
{
dat>>=1;
DQ=0;//开始时间片
_nop_();//延时等待
_nop_();
DQ=1;//准备接收
_nop_();//接收延时
_nop_();
if(DQ)dat|=0x80;//读取数据
DelayX0us(6);//等待时间片结束
}
returndat;
}
/**************************************
向DS18B20写1字节数据
**************************************/
voidDS18B20_WriteByte(BYTEdat)
{
chari;
for(i=0;i<8;i++)//8位计数器
{
DQ=0;//开始时间片
_nop_();//延时等待
_nop_();
dat>>=1;//送出数据
DQ=CY;
DelayX0us(6);//等待时间片结束
DQ=1;//恢复数据线
}
第5章系统设计与分析
系统原理图
图5.1系统整体硬件图
系统原理综述
此系统以AT89C51单片机为主控器件,以温度传感器DB18B20,LED显示屏外部器件为辅的针对药品库房的温度检测与控制系统。
该系统利用DB18B20传感器采集数据,因为该传感器可以直接把模拟量转换成数字量,可以直接传送给单片机AT89C51进行数据的处理,因此应用此传感器不需要扩展A/D转换器,是系统更加紧凑高效。
再通过LED将测得的温度显示出来,达到人工或自动控制的需要。
第6章课程设计总结
本次课程设计是以AT89C51单片机为主控器,通过扩展数据存储器6116,最后将温度数据通过单片机LED进行显示以及系统报警等。
温度传感器实现多路数据采集。
本次设计设有温度监测点4个,并配有4个晶闸管输出控制点,从而可控制加热设备,其中温度范围为-10℃~60℃,精度0.5℃。
单片机最小系统由复位电路、晶振电路组成。
通过本次设计对DB18B20温度传感器的特性有了深刻了解,该传感器不仅能实现温度的采集,还能完成模拟量到数字量的转换,省去扩展模数转换的步骤,另外还对89C51单片机的各个引脚有了更进一步的认识,对在课堂上所学的知识有了更进一步的巩固。
在设计的过程中遇到很多困难,但在与同学们的相互交流中学会了如何处理问题,例如在画图时对平时所学画图软件掌握不好的地方加深了印象,总体来说,本次课设对培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践的能力有了很大提高。
参考文献
[1]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7
[2]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社,2000
[3]于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.4
[4]陈明等编著基于DSl8820数字温度传感器的设计与实现文章编号:
1004—373X(2008)08—188一02
[5]杨振江.A/D,D/A转换器接口技术及实用线路[M].西安:
西安电子科技大学出版社,1996
[7]蔡美琴等.基于单片机的频率信号的采集.上海:
上海标准化,2001,3
(1):
52-53
[8]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社,2009.7
[9]窦振中基于单片机的嵌入式系统工程设计[M]中国电力出版社,2008
[10]于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社,2003.4
[11]张瑞华温室环境自动监控计算机与农业,2002
[12]何鹏,袁琪传感器在温室大棚环境控制的应用计算机与农业,2002
[13]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社,2000
[14]何
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