基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统.docx
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基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统
基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统
嵌入式控制系统与应用
课程论文
题目:
基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统
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摘要
为了在现实生活和工业生产及过程控制中准确测量温度,设计了一种基于低功耗MSP430单片机的数字温度计,整个系统通过单片机MSP430控制DS18B20读取温度,采用LCD1602显示,温度传感器DS18B20与单片机之间通过串口进行数据传输,且外围的整合性高,DS18B20只需一个端口即可实现数据通信,连接方便,通过多次实验证明,该系统的测试结果与实际环境温度一致,除了具有接口电路简单,测量精度高,误差小,可靠性高等特点外,其成本低,功耗低的特点使其拥有更广阔的应用前景。
关键字:
DS18B20MSP430G2553单片机液晶显示
1引言
温度的测量和控制在储粮仓库、智能楼宇空调控制及其它的工农业生产和科学研究中应用广泛。
温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻、半导体PN结(如AD590)之类的模拟传感器,经信号取样电路、放大电路和模数转换电路处理,获取表示温度值的数字信号,再交由微处理器或DSP处理。
被测温度信号从敏感元件接收的非电模拟量开始,到转换为微处理器可处理的数字信号之间,设计者须考虑的线路环节较多,相应测温装置中元器件数量难以下降,随之影响产品的可靠性及体积微小化。
由此会造成整个检测系统有较大的偏差.稳定性和抗干扰性能都较差。
本文设计一种基于数字温度传感器DSl8820的小型测温系统,主控芯片采用TI公司的MSP430单片机,数字温度传感器通过单总线与单片机连接,系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。
2测温系统硬件构成
2.1硬件设计
2.1.1系统硬件设计总方案
系统硬件设计总方案如图1所示:
图1硬件设计方框图
电源系统由miniUSB输出5V以及芯片LE33组成,实现对MSP430G2553核心处理芯片、LCD1602液晶显示等硬件模块提供所需电源;显示部分由LCD1602液晶对温度进行实时显示;软件设计部分包括模拟串口对DS18B20数据进行读取以及LCD1602液晶的驱动和显示。
表2LCD1602引脚功能说明
引脚序号
引脚名称
功能说明
1
VSS
模块的电源地
2
VDD
模块的电源正端
4
RS(CS)
并行指令/数据选择信号、串行片选信号
5
R/W(SID)
并行读写选择信号、串行的数据口
6
E(CLK)
并行使能信号、串行的同步时钟
15
LED_A
背光源正极
16
LED_K
背光源负极(0V)
2.1.4DS18B20说明
DSl8820是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。
它具有独特的单线接口方式,将非电模拟量温度值转换为数字信号输出仅需占用1位/A)端口,能够直接读取被测物体的温度值,提高了抗干扰能力和测量精度。
它体积小,电压适用范围宽(3.0V一5.5v),可以采用外部供电方式(如图1所示),也可以采用寄生电源方式.即从数据线上获得电源。
用户还可以通过编程实现9一12位的温度读数,即具有可调的温度分辨率。
因此它的实用性和可靠性比同类产品更高.
DSl8820采用3脚TO一92封装,形如三极管:
同时也有8脚SOIC封装。
测温范围为一55℃一+125。
C,在一10℃一+85℃范围内,精度为±0.5℃。
每一个DSl8820芯片的ROM中存放一个“位ID号:
前8位是产品类型编号,随后48位是该器件的自身序号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码。
又因其可采用寄生电源方式供电。
因此,一条总线上可以同时挂接数个DSl8820,可方便的实现多点测温系统。
另外用户还可根据实际情况自设定非易失性温度报警上下限值TH和TL(掉电后依然保存)。
DSl8820检测到的温度值经转换为数字量后,自动存入存储器中,并与设定值TH或TL进行比较,当测量温度超出给定范围时,就输出报警信号,并自动识别是高温超限还是低温超限。
图3DS18B20引脚连接
图4DS18B20温度寄存器格式
图5温度/数据关系
2.1.5UART转USB电路
图6UART电路
PL2303 是Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB 接口转换器,可提供一个RS232 全双工异步串行通信装置与USB 功能接口便利联接的解决方案。
该器件内置USB功能控制器、USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART, 只需外接几只电容就可实现USB 信号与RS232 信号的转换,能够方便嵌入到各种设备所以2000年左右开始经常推荐使用该款芯片;该器件作为USB/RS232 双向转换器,一方面从主机接收USB 数据并将其转换为RS232 信息流格式发送给外设;另一方面从RS232 外设接收数据转换为USB 数据格式传送回主机。
这些工作全部由器件自动完成,开发者无需考虑固件设计.
3软件设计
3.1总体设计流程图
系统软件设计包括测量初始化部分、显示部分、报警部分。
系统软件整体流程图如图7所示。
图7系统软件整体设计流程图
3.2初始化模块
设备初始化包括关闭看门狗,I/O口输入/输出功能的配置,时钟初始化,端口初始化以及液晶初始化,其流程图如图8所示。
图8系统初始化流程图
3.3显示模块
首先根据LCD1602液晶的时序图写出液晶驱动函数,并调用驱动函数完成在指定位置处显示字符的功能函数,这样通过定时刷新液晶屏就可以显示温度值了。
4实验展示
4.1实物整体展示
图9实物整体展示图
4.2报警显示和蜂鸣器报警
当温度t>30℃时蜂鸣器报警,红灯闪亮模拟通风降温。
LCD显示警告。
当温度t<27℃时蜂鸣器报警,黄灯闪亮模拟加热升温。
LCD显示警告。
当温度27℃ 图10实物调试图 图11实物调试图 5设计心得 通过嵌入式控制系统与应用这门课,通过这门课的学习,我对MSP430G2553有了较为深入的了解。 这门课王老师通过分工合作,同学讲解,同学讨论,以及课后周记总结这样的方式来进行的,不仅提高了自己的自学能力和学习主动性,而且使自己得到了很多方面基本技能的训练。 这次做的设计所需要的知识有很多在书本上是找不到的,而且这些知道并不是像以前一样由老师系统的详细的教授。 所以,这就强迫我去图书馆和网上查阅资料,不过这也培养了我查阅资料的能力,让我受益颇多。 在第一节课上完之后觉得实在是无从下手,根本不知道干什么,对外电路和内电路都十分迷茫,可是后来通过同学之间的分工合作,而且我们先从非常简单的小实验入手,一点一点我就每次可都有了很多收获,通过同学讲解中断,定时器,计数器,捕捉,比较器,PWM,串口,ADC,低功耗,触屏等,我对这些知识能够拿来应用,并能实现基本功能要求,能够把程序弄明白,发现自己会的越来越多,一次课比一次课进步。 通过本次实验,让我对MSP430G2553芯片的输入与输出以及中断查询方式有了一定的了解。 MSP430G2553不像我们之前接触的51单片机可以直接进行位操作,只能运用C语言逻辑运算。 实验虽然很简单,但也费了不少功夫。 首先,对CCS软件操作不熟练,Grace工程可以快速方便地帮助我们配置寄存器,但是自己还不太熟悉。 设置断点和单步调试,是一种很好的找到问题的方法。 而且我学会了多文件编写软件,以后要尽量用多文件操作,把之前写好的程序做成头文件,方便以后调用。 其次,DS18B20是单总线的通讯。 硬件连接较容易,但是时序要求很严格,软件编程一开始,读不出数据。 千方百计地调整时序,精确延时,依旧没有读出温度数据。 查阅大量资料发现,DS18B20的接法不通,会影响到时序问题。 寄生模式和单独电源供电模式,他们的时序一定的区别。 而且电源和地直接接不接10k电阻,时序也不一样的。 这一块废了很大功夫。 最后,MSP430的IO口最大6mA,整个芯片最大电流总和不超过48mA。 然而有源蜂鸣器驱动需要130mA,所以就要加9012NPN三极管来获得大电流。 9012的常温最大输出500mA电流。 6本设计的不足和反思 最为一个温度监控系统,应该加上按钮,当温度异常,蜂鸣器报警时,按下复位按钮,蜂鸣器停止报警,但是红灯继续闪烁。 当故障排除后,红灯灭,系统恢复正常。 如果一分钟后故障没有排除,蜂鸣器再次报警。 检测的实时温度应该通过UART上传到上位机,记录下来。 参考文献 [1]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机[M].北京航空航天大学出版社,2001. [2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版),清华大学出版社,2006. [3]MSP430G2553DataSheet. [4]MSP430中文手册. [5]Op37DataSheet. [6]MSP430G2系列单片机原理与实践教程. [7]MSP-EXP430G2系列单片机试验板使用指南. 附录 附一: 元器件及仪器明细表 见另外excel文档。 附二: 实验设计程序 /* *main.c */ #include"msp430g2553.h" #include"LCD1602.h" #include"DS18b20.h" intmain(void) { //Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; P1DIR=0XFF; P2DIR=BIT0+BIT1+BIT2+BIT3+BIT4+BIT5; //P2DIR=BIT3+BIT4+BIT5; unsignedintt; LCD1602_Init(); DS18b20_Init(); while (1) { P2OUT&=~BIT3;//红灯灭 P2OUT&=~BIT4;//绿灯灭 //P2OUT&=~BIT5;//蜂鸣器关 t=get_one_temperature(); if(t>=300) { P2OUT|=BIT3;//红灯亮 LCD1602_write_string(1,1,"warning! ! ! ! ! ! ! ! "); LCD1602_write_string(2,0,"hig-"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); P2OUT|=BIT5;//蜂鸣器kai } if(t<=270) { P2OUT|=BIT4;//绿灯亮 LCD1602_write_string(1,1,"warning! ! ! ! ! ! ! ! ! "); LCD1602_write_string(2,0,"low-"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); P2OUT|=BIT5;//蜂鸣器kai } if(t<300&&t>270) { P2OUT&=~BIT5;//蜂鸣器关 LCD1602_write_string(1,1,"Thetemprature"); LCD1602_write_string(2,0,"is"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); } } } /* *DS18b20.H * *Createdon: 2015-6-28 *Author: Administrator */ #ifndefDS18B20_H_ #defineDS18B20_H_ #include"msp430g2553.h" /********************************* **引脚定义** *********************************/ #defineDQ_1P2OUT|=BIT2 #defineDQ_0P2OUT&=~BIT2 #defineDQ_inP2DIR&=~BIT2 #defineDQ_outP2DIR|=BIT2 #defineDQ_val(P2IN&BIT2) /********************************** ****命令字符定义***** **********************************/ #defineRead_ROM0x33//读ROM #defineMatch_ROM0x55//匹配ROM #defineSkip_ROM0xcc//跳过ROM #defineSearch_ROM0xf0//搜索ROM #defineAlarm_Search0xec//告警搜索 #defineConvert_Temperature0x44//温度转换 #defineRead_Scratchpad0xbe//读暂存存储器9字节内容 #defineWrite_Scratchpad0x4e//写暂存存储器,写的是THandTL,接着发送两位数据就可以 /********************************* **定义变量** *********************************/ //externunsignedintCheck_val;//初始化检测变量 //externunsignedintTemp;//存放温度 //externunsignedintTemp_l;//存放温度低四位 //externunsignedintTemp_h;//存放温度高四位 /************************************ ****函数定义**** ************************************/ externvoidDS18b20_Port_Init(void); externunsignedintDS18b20_Init(void); externvoidDS18b20_write_byte(unsignedintdat); externunsignedintDS18b20_read_byte(void); externunsignedintget_one_temperature(void); #endif/*DS18B20_H_*/ /* *DS18B20.C * *Createdon: 2015-6-28 *Author: Administrator */ #include"msp430g2553.h" /*********************** ****DQ接p2.4*** ***********************/ #include"DS18b20.h" voidDS18b20_Port_Init(void) { P2DIR=BIT2; } /******************************************************************************* DS18b20操作时序: 1.DS18b20初始化 2.对64位ROM进行操作 读ROM 搜索ROM 跳过ROM 告警搜索 3.对寄存器进行操作 包括读取温度…… 4.精度默认的为0.0625,无法重新设定,没找到相应的指令 相对应的转换时间为750ms ******************************************************************************* ******************************************************************************* DS18b20初始化方法: 1主机发送480-960us的低电平,释放总线 2等待15-60us 3检测DQ上是否有低电平出现 有: 复位成功,通常时间为60-240us 无: 复位失败,继续等待 4DQ上出现低电平后,低电平持续15us,然后DS18b20开始对单片机发送的数据进行采样 *******************************************************************************/ unsignedintDS18b20_Init(void) { unsignedCheck_val; DQ_out; DQ_0; __delay_cycles(600); DQ_1; __delay_cycles(60); DQ_in; _NOP(); if(DQ_val==1) { Check_val=0;//初始化失败 } if(DQ_val==0) { Check_val=1;//初始化成功 } __delay_cycles(10); DQ_out; DQ_1; __delay_cycles(100); returnCheck_val; } /******************************************************************************* DS18b20写数据方法: 1DS18b20是“一位一位”的写‘0’和‘1’ 2每写一次‘1’或‘0’为一个周期,每个周期约为45-60us 3DQ拉低1us,表示写周期开始,释放总线,让DQ随写入的值变化 4若写1: DQ拉高至少60us,保证在采样周期内采到的值均为高 5若写0: DQ拉低至少60us,保证在采样周期内采到的值均为低 6释放总线 ******************************************************************************* *单片机发送数据时,是从写的数据的最高位开始发送*/ voidDS18b20_write_byte(unsignedintdat) { unsignedinti; for(i=0;i<8;i++) { DQ_0; __delay_cycles (2); if(dat&0X01) DQ_1; else DQ_0; __delay_cycles(60); dat>>=1;; DQ_1; __delay_cycles(10); } } /************************************************************************************************** DS18b20读数据方法: 1DS18b20是“一位一位”的读‘0’和‘1’ 2每读一次‘1’或‘0’为一个周期,每个周期约为45-60us 3DQ拉低1us,表示读周期开始,释放总线,让DQ随DS18b20传送的值变化 4若传1: 则检测到高电平,持续时间为60us左右,所以检测一次后要延时60us,再检测下一位传送的数据 5若传0: 则检测到低电平,持续时间为60us左右 ************************************************************************************************** *DS18b20传送数据是从最低位开始传* *所以单片机在接受数据时,存储变量一共移动8次,将所有数据都接收并回到最高位*/ unsignedintDS18b20_read_byte(void) { unsignedi; unsignedintbyte=0; for(i=0;i<8;i++) { byte>>=1; DQ_0; __delay_cycles (2); DQ_1; __delay_cycles (2); DQ_in; _NOP(); if(DQ_val) byte|=0x80; __delay_cycles(60); DQ_out; DQ_1; __delay_cycles(10); } returnbyte; } /******************************************************************************* 当用一个DS18b20进行温度测量时步骤 1.初始化 2.跳过ROM 3.控制寄存器: 温度转换,读取ROM,读取温度低8位,温度高8位 注意的是,一定要初始化两次 *******************************************************************************/ unsignedintget_one_temperature(void)//只读取了整数,没读取小数的部分 { unsignedintTemp_l=0,Temp_h=0,Temp=0; floatf_temp; DS18b20_Init(); DS18b20_write_byte(Skip_ROM); DS18b20_write_byte(Convert_Temperature); __delay_cycles(500000); DS18b20_Init(); DS18b20_write_byte(Skip_ROM); DS18b20_write_byte(Read_Scratchpad); Temp_l=DS18b20_read_byte(); Temp_h=DS18b20_read_byte(); //Temp_l>>=8; Temp_h<<=8; Temp=Temp_h+Temp_l; f_temp=Temp*0.0625;//18b20的分辨率是0.0625 Temp=f_temp*10+0.5;//乘以10表示小数点后面取一位,加0.5是四舍五入 returnTemp;//Temp是整型 } /* *LCD1602.H * *Createdon: 2015-6-28 *Author: Administrator */ #ifndefLCD1602_H_ #defineLCD1602_H_ #include"msp430g2553.h" #definers_0P2OUT&=~BI
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