多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)課程設(shè)計

1、 電 子 綜 合 設(shè) 計 與 制 作 （論 文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)電子綜合設(shè)計與制作（論文） 題目：多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng) 院（系）：電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電子091班 學(xué) 號： 090404006 學(xué)生姓名： 許聲亮 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時間： 2012.12.29-2013.1.11 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息教研室學(xué) 號090404006學(xué)生姓名許聲亮專業(yè)班級電子091班題 目多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)任務(wù)和要求任務(wù)和要求：設(shè)計一個多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。主控器能對各溫度檢測器（簡稱：檢測器）通過串行傳輸線實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)傳輸以及顯示。具體設(shè)計制

2、作任務(wù)： 1 設(shè)計制作各溫度檢測器（至少有2臺溫度檢測器）（1）溫度測量精度：0.5；（2）溫度測量范圍：-20+125。2設(shè)計制作主控器（1）具有串行通信功能；（2）具有溫度顯示功能。指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 學(xué)生簽字： 年 月 日摘 要在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)在各個方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測。溫度檢

3、測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。ds18b20是一種高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗，介紹了ds18b20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。關(guān)鍵字：溫度測量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)目錄第1章 緒論11.1系統(tǒng)背景11.2系統(tǒng)概述11.3系統(tǒng)設(shè)計方案1第2章 硬件設(shè)計32.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計32.2顯示電路設(shè)計42.3鍵盤電路設(shè)計42.4報警電路設(shè)計52.5通信模塊設(shè)計6第3章 軟件設(shè)計73.1軟件實(shí)現(xiàn)73.1.1溫度測量程序流程圖:73.1.2鍵盤程序設(shè)計8

4、第4章 系統(tǒng)設(shè)計與分析94.1 系統(tǒng)原理圖94.2 系統(tǒng)原理綜述9第5章 設(shè)計總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄：整體電路圖12附錄：器件清單13附錄：程序清單1424第1章 緒論1.1系統(tǒng)背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)在各個方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測。溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。1.2系統(tǒng)概述本設(shè)計運(yùn)用主從分布式思想，由一臺pc微型計算機(jī)，單片機(jī)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采

5、集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 rs-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過pc機(jī)控制單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控pc進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由單片機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對各點(diǎn)進(jìn)行控制。單片機(jī)采用的是基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的系統(tǒng)。ds18b20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測場合。如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、醫(yī)療與健診的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、石化、機(jī)械等。1.3系統(tǒng)設(shè)

6、計方案本設(shè)計方案以ds18b20為傳感器、at89c51單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、鍵盤與顯示電路、串口通信電路組成。采用美國dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器ds18b20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個通用i/o端口即可完成與微處理器的通信。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。實(shí)際采用電路方案如下圖1.1多個ds18b20at89c51單片機(jī)數(shù)碼顯示報警系統(tǒng)pc機(jī)max232鍵盤識別電路圖1.1 總體電路方案采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器ds18b20的系統(tǒng)。ds18b20利用單總

7、線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量，輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。它有如下特點(diǎn)：（1）獨(dú)特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它i/o口線與微機(jī)接口，無需變換其他電路，直接輸出被測溫度值；（2）多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；（3）不需要外部元件；（4）既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電；（5）不需備份電源；（6）測量范圍為-20125，固有測溫分辨率為0.5；（7）通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；（8）用戶可定義非易失性的溫度告警設(shè)置；（9）警告搜索命令能識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度警告情

8、況）；（10）應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。以上特性使得ds18b20非常適用于構(gòu)建高精度、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。根據(jù)ds18b20以上特點(diǎn)，此方案實(shí)現(xiàn)本課題較好。第2章 硬件設(shè)計2.1單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計本課題運(yùn)用intel公司的8051進(jìn)行系統(tǒng)控制，運(yùn)用到了復(fù)位電路、時鐘電路、串口、i/o口。89c51單片機(jī)串口主要有兩個數(shù)據(jù)緩沖寄存器sbuf和一個輸入移位寄存器組成，其內(nèi)部還有一個串行控制寄存器scon和一個波特率發(fā)生器。接收緩沖器與發(fā)送緩沖器占用同一個地址99h，其名稱亦同樣為sbuf。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2.1 圖2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2顯示電路設(shè)計顯

9、示電路采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出，uln2003為位驅(qū)動掃描信號。顯示電路如圖2.2圖2.2 顯示電路2.3鍵盤電路設(shè)計本課題使用行列掃描方式，在單片機(jī)的p1口上連接上4*4的鍵盤，單片機(jī)掃描鍵盤，如果有鍵按下，單片機(jī)會根據(jù)鍵碼執(zhí)行相應(yīng)的程序，使整個系統(tǒng)的功能更加完善。鍵盤電路如圖2.3圖2.3 鍵盤電路2.4報警電路設(shè)計為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測報警系統(tǒng)，本課題采用at89c51單片機(jī)作為主

10、控制器，采用掃描的方式對多點(diǎn)ds18b20溫度傳感器獲取對應(yīng)該位置的溫度值，經(jīng)處理后通過串口可以立即發(fā)送到上位機(jī)，如溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，給出報警信號。電路如圖2.4圖2.4 報警電路2.5通信模塊設(shè)計at89c51有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是rs232電平的，而單片機(jī)的串口是ttl電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片max232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。pc機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口電路如圖2.5圖2.5串行通信接口電路第3章 軟件設(shè)

11、計3.1軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經(jīng)過以下幾個步驟：單片機(jī)接受傳感器的溫度信號，并通過max7219驅(qū)動顯示出來，單片機(jī)掃描鍵盤，接受控制信號，并將溫度顯示出來，若溫度不在范圍內(nèi)則發(fā)出報警。程序流程如圖3.1開始系統(tǒng)初始化測溫子程序y顯示溫度測溫鍵是否按下n清除鍵是否按下y清除顯示子程序n圖3.1 總體程序流程圖3.2溫度測量程序流程圖:溫度測量程序首先復(fù)位ds18b20溫度傳感器，跳過rom指令并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令。換完畢后復(fù)位ds18b20再發(fā)出匹配ds18b20命令，發(fā)一個ds18b20序號然后讀取溫度值，當(dāng)所有ds18b20

12、全部訪問完畢后，復(fù)位ds18b20，發(fā)出報警命令，如果有溫度超出范圍則報警，否則復(fù)位ds18b20。電路程序流程圖如圖3.2開始延時復(fù)位ds18b20復(fù)位ds18b20復(fù)位ds18b20發(fā)出匹配rom命令發(fā)出跳過rom命令發(fā)報警搜索命令nn發(fā)一個ds18b20序號發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令y讀溫度值轉(zhuǎn)換完畢？是否有溫度超限存入儲存器yny報警輸出所有ds18b20訪問完畢指向下一個ds18b20圖3.2 溫度測量程序流程圖3.3鍵盤程序設(shè)計根據(jù)本課題的系統(tǒng)要求，采用4*4的鍵盤電路結(jié)構(gòu)，p1.0- p1.3接四條行線，p1.4-p1.7接四條列線，整個系統(tǒng)的功能可以利用16個按鍵將系統(tǒng)完善化、系統(tǒng)化，對

13、于鍵盤各鍵的功能如圖3.31234567891011121314循環(huán)查詢圖3.3 鍵盤功能圖第4章 系統(tǒng)設(shè)計與分析4.1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理電路圖如附錄圖4.1。4.2 系統(tǒng)原理綜述系統(tǒng)采用以ds18b20為傳感器、at89c51單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、鍵盤與顯示電路、串口通信電路組成。采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20，它具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個通用i/o端口即可完成與微處理器的通信。通過七段數(shù)碼管顯示出來，并通過報警裝置判斷是否超出測溫范圍。經(jīng)過分析測量，本系統(tǒng)測量精度0.5，測溫范圍在-20+125，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計基本要求。第5章 設(shè)計總結(jié)本次課

14、程設(shè)計主要是實(shí)現(xiàn)對溫度進(jìn)行多點(diǎn)同時測量并準(zhǔn)確顯示。整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制，要能夠接受傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令選擇對應(yīng)的傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示，對異常情況進(jìn)行報警。本次課程設(shè)計基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計要求，有多個溫度檢測器，測量精度0.5，測溫范圍在-20+125。并通過串行通信接口與外部pc機(jī)相連，并通過數(shù)碼管及4511譯碼器顯示出來。通過這次課程的設(shè)計，將課本的知識實(shí)際應(yīng)用，擺脫考試的局限，鍛煉自己的解決問題的能力，獨(dú)立思考能力。本可設(shè)使我熟悉了單片機(jī)設(shè)計原則，對51系列單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造、與其它芯片的接口技術(shù)及其工作情況有了更進(jìn)一步了解，雖然是很簡單的運(yùn)用，但比為

15、了考試而瞬時記憶的知識牢固多了，工作需要獨(dú)立解決問題的的能力，還是希望多一些這樣的機(jī)會。參考文獻(xiàn)1周慈航 單片機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20032方佩敏 智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 北京：電子工業(yè)出版社，20023張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京：高等教育出版社，20084李道玲，李玲，朱艷 傳感器電路分析與設(shè)計 武漢：武漢大學(xué)出版社，20035劉篤人，韓保軍 傳感器及應(yīng)用技術(shù) 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20036陳小忠等 單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序 北京：人民郵電出版社，20057李群芳 單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)計數(shù)基礎(chǔ) 北京：清華大學(xué)出版社 附錄：整體電路圖

16、圖4.1總體電路圖附錄：器件清單器件名稱器件數(shù)量器件名稱器件數(shù)量器件名稱器件數(shù)量at89c511數(shù)碼管4at24c161led1電感1uln20031按鍵9晶振145111喇叭120p電容21電阻8300電阻11u電解電容610k電阻810u電解電容1串行接口1ds18b208max232174ls15110.1u電容210k電阻1附錄：程序清單;*;常數(shù)定義;*tmel equ 0e0h ；20ms，定時器0時間常數(shù)tmeh equ 0b1htmephead equ 36h;*;工作內(nèi)存定義;*bitst data 20htimeisok bit bitst.1temponeok bit b

17、itst.2templ data 26htemph data 27htemphc data 28htemplc data 29h;*; 引腳定義;*tempdin bit p3.7;*; 中斷向量區(qū);*org 000hljmp startorg 00bhljmp t0it;*;系統(tǒng)初始化;*org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20hmov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00hinc r0djnz r1,clsmem1mov tmod,#00100001bmov th0,#timelmov tl0,#timehsjmp inite

18、rror: nopljmp startnopinit: nopsetb et0setb tr0setb eamov psw,#00hclr temponeokljmp main;*; 定時器0中斷服務(wù)程序;*t0it: push pswmov psw,#10hmov th0,#timehmov tl0,#timelinc r7cjne r7,#32h，t0itimov r7,#00hsetb timeisoktoit1: pop pswreti;*; 主程序;*main: lcall disp1jnb time1sok,mainclr time1sokjnb temponeok,main2lc

19、all readtemp1lcall convtemplcall dispbcdlcall disp1main2: lcall readtempsetb temponeokljmp main;*;*;子程序區(qū);*; reset ds18b20;*initds1820: setb tempdinnopnopclr tempdinmov r6,#0a0hdjnz r6,$mov r6,#0a0hdjnz r6,$setb tempdinmov r6,#32hdjnz r6,$mov r6,#3chloop1820: mov c,tempdinjc initds1820outdjnz r6,loop

20、1820mov r6,#064hdjnz r6,$sjmp initds1820ret;initds1820out: setb tempdinret; *; 讀ds18b20的程序，從ds18b20中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù); *readds1820: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopreadds1820loop: clr tempdinnopnopnopsetb tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$mov c,tempdinmov r6,#3chdjnz r6,$rrc asetb tempdindjnz r7,readds1820loopmov r6,

21、#3chdjnz r6,$ret; *; 寫ds18b20的程序，從ds18b20中寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù); *writeds1820: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopwriteds1820lop: clr tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$rrc amov tempdin,cmov r6,#34hdjnz r6,$setb tenpdindjnz r7,writeds1820lopret; *; read temp; *readtemp: lcall initeds1820mov a,#0cchlcall writeds1820mov r6,#34h

22、djnz r6,$mov a,#44hlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$retreadtemp1: lcall initds1820mov a,#0cchlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#0behlcall writeds1820mov r6,#34hdjnz r6,$mov r5,#09hmov r0,#tempheadmov b,#00hreadtemp2: lcall readds1820mov r0,ainc r0readtemp21: lcall crc8caldjnz r5,readtem

23、p2mov a,bjnz readtempoutmov a,temphead+0mov templ,amov a,temphead+1mov temph,areadtempout: ret; *; 處理溫度bcd碼子程序; *convteamp: mov a,temphanl a,#80hjz tempc1clr cmov a,templcpl aadd a,#01hmov templ,amov a,temphcpl aaddc a,#00hmov temph,amov temphc,#0bhsjmp tempchtempc1: mov temphc,#0ahtempc11: mov a,te

24、mphcswap amov temphc,amov a,templanl a,#0fhmov dptr,#tempdottabmovc a,a+dptrmov templc,amov a,templanl a,#0f0hswap amov templ,amov a,temphanl a,#0fhswap aorl a,templlcall hex2bcd1mov templ,aanl a,#0f0hswap aorl a,temphcmov temphc,amov a,templanl a,#0fhswap aorl a,templcmov templc,amov a,r7jz tempc12

25、anl a,#0fhswap amov r7,amov a,temphcanl a,#0fhorl a,r7mov temphc,atempc12: ret; *; 小數(shù)部分碼表; *tempdottab: db 00h, 01h, 01h, 02h, 03h, 03h, 04h,04h,05h,06hdb 06h,07h,08h,09h,09h; *; 顯示區(qū)bcd碼溫度值刷新子程序; *dispbcd: mov a,templcanl a,#0fhmov 70h,amov a,templcswap aanl a,#0fhmov 71h,amov a,temphcanl a,#0fhmov 72h,amov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,amov a,temphcanl a,#0f0hcjnz a,#010h,dispbcd0sjmp dispbcd2dispbcd0: mov a,temphcanl a,#0fhjnz dispbcd2mov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,#0ahm